Марганець - елемент побічної підгрупи сьомої групи четвертого періоду періодичної системи хімічних елементів Д. І. Менделєєва, з атомним номером 25. Позначається символом Mn (лат. Manganum. Манганум. В складі формул по-русски читається як марганець. Наприклад, KMnO4 - калій марганець про чотири, але нерідко читають і як манган). Проста речовина марганець (CAS-номер: 7439-96-5) - метал сріблясто-білого кольору. Відомі п'ять аллотропних модифікацій марганцю - чотири з кубічної і одна з тетрагональної кристалічною решіткою.
Один з основних матеріалів марганцю - піролюзит - був відомий в давнину як чорна магнезія і використовувався при варінні скла для його освітлення. Його вважали різновидом магнітного залізняку, а той факт, що він не притягується магнітом, Пліній Старший пояснив жіночою статтю чорної магнезії, до якого магніт «байдужий». У 1774 р шведський хімік К. Шеєле показав, що в руді міститься невідомий метал. Він послав зразки руди своєму другові хіміку Ю. Гану, який, нагріваючи в печі пиролюзит з вугіллям, отримав металевий марганець. На початку XIX століття для нього було прийнято назву «манганум» (від німецького Manganerz - марганцева руда).
Марганець твердий крихкий метал. Відомі чотири кубічні модифікації металевого марганцю. При температурах від кімнатної і до 710 ° C стійкий a-Mn, параметр решітки а = 0,89125 нм, щільність 7,44 кг / дм3. В інтервалі температур 710-1090 ° C існує b-Mn, параметр решітки а = 0,6300 нм; при температурах 1090-1137 ° C - g-Mn, параметр решітки а = 0,38550 нм. Нарешті, при температурі від 1137 ° C і до температури плавлення (1244 ° C) стійкий d-Mn з параметром решітки а = 0,30750 нм. Модифікації a, b, і d тендітні, g-Mn пластичний. Температура кипіння марганцю близько 2080 ° C.
На повітрі марганець окислюється, в результаті чого його поверхня покривається щільною оксидною плівкою, яка оберігає метал від подальшого окислення. При прожаренні на повітрі вище 800 ° C марганець покривається окалиною, що складається з зовнішнього шару Mn3O4 і внутрішнього шару складу MnO.
Марганець утворює кілька оксидів: MnO, Mn3O4, Mn2O3, MnO2 і Mn2O7. Всі вони, крім Mn2O7, що представляє собою при кімнатній температурі маслянисту зелену рідину з температурою плавлення 5,9 ° C, тверді кристалічні речовини.
Монооксид марганцю MnO утворюється при розкладанні солей двовалентного марганцю (карбонату та інших) при температурі близько 300 ° C в інертній атмосфері:
MnCO3 = MnO + CO2
Цей оксид має напівпровідниковими властивостями. При розкладанні MnOОН можна отримати Mn2O3. Цей же оксид марганцю утворюється при нагріванні MnO2 на повітрі при температурі приблизно 600 ° C:
4MnO2 = 2Mn2O3 + O2
Оксид Mn2O3 відновлюється воднем до MnO, а під дією розбавлених сірчаної та азотної кислот переходить в діоксид марганцю MnO2.
Якщо MnO2 прожарювати при температурі близько 950 ° C, то спостерігається відщеплення кисню і утворення оксиду марганцю складу Mn3O4:
3MnO2 = Mn3O4 + O2
Цей оксид можна уявити як MnO · Mn2О3, і за властивостями Mn3О4 відповідає суміші цих оксидів.
Діоксид марганцю MnO2 - найбільш поширене природне з'єднання марганцю в природі, що існує в кількох поліморфних формах. Так звана b-модифікація MnO2 - це вже згадуваний мінерал піролюзит. Ромбическая модифікація діоксиду марганцю, g-MnO2 також зустрічається в природі. Це - мінерал рамсделіт (інша назва - Поліанна).
Діоксид марганцю нестехіометрічен, в його решітці завжди спостерігається дефіцит кисню. Якщо оксиди марганцю, що відповідають його нижчим ступеням окислення, ніж +4, - основні, то діоксид марганцю має амфотерні властивості. При 170 ° C MnO2 можна відновити воднем до MnO.
Якщо до перманганату калію KMnO4 додати концентровану сірчану кислоту, то утворюється кислотний оксид Mn2O7, що володіє сильними окисними властивостями:
2KMnO4 + 2H2SO4 = 2KHSO4 + Mn2O7 + H2O.
Mn2O7 - кислотний оксид, йому відповідає сильна, яка не існує у вільному стані марганцовая кислота НMnO4.
При взаємодії марганцю з галогенами утворюються дігалогеніди MnHal2. У разі фтору можливо також утворення фторидів складу MnF3 і MnF4, а в разі хлору - також трихлорида MnCl3. Реакції марганцю з сірої призводять до утворення сульфідів складів MnS (існує в трьох поліморфних формах) і MnS2. Відома ціла група нітридів марганцю: MnN6, Mn5N2, Mn4N, MnN, Mn6N5, Mn3N2.
