แมงกานีส (องค์ประกอบทางเคมี): คุณสมบัติ การใช้งาน การกำหนด สถานะออกซิเดชัน ข้อเท็จจริงที่น่าสนใจ

2024 ผู้เขียน: Angel Austin | [email protected]. แก้ไขล่าสุด: 2023-12-17 05:43

โลหะที่สำคัญที่สุดชนิดหนึ่งสำหรับโลหะวิทยาคือแมงกานีส นอกจากนี้ โดยทั่วไปแล้วจะเป็นองค์ประกอบที่ค่อนข้างไม่ปกติซึ่งมีข้อเท็จจริงที่น่าสนใจเกี่ยวข้องกัน สำคัญสำหรับสิ่งมีชีวิตที่จำเป็นในการผลิตโลหะผสมสารเคมีหลายชนิด แมงกานีสเป็นองค์ประกอบทางเคมี ซึ่งสามารถดูได้จากภาพด้านล่าง เป็นคุณสมบัติและลักษณะของมันที่เราจะพิจารณาในบทความนี้

ลักษณะขององค์ประกอบทางเคมี

ถ้าเราพูดถึงแมงกานีสเป็นองค์ประกอบของระบบธาตุ ก่อนอื่นเราควรอธิบายตำแหน่งของมันในนั้น

1. ตั้งอยู่ในภาคหลักที่สี่ กลุ่มที่เจ็ด กลุ่มย่อยรอง
2. เลขลำดับ - 25. แมงกานีสเป็นองค์ประกอบทางเคมี ประจุของนิวเคลียสของอะตอมคือ +25 จำนวนอิเล็กตรอนเท่ากัน นิวตรอน - 30.
3. มวลอะตอมคือ 54, 938.
4. การกำหนดองค์ประกอบทางเคมีของแมงกานีส - Mn.
5. ชื่อละติน - แมงกานีส

ตั้งอยู่ระหว่างโครเมียมกับเหล็ก ซึ่งอธิบายความคล้ายคลึงของพวกมันทั้งในลักษณะทางกายภาพและทางเคมี

แมงกานีส - องค์ประกอบทางเคมี: โลหะทรานซิชัน

หากเราพิจารณาโครงแบบอิเล็กทรอนิกส์ของอะตอมที่ลดรูปแล้ว สูตรของมันจะมีลักษณะดังนี้: 1s²2s²2p 6 ^3s2^3p6^4s2^3d 5. เห็นได้ชัดว่าองค์ประกอบที่เรากำลังพิจารณานั้นเป็นโลหะทรานซิชันจากตระกูล d อิเล็กตรอนห้าตัวในระดับย่อย 3 มิติ บ่งบอกถึงความเสถียรของอะตอม ซึ่งแสดงออกมาในคุณสมบัติทางเคมีของมัน

ในฐานะที่เป็นโลหะ แมงกานีสเป็นสารรีดิวซ์ แต่สารประกอบส่วนใหญ่สามารถแสดงความสามารถในการออกซิไดซ์ที่ค่อนข้างแรง นี่เป็นเพราะสถานะออกซิเดชันและเวเลนซ์ต่างๆ ที่องค์ประกอบนี้มี นี่คือลักษณะเฉพาะของโลหะทั้งหมดในตระกูลนี้

ดังนั้น แมงกานีสจึงเป็นองค์ประกอบทางเคมีที่อยู่ท่ามกลางอะตอมอื่นๆ และมีลักษณะพิเศษเฉพาะของตัวเอง ลองพิจารณาคุณสมบัติเหล่านี้ในรายละเอียดเพิ่มเติม

แมงกานีสเป็นองค์ประกอบทางเคมี สถานะออกซิเดชัน

เราได้ให้สูตรอิเล็กทรอนิกส์ของอะตอมแล้ว ตามที่เธอกล่าว องค์ประกอบนี้สามารถแสดงสถานะออกซิเดชันที่เป็นบวกได้หลายประการ นี่คือ:

• 0;
• +2;
• +3;
• +4;
• +6;
• +7.

