Марганец

Марганец

Марганец

статьи:

Марганцем называют минералы природного типа, которые возникают в грунте и породах. Встретить его можно в железорудной воде и в железе.

Минерал приносит пользу человеческому организму, способствуя повышению иммунитета и нормализации уровня сахара в крови.

Представленная ниже информация позволит ознакомиться с основными свойствами минерала и продуктами, которые содержат в большом количестве полезный элемент.

Что такое марганец

Марганец – это элемент металлического происхождения, который окрашен в серебристо-белые оттенки. Минерал, в котором он содержится, называется пиролюзитом. С давних времен пиролюзит применяли с целью обесцвечивания стекла. Начиная с 1808 года, ученые смогли выделять магнезий (именно так его называли в то время) в чистом виде.

Свойства марганца

Химическое вещество относится к многофункциональным элементам, которые способны оказывать влияние на человеческий организм. Марганец способствует внесению изменений в протекающие в организме процессы, воздействуя на внутренние органы и системы.

Среди химических и биологических свойств марганца стоит выделить следующие способности:

  1. Воздействовать на метаболизм, регуляцию белкового, жирового и углеводного обменных процессов.
  2. Оказывать воздействие на инсулин, способствуя усилению его действия в человеческом организме.
  3. Участвовать в обменном процессе гормонов щитовидной железы, способствуя ускорению обмена веществ.
  4. Поддержания нормального уровня холестерина и полноценно использовать липидов, которые содержатся в организме.
  5. Препятствовать жировому накоплению в печени.
  6. Влиять на кровообращение, принимая участие в процессе создания кровяных клеток и формировании тромбоцитов.
  7. Оказывать влияние на выработку супероксиддисмутаза, отражающих радикалы высокотоксичного типа.
  8. Укреплять артериальную ткань и повышать стойкость к отложениям холестерола.
  9. Оказывать воздействие на свойство передачи импульса между нервными волокнами.
  10. Положительно воздействовать на развитие соединительной, хрящевой, костной, мышечной ткани. Благодаря достаточному потреблению продуктов с марганцем, костная ткань нормально формируется, а любые повреждения тканей быстро заживляются.
  11. Поддерживать нормальный процесс функционирования репродуктивной системы. Дефицит марганца в женском организме становится причиной неправильной выработки гормонов, сбоев в менструальном цикле, болезненности, возникающей во время менструации. Дефицит химического элемента в мужском организме становится причиной снижения подвижности сперматозоидов.
  12. Воздействовать на процесс функционирования организма детей и женщин, которые вынашивают ребенка. Дефицит марганца в организме беременной либо малыша, может привести к дефектам, которые возникают в развитии нервной системы ребенка.
  13. Улучшать иммунную систему человека.
  14. Оказывать положительное влияние на состояние кожного покрова и ускорение роста волос.
  15. Ускорять внутренние химические реакции.
  16. Ограничивать доступ свободных радикалов в организм.
  17. Полноценно усваивать медь и железо.
  18. Активизировать ряд ферментов, которые дают возможность полноценно усваиваться витамину группы В и С.

Марганец оказывает положительное воздействие на человеческий организм. Однако важно соблюдать рекомендуемую специалистами суточную дозировку вещества. Дефицит, так же как и переизбыток вещества негативно сказывается на здоровье человека.

Роль марганца в организме человека

Марганец играет весомую роль в организме человека.