З фосфором марганець утворює Фосфіди складів MnР, MnP3, Mn2P, Mn3P, Mn3P2 і Mn4P. Відомо кілька карбідів і силіцидів марганцю.
З холодною водою марганець реагує дуже повільно, але при нагріванні швидкість реакції значно зростає, утворюється Mn (OH) 2 і виділяється водень. При взаємодії марганцю з кислотами утворюються солі марганцю (II):
Mn + 2HCl = MnCl2 + H2.
З розчинів солей Mn2 + можна осадити погано розчинна у воді підставу середньої сили Mn (OH) 2:
Mn (NO3) 2 + 2NaOH = Mn (OH) 2 + 2NaNO3
Марганцю відповідає кілька кислот, з яких найбільш важливі сильні нестійкі марганцоватая кислота H2MnO4 і марганцева кислота HMnO4, солі яких - відповідно, манганати (наприклад, манганат натрію Na2MnO4) і перманганати (наприклад, перманганат калію KMnO4).
Манганати (відомі манганати тільки лужних металів і барію) можуть проявляти властивості як окислювачів (частіше)
2NaI + Na2MnO4 + 2H2O = MnO2 + I2 + 4NaOH,
так і відновників
2K2MnO4 + Cl2 = 2KMnO4 + 2KCl.
У водних розчинах манганати диспропорционируют на з'єднання марганцю (+4) і марганцю (+7):
3K2MnO4 + 3Н2О = 2KMnO4 + MnO2 · Н2О + 4КОН.
При цьому забарвлення розчину із зеленої переходить в синю, потім в фіолетову і малинову. За здатність змінювати забарвлення своїх розчинів К. Шеєле назвав манганат калію мінеральним хамелеоном.
Перманганати - сильні окислювачі. Наприклад, перманганат калію KMnO4 в кислому середовищі окисляє сірчистий газ SO2 до сульфату:
2KMnO4 + 5SO2 + 2H2O = K2SO4 + 2MnSO4 + 2H2SO4.
При тиску близько 10 МПа безводний MnCl2 в присутності металоорганічних сполук реагує з оксидом вуглецю (II) CO з утворенням Біядерні карбонила Mn2 (CO) 10.
Чистий марганець отримують електролізом водних розчинів сульфату марганцю MnSO4, який проводять в присутності сульфату амонію (NH4) 2SO4. більше 90% виробленого марганцю йде в чорну металургію. Марганець використовують як добавку до сталей для їх розкислення, десульфурації (при цьому відбувається видалення зі сталі небажаних домішок - кисню, сірки та інших), а також для легування сталей, т. Е. Поліпшення їх механічних та корозійних властивостей. Марганець застосовується також в мідних, алюмінієвих і магнієвих сплавах. Покриття з марганцю на металевих поверхнях забезпечують їх антикорозійний захист. Для нанесення тонких покриттів з марганцю використовують легко летючий і термічно нестабільний біядерний декакарбоніл Mn2 (CO) 10.
З'єднання марганцю (карбонат, оксиди та інші) використовують при виробництві феритних матеріалів, вони служать каталізаторами багатьох хімічних реакцій, входять до складу мікродобрив. Перманганат калію застосовують для відбілювання льону і вовни, знебарвлення технологічних розчинів, як окислювач органічних речовин. У медицині застосовують деякі солі марганцю. Наприклад, перманганат калію використовують як антисептичний засіб у вигляді водного розчину, в деяких випадках розчин застосовують при отруєнні алкалоїдами і ціанідами.
3. Марганець - 14-й елемент по поширеності на землі, а після заліза другий важкий метал, що міститься в земній корі (близько 0.1% за масою або 0.03% від загального числа атомів земної кори). Вагова кількість марганцю збільшується від кислих (600 г / т) до основних порід (2,2 кг / т). Супроводжує залозу в багатьох його рудах, однак зустрічаються і самостійні родовища марганцю. Загальна кількість марганцевих мінералів, що зустрічаються в природі, перевищує 150. Однак широко поширених і містять підвищену кількість Мп мінералів небагато.
Найбільш поширені мінерали марганцю:
· Пиролюзит MnO2 · x H2O, найпоширеніший мінерал (містить 63,2% марганцю);
· Манганіт (бура манганцевая руда) MnO (OH) (62,5% марганцю);
· Брауніт 3Mn2O3 · MnSi O3 (69,5% марганцю);
· Родохрозит (марганцевий шпат, малиновий шпат) MnCO3 (47,8% марганцю);
· Псіломеланm MnO • MnO2 • n H2O (45-60% марганцю);
· Пурпура (Mn3 + [PO4]), 36,65% марганцю.