วาเลนซีของอะตอมคือ IV ที่เสถียรที่สุดคือสารประกอบที่แมงกานีสมีค่า +2, +4, +6 ระดับสูงสุดของการเกิดออกซิเดชันช่วยให้สารประกอบทำหน้าที่เป็นตัวออกซิไดซ์ที่แรงที่สุด ตัวอย่างเช่น: KMnO₄, Mn₂O₇.

สารประกอบที่มี +2 เป็นสารรีดิวซ์ แมงกานีส (II) ไฮดรอกไซด์มีคุณสมบัติแอมโฟเทอริก โดยมีคุณสมบัติเด่นเหนือสิ่งอื่นใด สถานะออกซิเดชันขั้นกลางก่อให้เกิดสารประกอบแอมโฟเทอริก

ประวัติการค้นพบ

แมงกานีสเป็นองค์ประกอบทางเคมีที่ไม่ถูกค้นพบในทันที แต่ค่อยๆ ค้นพบโดยนักวิทยาศาสตร์ที่แตกต่างกัน อย่างไรก็ตาม สารประกอบของมันถูกใช้โดยผู้คนตั้งแต่สมัยโบราณ แมงกานีส (IV) ออกไซด์ถูกใช้สำหรับการถลุงแก้ว ชาวอิตาลีคนหนึ่งกล่าวถึงความจริงที่ว่าการเพิ่มสารนี้ในการผลิตทางเคมีของแว่นตาจะเปลี่ยนเป็นสีม่วง นอกจากนี้ สารชนิดเดียวกันยังช่วยขจัดความมัวในแก้วสี

ต่อมาในออสเตรีย นักวิทยาศาสตร์ Kaim ได้ชิ้นส่วนของแมงกานีสที่เป็นโลหะโดยเปิดเผย pyrolysite (แมงกานีส (IV) ออกไซด์) โปแตช และถ่านหินที่อุณหภูมิสูง อย่างไรก็ตาม ตัวอย่างนี้มีสิ่งเจือปนมากมาย ซึ่งเขาไม่สามารถกำจัดได้ ดังนั้นการค้นพบจึงไม่เกิดขึ้น

ต่อมานักวิทยาศาสตร์อีกคนหนึ่งยังได้สังเคราะห์ส่วนผสมที่มีสัดส่วนที่สำคัญคือโลหะบริสุทธิ์ มันคือเบิร์กแมนซึ่งเคยค้นพบธาตุนิกเกิลก่อนหน้านี้ อย่างไรก็ตาม เขาไม่ได้ถูกลิขิตให้ทำงานให้เสร็จ

แมงกานีสเป็นองค์ประกอบทางเคมี ซึ่งได้รับครั้งแรกและแยกออกมาในรูปของสารอย่างง่ายโดย Karl Scheele ในปี ค.ศ. 1774 อย่างไรก็ตาม เขาทำสิ่งนี้ร่วมกับ I. Gan ผู้ซึ่งเสร็จสิ้นกระบวนการถลุงโลหะ แต่ถึงแม้จะล้มเหลวในการกำจัดสิ่งเจือปนจนหมดและได้ผลผลิต 100%

แต่คราวนี้กลายเป็นการค้นพบอะตอมนี้ นักวิทยาศาสตร์คนเดียวกันพยายามตั้งชื่อให้เป็นผู้ค้นพบ พวกเขาเลือกคำว่าแมงกานีเซียม อย่างไรก็ตาม หลังจากการค้นพบแมกนีเซียม ความสับสนก็เริ่มขึ้น และชื่อของแมงกานีสก็เปลี่ยนไปเป็นชื่อสมัยใหม่ (H. David, 1908)