Химический элемент способствует:

  • защите клеточной мембраны от разрешения свободными радикалами;
  • нормальному функционированию мышечной ткани;
  • усилению действия инсулина;
  • нормализации процесса синтеза тироксина (гормон щитовидной железы);
  • нормализации синтеза нейромедиаторов, принимающих участие в обменном процессе, происходящем в центральной нервной системе;
  • обеспечению формирования правильной структуры костной, соединительной ткани, хрящей;
  • нормализации уровня сахара в крови путем регуляции поглощения клетками глюкозы из кровеносной системы;
  • снижению процента липидов в крови;
  • активизации процесса утилизации жиров, что запускает механизм полноценного использования жирового запаса в организме;
  • предотвращению формирования холестериновых бляшек;
  • предупреждению жировой дегенерации печени;
  • координированию обменного процесса витаминов В, С,Е;
  • поддержанию иммунитета;
  • восстановлению нормальной работы женских половых гормонов и обеспечению полноценной репродуктивной функции;
  • полноценному усваиванию питательных элементов;
  • поддержанию энергетического баланса организма на клеточном уровне.

Суточная норма марганца

Показатель суточной нормы употребления марганца зависит от различных факторов.

В процессе формирования рекомендуемого показателя, специалисты принимают во внимание:

  • массу тела человека;
  • возрастную категорию;
  • пол и т.д.

Лицам со среднестатистическими показателями и нормальными показателями здоровья, специалисты рекомендуют принимать 2-6 мг химического элемента. Также стоит обратить внимание на необходимость корректирования суточной нормы по весу. На каждый кг массы тела требуется 0,25 мг вещества. Детская суточная дозировка равна 2 мг.

При интенсивных силовых либо других физических нагрузках, обмен микроэлемента в организме повышается. Уровень суточной дозы для спортсменов может увеличиться до 8 мг. Любое повышение дозировки приема марганца должно быть назначено врачом, так как переизбыток вещества в организме может стать причиной сильного отравления и интоксикации.

Обратите внимание!Люди, страдающие патологиями нервной системы либо нарушением усвоения сахара, могут принимать марганец только после консультации с лечащим врачом, который подберет безопасную для организма дозировку.

Отсутствие тиамина негативно сказывается на развитии клеток. Человек начинает страдать от различных патологий. Дефицит марганца в организме становится причиной токсичности тиамина. Врачи часто рекомендуют при отравлениях пропить курс раствора марганца.

Микроэлементы способствуют приведению ферментов, отвечающих за использование биотина клетками, в активное состояние. Марганец позволяет костной структуре нормально сформироваться.

Польза марганца для организма состоит в том, что употребляя продукты, содержащие в своем составе это вещество, можно наладить процесс пищеварения и добиться нормального усвоения пищи.

Химический элемент, содержащийся в организме в достаточном количестве, позволяет справиться с:

  • бессилием;
  • проблемами с памятью;
  • нервным напряжением.

Кроме того, элемент считается отличным антиоксидантом, поддерживающим нормальный уровень сахара в крови, нормализующим холестерол. Это дает возможность ускорить процесс восстановления хрящевой ткани и позволяет плоду органично развиваться.

Вред марганца

Дефицит либо переизбыток марганца в организме может нанести организму человека существенный вред. Частые стрессы, нервные перенапряжения становятся причиной дефицита марганца в крови. Кроме того, металл может плохо усваиваться организмом.

Острый дефицит микроэлемента может возникнуть на фоне различных патологий и неправильного образа жизни.

Именно поэтому специалисты рекомендуют:

  • избавиться от алкогольной и наркотической зависимости;
  • избегать стрессовых ситуаций;
  • своевременно лечить заболевания.

Больной, перенесший операцию, нуждается в приеме витаминного комплекса, который поможет восполнить дефицит полезных микроэлементов, в том числе и марганца.

Дефицит минерала наносит существенный вред организму человека, а именно провоцирует возникновение:

  • повышенной утомляемости;
  • проблем с памятью;
  • болезненности в костях и мускулатуре;
  • покалываний в области кожного покрова;
  • дерматоза;
  • замедленного роста волос и ногтевых пластин;
  • непроизвольных судорожных сокращений мышц;
  • пигментов на кожном покрове;
  • лишнего веса;
  • нарушений деятельности половых желез;
  • бесплодия;
  • повышенной аллергической чувствительности;
  • задержки развития в детском возрасте;
  • снижения иммунной системы;
  • предрасположенности к вирусным инфекциям.