4. Ресурси марганцевих руд виявлені в 56 країнах світу і становлять 21,27 млрд. Г, в тому числі в Африці - 14,33 млрд. Т (67,4% світових) і Європі - 3,44 млрд. Т (16, 2%). Запаси марганцевих руд відомі також в 56 країнах. Підтверджені запаси марганцевих руд складають 5,4 млрд. Т. До 90% загальносвітових підтверджених запасів марганцю укладено в стратіформних родовищах, близько 8% в корах вивітрювання і 2% - в родовищах гідротермального типу. Головними власниками запасів марганцю є 11 країн, які володіють приблизно 95% світових підтверджених запасів (5,1 млрд. Т). Це Україна, ПАР, Казахстан, Габон, Грузія, Австралія, Бразилія, Китай, Росія, Болгарія, Індія. До унікальних належать родовища з запасами марганцевих руд понад 1 мільярд тонн, до великих - з запасами в сотні мільйонів тонн, і дрібним - з запасами в десятки мільйонів тонн.
Промислові родовища марганцевих руд на Уралі відносяться до двох генетичним типам: осадового і вулканогенно гидротермально-осадового.
Марганцеві родовища в ордовикских відкладеннях виявлено в Предуральского зоні Північного і Полярного Уралу. До них відносяться Парнокское родовище в Республіці Комі і Чувальская група родовищ в Пермській області.
Парнокское залізо-марганцевої родовище виявлено в 1987 р Воркутинської геологічною експедицією. Воно розташоване в 70 км на південний схід від міста Інта, в передгір'ях Полярного Уралу, в середній течії р.Парнока-Ю (східного припливу р.Лемви).
Верхньо-Чувальскіе родовища в Пермській області вивчені тільки на верхніх горизонтах в зоні окислення, де розвинені чорні і бурі залізомарганцевих руди. Ці родовища експлуатувалися раніше як залізорудні. Передбачається, що на глибині залягають первинні карбонатні руди. Е.С.Контарь (усне повідомлення) передбачає, що група Чувальскіх марганцевих родовищ може мати значні розміри.
Мел-палеогенові осадові марганцеві родовища розташовані в Свердловській області, на Східному схилі Північного Уралу, де виділяється Північно-Уральський марганцеворудний басейн. Він простягається на 300 км на північ від широти м Сєрова уздовж західного кордону мезозойської-кайнозойських відкладень. В даний час цей басейн має найбільші запаси розвіданих марганцевих руд і тільки тут здійснюється промисловий видобуток марганцеворудного сировини на Уралі. На площі Північно-Уральського марганцеворудного басейну виявлено понад 15 промислових родовищ, з яких 9 детально вивчені: Березівське, Ново-Березівське, Південно-Березівське, Єкатерининське, Марсятское, Юркінское, Лозьвінскій, Івдельського, Тиньінское; а одне родовище -Полуночное - вже вироблено.
Одним з найбільш вивчених об'єктів Північно-Уральського басейну є Північне марганцеве родовище, розташоване в 23 км на північ від г.Івделя. Родовище відкрито в 1920 р а в 1942 р розпочато його експлуатація, яка тривала до 1965 р
Вулканогенні гидротермально-осадові родовища марганцевих руд поширені в Тагило-Магнітогорській зоні, де в силурийском і девонського періодах, тобто 354-434 млн років тому, відбувався активний вулканізм переважно в підводно-морських умовах. Гарячі води, що виділяються з вулканів і оточуючих їх фумаролл, містили марганець, кремній, залізо та інші хімічні елементи. Ці елементи у вигляді карбонатних, силікатних і оксидних сполук осаджувалися поблизу вулканів на дні морських басейнів, утворюючи місцями промислові кремнисто-марганцеві родовища.
На Середньому Уралі вулканогенні гидротермально-осадові марганцеві родовища відомі в Нижнетагильском рудному районі. Тут вивчалися Сапальское, Липівське, Казанське родовища. Рудні тіла цих родовищ залягають зазвичай на кордоні вапняків зі сланцями і туфопесчанікамі. Вони мають форму неправильних лінз. В геологічну будову родовищ беруть участь вулканічні породи - трахіти і інтрузивні породи - сиеніти.
Невеликі обсяги видобутку марганцевих руд на родовищах Північно-Уральського басейну не забезпечують потреби Уральського економічного району. Нові промислові осадові родовища марганцевих руд можуть бути виявлені в ордовикских відкладеннях західного схилу Північного і Приполярного Уралу, в раннекаменноугольного осадових породах західного і східного схилів Південного Уралу, в палеогенових відкладеннях східного схилу Північного Уралу. Забезпечення потреб Уралу в марганцевих рудах за рахунок розробки Парнокского родовища в Республіці Комі, буде можливо після проведення залізниці в цей район.
5.Марганец - важливий і. безумовно, необхідний елемент в житті людини. Замінити його нічим. Зараз в Росії відчувається брак видобутку марганцю. Тому сьогодні найбільш актуальні та розробка нових родовищ, навіть підводних. і ретельне вивчення властивостей цього металу і його з'єднань.
1. Велика Радянська Енциклопедія.
2.Ахметов Н.С. Загальна і неорганічна хімія. М.-вища школа, 1989
3.Сайт про планету Земля.
4. Сайт УралГеоСервіс.