เนื่องจากแมงกานีสเป็นองค์ประกอบทางเคมีที่มีสมบัติล้ำค่ามากสำหรับกระบวนการทางโลหะวิทยาหลายอย่าง เมื่อเวลาผ่านไปจึงจำเป็นต้องหาวิธีเพื่อให้ได้มาซึ่งรูปแบบที่บริสุทธิ์ที่สุด ปัญหานี้ได้รับการแก้ไขโดยนักวิทยาศาสตร์ทั่วโลก แต่สามารถแก้ไขได้ในปี 1919 เท่านั้นด้วยผลงานของ R. Agladze นักเคมีชาวโซเวียต เขาเป็นคนค้นพบวิธีการที่สามารถรับโลหะบริสุทธิ์ที่มีปริมาณสาร 99.98% จากซัลเฟตและคลอไรด์ของแมงกานีสโดยอิเล็กโทรไลซิส ตอนนี้วิธีนี้ถูกนำไปใช้ทั่วโลก

อยู่ในธรรมชาติ

แมงกานีสเป็นองค์ประกอบทางเคมี ภาพของสารอย่างง่ายสามารถดูได้ด้านล่าง ในธรรมชาติ มีไอโซโทปจำนวนมากในอะตอมนี้ จำนวนนิวตรอนซึ่งแตกต่างกันอย่างมาก ดังนั้น จำนวนมวลอยู่ในช่วง 44 ถึง 69 อย่างไรก็ตาม ไอโซโทปที่เสถียรเพียงอย่างเดียวคือองค์ประกอบที่มีค่า ⁵⁵Mn ส่วนที่เหลือทั้งหมดมีครึ่งชีวิตสั้นเล็กน้อยหรือมีอยู่ใน ปริมาณน้อยเกินไป

เนื่องจากแมงกานีสเป็นองค์ประกอบทางเคมีที่มีสถานะออกซิเดชันแตกต่างกันมาก จึงทำให้เกิดสารประกอบหลายชนิดในธรรมชาติ ในรูปแบบที่บริสุทธิ์องค์ประกอบนี้จะไม่เกิดขึ้นเลย ในแร่ธาตุและแร่ เพื่อนบ้านของมันคือธาตุเหล็กโดยรวมแล้ว สามารถระบุหินที่สำคัญที่สุดหลายก้อน ซึ่งรวมถึงแมงกานีสด้วย

1. ไพโรลูไซต์. สูตรผสม: MnO₂nH₂O.
2. ไซโลเมเลน MnO2mMnOnH2O โมเลกุล
3. แมงกาไนต์ สูตร MnOOH.
4. บราวนี่หายากกว่าที่อื่น สูตร Mn₂O₃.
5. Gausmanite สูตร MnMn₂O_4.
6. Rhodonite Mn₂(SiO₃)₂.
7. แร่แมงกานีสคาร์บอเนต
8. ราสเบอร์รี่สปาร์หรือโรโดโครไซต์ - MnCO₃.
9. Purpurite - Mn₃PO₄.

นอกจากนี้ คุณยังสามารถระบุแร่ธาตุอื่นๆ ซึ่งรวมถึงองค์ประกอบที่เป็นปัญหาด้วย นี่คือ:

• แคลไซต์;
• siderite;
• แร่ดินเหนียว;
• โมฆะ;
• โอปอล;
• ทรายผสมปนทราย

นอกจากหินและหินตะกอน แร่ธาตุ แมงกานีส ยังเป็นองค์ประกอบทางเคมีที่เป็นส่วนหนึ่งของวัตถุต่อไปนี้:

1. สิ่งมีชีวิตในพืช. ตัวสะสมที่ใหญ่ที่สุดขององค์ประกอบนี้คือ: เกาลัดน้ำ แหน ไดอะตอม
2. เห็ดขึ้นสนิม
3. แบคทีเรียบางชนิด
4. สัตว์ต่อไปนี้: มดแดง ครัสเตเชีย หอยแมลงภู่
5. คน - ความต้องการรายวันประมาณ 3-5 มก.
6. น่านน้ำในมหาสมุทรประกอบด้วยธาตุนี้ 0.3%
7. เนื้อหาทั้งหมดในเปลือกโลก 0.1% โดยมวล