Лечащий врач, который диагностировал марганцевую недостаточность, прописывает больному соблюдение специальной диеты и прием медикаментозных средств. Придерживаясь рекомендаций специалиста, можно восполнить недостаток марганца в организме.

Нанести вред организму человека может и переизбыток минерала, который чаще всего проявляется при употреблении питьевой воды, которая не прошла должную обработку и не соответствует санитарным нормам.

Потребление продуктов, содержащих в составе данный элемент, не способно привести к переизбытку полезного вещества.

Спровоцировать незначительное повышение уровня марганца в организме может прием витаминно-минерального комплекса.

У сотрудников металлургических производств, которые систематически вдыхают пар и пыль, может диагностироваться хроническая интоксикация организма.

Переизбыток марганца наносит существенный вред организму человека и может стать причиной:

  • гиперраздражительности;
  • тяжелых психических расстройств;
  • гипермоторики;
  • возникновения галлюцинаций;
  • отсутствия аппетита;
  • повышенной сонливости;
  • непроизвольных судорожных сокращений и болезненности;
  • нарушения памяти.

Определенная категория лиц может сильно пострадать от переизбытка марганца в организме.

Специалисты рекомендуют практически полностью исключить употребление продуктов, в которых содержится полезный элемент, людям, которые работают:

  • в плавильных комбинатах;
  • на шахтах;
  • на предприятиях, специализирующихся на нефтепереработке.

Также стоит отказаться от приема марганца и употребления продуктов, содержащих полезный микроэлемент, лицам, которые страдают от болезни Паркинсона.

Люди, не работающие на металлургических предприятиях, тоже могут пострадать от переизбытка микроэлемента, возникающего на фоне систематического вдыхания вредных примесей, содержащихся в воздухе.

Возникает проблема вследствие халатного отношения руководителей предприятий, занимающихся переработкой марганца, которые не изготавливают необходимые конструкции и системы, способные обеспечивать минимальный выброс марганца в воздух.

Чтобы предотвратить накопление химических примесей в организме, специалисты рекомендуют систематически проводить процедуру вывода токсических соединений.

С этой целью медики советуют придерживаться сбалансированного рациона, в состав которых входит:

  • кисломолочная продукция;
  • молоко;
  • фрукты и овощи;
  • витамин А, С, Е;
  • селен.

Для выведения накопленного металла, целесообразно использовать сорбенты искусственного и натурального типа, которые способствуют связыванию и выведению тяжелых отравляющих веществ из организма.

Среди наиболее эффективных сорбентов, стоит выделить:

  • белый уголь;
  • Энтеросгель;
  • Полифепан;
  • Энтеродез;
  • растительную клетчатку.

Обратите внимание! Для предотвращения переизбытка марганца в организме, рекомендуется употреблять только ту питьевую воду, нормы содержания марганца в которой не завышены.

Чтобы восполнить дефицит этого элемента в организме, рекомендуется придерживаться сбалансированного рациона. Важно включить в меню продукты, в которых содержится марганец.

Большой процент минерала содержится в:

  • цельном зерне;
  • крупах;
  • бобовых;
  • свекольной ботве;
  • орехах;
  • петрушке;
  • шиповнике;
  • сое и бруснике;
  • малине и черной смородине;
  • ананасе;
  • моркови и овсянке;
  • чернике;
  • говяжьей печени;
  • птице;
  • рыбе;
  • молочной продукции.

Ознакомившись с приблизительным количеством марганца, который содержится в том или ином продукте, можно составить сбалансированный рацион. Для восполнения недостающих микроэлементов в организме, диетологи рекомендуют употреблять свежие продукты, которые не проходили термическую обработку.

Источник: https://dietologiya.info/komponenty/44-marganec.html

Химический элемент марганец его свойства, применение и сплавы

Марганец

Рис. 1

Марганец – химический элемент с атомной массой 54,9380 и атомным номером 25, серебристо-белого оттенка, с большой массой, в природе существует в виде стабильного изотопа 35Мn.

Первые упоминания о металле записал древнеримский ученый Плиний, называл его «черным камнем».

В те времена марганец использовался в качестве осветлителя стекла, во время процесса варки в расплав добавлялся пиролюзит марганца МnО2.

В Грузии издавна пиролюзит марганца использовался как присадка во время получения железа, назывался черной магнезией и считался одной из разновидностей магнетита (магнитного железняка).

Лишь в 1774 году шведским ученым Шееле было доказано, что это соединение неизвестного науке металла, а через несколько лет Ю.

Ган во время нагревания смеси угля и пиролюзита получил первый марганец, загрязненный атомами углерода.

Рис. 2

Природное распространение марганца

В природе химический элемент марганец малораспространен, в земной коре его содержится всего 0,1%, в вулканической лаве 0,06–0,2%, металл на поверхности в рассеянном состоянии, имеет форму Мn2+.

На поверхности земли под воздействием кислорода быстро образуются окислы марганца, имеют распространение минералы Мn3+ и Мn4+, в биосфере металл малоподвижен в окислительной среде.

Марганец – химический элемент, активно мигрирует при наличии восстановительных условий, металл очень подвижен в кислых природных водоемах тундры и лесных ландшафтах, где преобладает окислительная среда. По этой причине культурные растения имеют избыточное содержание металла, в почвах образуются железомарганцевые конкреции, болотные и озерные низкопроцентные руды.

В регионах с сухим климатом преобладает щелочная окислительная среда, что ограничивает подвижность металла. В культурных растениях ощущается недостаток марганца, сельхозпроизводство не может обходиться без использования специальных комплексных микродобавок.

В реках химический элемент малораспространен, но суммарный вынос может достигать больших величин. Особенно много марганца имеется в прибрежных зонах в виде естественных осадков.

На дне океанов встречаются большие залежи металла, которые образовались в давние геологические периоды, когда дно было сушей.

Химические свойства марганца

Марганец относится к категории активных металлов, при повышенных температурах активно вступает в реакции с неметаллами: азотом, кислородом, серой, фосфором и другими. В результате образуются разновалентные окислы марганца.

При комнатной температуре марганец химический элемент малоактивен, при растворении в кислотах образует двухвалентные соли. При нагреве в вакууме до высоких температур химический элемент способен испаряться даже из устойчивых сплавов.

Соединения марганца во многом схожи с соединениями железа, кобальта и никеля, находящихся в такой же степени окисления.

Наблюдается большое сходство марганца с хромом, подгруппа металла также имеет повышенную устойчивость при высших степенях окисления при увеличении порядкового номера элемента. Перенаты являются менее сильными окислителями, чем перманганаты.

Рис. 3

Исходя из состава соединений марганца (II) допускается образование металла с более высокими степенями окисления, такие превращения могут происходить как в растворах, так и в расплавах солей.

Стабилизация степеней окисления марганцаСуществование большого числа степеней окисления у марганца химического элемента объясняется тем, что в переходных элементах во время образования связей с d-орбиталями их энергетические уровни расщепляются при тетраэдрическом, октаэдрическом и квадратном размещении лигандов. Ниже приводится таблица известных в настоящее время степеней окисления некоторых металлов в первом переходном периоде.

Рис. 4

Обращают на себя внимание низкие степени окисления, которые встречаются в большом ряде комплексов. В таблице есть перечень соединений, в которых лигандами являются химически нейтральные молекулы CO, NO и другие.

Рис. 5

За счет комплексообразования стабилизируются высокие степени окисления марганца, самыми подходящими для этого лигандами является кислород и фтор.

Если принимать во внимание, что стабилизирующее координационное число равняется шести, то максимальная стабилизация равняется пяти.