โดยทั่วไปแล้ว ธาตุนี้มีมากเป็นอันดับที่ 14 ของโลก ในบรรดาโลหะหนัก รองลงมาคือเหล็ก

สมบัติทางกายภาพ

จากมุมมองของคุณสมบัติของแมงกานีสในฐานะที่เป็นสารง่าย ๆ สามารถแยกแยะลักษณะทางกายภาพพื้นฐานหลายประการได้

1. ในรูปของสารธรรมดา มันคือโลหะที่ค่อนข้างแข็ง (ในระดับ Mohs ตัวบ่งชี้คือ 4) สี - สีขาวเงิน หุ้มด้วยฟิล์มออกไซด์ป้องกันในอากาศ เงาในรอยตัด
2. จุดหลอมเหลวคือ 1246⁰C.
3. ต้ม - 2061⁰C.
4. คุณสมบัติของตัวนำนั้นดี เป็นพาราแมกเนติก
5. ความหนาแน่นของโลหะเท่ากับ 7.44 g/cm³.
6. มีอยู่ในรูปแบบของการปรับเปลี่ยนหลายรูปแบบ (α, β, γ, σ) ซึ่งแตกต่างกันในโครงสร้างและรูปร่างของตาข่ายคริสตัลและความหนาแน่นของการบรรจุของอะตอม จุดหลอมเหลวของพวกมันก็ต่างกัน

แมงกานีสที่ใช้ในโลหะวิทยามีสามรูปแบบหลัก: β, γ, σ อัลฟ่านั้นหายากกว่า เพราะมันเปราะบางเกินไปในคุณสมบัติของมัน

คุณสมบัติทางเคมี

ในแง่ของเคมี แมงกานีสเป็นองค์ประกอบทางเคมีที่มีประจุไอออนแตกต่างกันอย่างมากตั้งแต่ +2 ถึง +7 สิ่งนี้ทิ้งร่องรอยไว้ในกิจกรรมของเขา ในรูปแบบอิสระในอากาศ แมงกานีสจะทำปฏิกิริยากับน้ำได้น้อยมาก และละลายในกรดเจือจาง อย่างไรก็ตาม ทันทีที่อุณหภูมิสูงขึ้น กิจกรรมของโลหะจะเพิ่มขึ้นอย่างมาก

เขาสามารถโต้ตอบกับ:

• ไนโตรเจน;
• คาร์บอน;
• ฮาโลเจน;
• ซิลิกอน;
• ฟอสฟอรัส;
• กำมะถันและอโลหะอื่นๆ

เมื่อถูกความร้อนโดยไม่มีอากาศ โลหะจะผ่านเข้าสู่สถานะไอได้ง่าย สารประกอบของมันสามารถเป็นได้ทั้งตัวรีดิวซ์และตัวออกซิไดซ์ทั้งนี้ขึ้นอยู่กับสถานะออกซิเดชันที่แมงกานีสแสดง บางส่วนแสดงคุณสมบัติ amphoteric ดังนั้น ตัวหลักคือลักษณะของสารประกอบซึ่งก็คือ +2 Amphoteric - +4 และเป็นกรดและออกซิไดซ์อย่างแรงในค่าสูงสุด +7.

แม้ว่าแมงกานีสจะเป็นโลหะทรานซิชัน แต่สารประกอบเชิงซ้อนสำหรับแมงกานีสก็มีน้อย นี่เป็นเพราะการกำหนดค่าทางอิเล็กทรอนิกส์ที่เสถียรของอะตอม เนื่องจากระดับย่อย 3 มิติของมันมีอิเล็กตรอน 5 ตัว

วิธีการรับ

มีสามวิธีหลักที่จะได้รับแมงกานีส (องค์ประกอบทางเคมี) ในอุตสาหกรรม เนื่องจากชื่อนั้นอ่านเป็นภาษาละติน เราได้กำหนด - manganum แล้ว หากคุณแปลเป็นภาษารัสเซียก็จะเป็น "ใช่ ฉันชี้แจงจริงๆ ฉันเปลี่ยนสี" แมงกานีสเป็นหนี้ชื่อของมันเนื่องจากคุณสมบัติที่ปรากฏที่รู้จักกันมาตั้งแต่สมัยโบราณ

ถึงแม้จะมีชื่อเสียง แต่พวกเขาก็สามารถทำให้มันบริสุทธิ์เพื่อใช้ในปี 1919 เท่านั้น ทำได้โดยวิธีต่อไปนี้

1. อิเล็กโทรไลซิส ผลผลิต 99.98% ด้วยวิธีนี้ จะได้รับแมงกานีสในอุตสาหกรรมเคมี
2. Silicothermal หรือ ซิลิกอนรีดิวซ์ ด้วยวิธีนี้ ซิลิกอนและแมงกานีสออกไซด์ (IV) จะถูกหลอมรวม ส่งผลให้เกิดโลหะบริสุทธิ์ ผลผลิตประมาณ 68% เนื่องจากผลข้างเคียงคือการรวมกันของแมงกานีสกับซิลิกอนเพื่อสร้างซิลิไซด์ ดิวิธีการนี้ใช้ในอุตสาหกรรมโลหการ
3. วิธีอลูมิโนเทอร์มิก - บูรณะด้วยอะลูมิเนียม ไม่ให้ผลผลิตสูงเกินไป แมงกานีสก่อตัวปนเปื้อนด้วยสิ่งสกปรก

การผลิตโลหะนี้มีความสำคัญต่อกระบวนการหลายอย่างในโลหะวิทยา แม้แต่การเพิ่มแมงกานีสเพียงเล็กน้อยก็ส่งผลอย่างมากต่อคุณสมบัติของโลหะผสม ได้รับการพิสูจน์แล้วว่าโลหะจำนวนมากละลายในนั้นจนเต็มตาข่ายคริสตัล

ในแง่ของการสกัดและการผลิตองค์ประกอบนี้ รัสเซียเป็นอันดับหนึ่งของโลก กระบวนการนี้ดำเนินการในประเทศต่างๆ เช่น:

• จีน
• แอฟริกาใต้
• คาซัคสถาน
• จอร์เจีย
• ยูเครน

ใช้ในอุตสาหกรรม

แมงกานีสเป็นองค์ประกอบทางเคมี การใช้งานมีความสำคัญไม่เพียงแต่ในด้านโลหะวิทยาเท่านั้น แต่ยังอยู่ในพื้นที่อื่นๆ นอกจากโลหะในรูปแบบบริสุทธิ์แล้ว สารประกอบต่างๆ ของอะตอมนี้ยังมีความสำคัญอย่างยิ่งอีกด้วย มากำหนดตัวหลักกันเถอะ

1. อัลลอยด์มีหลายประเภทซึ่งต้องขอบคุณแมงกานีสจึงมีคุณสมบัติเฉพาะตัว ตัวอย่างเช่น เหล็กกล้า Hadfield มีความแข็งแรงและทนทานต่อการสึกหรอมากจนใช้สำหรับการถลุงชิ้นส่วนสำหรับรถขุด เครื่องจักรแปรรูปหิน เครื่องบด โรงสีบอล และชิ้นส่วนหุ้มเกราะ
2. แมงกานีสไดออกไซด์เป็นองค์ประกอบออกซิไดซ์ที่จำเป็นของการชุบด้วยไฟฟ้า ซึ่งใช้ในการสร้างขั้วไฟฟ้า
3. สารประกอบแมงกานีสมีความจำเป็นต่อการนำสารอินทรีย์ไปใช้การสังเคราะห์สารต่างๆ
4. โปแตสเซียมเปอร์แมงกาเนต (หรือด่างทับทิม) ใช้เป็นยาฆ่าเชื้ออย่างแรง
5. องค์ประกอบนี้เป็นส่วนหนึ่งของทองแดง ทองเหลือง สร้างโลหะผสมด้วยทองแดง ซึ่งใช้ทำกังหัน ใบมีด และส่วนอื่นๆ ของเครื่องบิน

บทบาททางชีวภาพ

ความต้องการรายวันสำหรับแมงกานีสสำหรับคนคือ 3-5 มก. การขาดองค์ประกอบนี้นำไปสู่ภาวะซึมเศร้าของระบบประสาท, รบกวนการนอนหลับและความวิตกกังวล, เวียนหัว. บทบาทของมันยังไม่ได้รับการศึกษาอย่างเต็มที่ แต่เห็นได้ชัดว่ามันมีผลกระทบต่อ:

• เติบโต;
• กิจกรรมของต่อมลูกหมาก;
• ฮอร์โมนทำงาน;
• การสร้างเลือด

ธาตุนี้มีอยู่ในพืช สัตว์ มนุษย์ ซึ่งพิสูจน์ให้เห็นถึงบทบาททางชีววิทยาที่สำคัญ

รายละเอียดรายการที่น่าสนใจ

แมงกานีสเป็นองค์ประกอบทางเคมี ข้อเท็จจริงที่น่าสนใจที่สามารถสร้างความประทับใจให้ทุกคนได้ และยังทำให้คุณเข้าใจว่ามันสำคัญแค่ไหน นี่คือพื้นฐานที่สุดของพวกเขาซึ่งพบเครื่องหมายของพวกเขาในประวัติศาสตร์ของโลหะนี้

1. ในช่วงเวลาที่ยากลำบากของสงครามกลางเมืองในสหภาพโซเวียต สินค้าส่งออกประเภทแรกคือแร่ที่มีแมงกานีสจำนวนมาก
2. ถ้าแมงกานีสไดออกไซด์ผสมกับโพแทสเซียมไฮดรอกไซด์และดินประสิว จากนั้นผลิตภัณฑ์จะละลายในน้ำ การเปลี่ยนแปลงที่น่าอัศจรรย์จะเริ่มต้นขึ้น สารละลายจะเปลี่ยนเป็นสีเขียวก่อน จากนั้นสีจะเปลี่ยนเป็นสีน้ำเงินหลัง - สีม่วง สุดท้ายจะเปลี่ยนเป็นสีแดงเข้มและตกตะกอนสีน้ำตาลจะค่อยๆ หลุดออกมา หากเขย่าส่วนผสม สีเขียวจะกลับคืนสภาพอีกครั้งและทุกอย่างจะเกิดขึ้นอีกครั้ง ด้วยเหตุนี้โพแทสเซียมเปอร์แมงกาเนตจึงมีชื่อซึ่งแปลว่า "กิ้งก่าแร่"
3. ถ้าใช้ปุ๋ยที่มีแมงกานีสกับดิน ผลผลิตของพืชจะเพิ่มขึ้นและอัตราการสังเคราะห์แสงจะเพิ่มขึ้น ข้าวสาลีฤดูหนาวจะสร้างเมล็ดพืชได้ดีขึ้น
4. แร่แมงกานีสโรโดไนต์ที่ใหญ่ที่สุดมีน้ำหนัก 47 ตันและถูกพบในเทือกเขาอูราล
5. มีโลหะผสมที่เรียกว่าแมงกานิน ประกอบด้วยองค์ประกอบต่างๆ เช่น ทองแดง แมงกานีส และนิกเกิล เอกลักษณ์ของมันคือมีความต้านทานไฟฟ้าสูง ซึ่งไม่ขึ้นกับอุณหภูมิ แต่ได้รับอิทธิพลจากแรงดัน

แน่นอนว่านั่นไม่ใช่ทั้งหมดที่จะพูดเกี่ยวกับโลหะนี้ แมงกานีสเป็นองค์ประกอบทางเคมี ข้อเท็จจริงที่น่าสนใจซึ่งค่อนข้างหลากหลาย ยิ่งถ้าพูดถึงคุณสมบัติที่เขามอบให้กับโลหะผสมต่างๆ