Если марганец химический элемент образует оксокомплексы, то могут стабилизироваться более высокие степени окисления.

Фторо- и оксокомплексы

Стабилизация марганца в низших степенях окисления

Теория мягких и жестких кислот и оснований дает возможность объяснить стабилизацию разных степеней окисления металлов за счет комплексообразования при воздействии с лигандами. Элементы мягкого типа успешно стабилизируют невысокие степени окисления металла, а жесткие положительно стабилизируют высокие степени окисления.

Теория полностью объясняет связи металл-металл, формально эти связи рассматриваются как кислотно-основное взаимное воздействие.

Рис. 6

Сплавы марганцаАктивные химические свойства марганца позволяют ему образовывать сплавы со многими металлами, при этом большое количество металлов может растворяться в отдельных модификациях марганца и стабилизировать его.

Медь, железо, кобальт, никель и некоторые другие металлы способны стабилизировать γ-модификацию, алюминий и серебро способны расширять β- и σ-области магния в двойных сплавах. Эти характеристики играют важную роль металлургии.

Марганец химический элемент позволяет получать сплавы и высокими значениями пластичности, они поддаются штамповке, ковке и прокату.

В химических соединениях валентность марганца изменяется в пределах 2–7, увеличение степени окисления становится причиной возрастания окислительных и кислотных характеристик марганца. Все соединения Mn(+2) относятся к восстановителям.

Оксид марганца имеет восстановительные свойства, серо-зеленого цвета, в воде и щелочах не растворяется, зато отлично растворяется в кислотах. Гидроксид марганца Mn(OH)3 в воде не растворяется, по цвету белое вещество.

Образование Mn(+4) может быть и окислителем (а), и восстановителем (б).

MnO2 + 4HCl = Cl2 + MnCl2 + 2H2O (а)

Эта реакция используется при необходимости получения в лабораторных условиях хлора.

MnO2 + KClO3 + 6KOH = KCl + 3K2MnO4 + 3H2O (б)

Реакция протекает при сплавлении металлов. MnO2 (оксид марганца) имеет бурый цвет, соответствующий гидроксид по цвету несколько темнее.
Физические свойства марганцаМарганец – химический элемент с плотностью 7,2–7,4 г/см3, t° плавления +1245°С, закипает при температуре +1250°С. Металлу присущи четыре полиморфные модификации:

  1. α-Мn. Имеет кубическую объемно-центрированную решетку, в одной элементарной ячейке располагается 58 атомов.
  2. β-Мn. Имеет кубическую объемно-центрированную решетку, в одной элементарной ячейке располагается 20 атомов.
  3. γ-Мn. Имеет тетрагональную решетку, в одной ячейке 4 атома.
  4. δ-Mn. Имеет кубическую объемно-центрированную решетку.

Температуры превращений марганца: α=β при t°+705°С; β=γ при t°+1090°С; γ=δ при t°+1133С. Наиболее хрупкая модификация α, в металлургии используется редко. Самыми значительными показателями пластичности отличается модификация γ, она чаще всего используется в металлургии. β-модификация частично пластична, промышленность ее применяет редко.

Атомный радиус марганца химического элемента составляет 1,3 А, ионные радиусы в зависимости от валентности колеблются в пределах 0,46–0,91. Марганец парамагнитен, коэффициенты теплового расширения 22,3×10-6 град-1. Физические свойства могут немного корректироваться в зависимости от чистоты металла и его фактической валентности.

Способ получения марганцаСовременная промышленность получает марганец по методу, разработанному электрохимиком В. И. Агладзе путем электрогидролиза водных растворов металла при добавлении (NH4)2SO4, во время процесса кислотность раствора должна быть в пределах рН = 8,0–8,5.

В раствор погружаются свинцовые аноды и катоды из сплава на основе титана АТ-3, допускается замена титановых катодов нержавеющими. Промышленность использует порошок марганца, который после окончания процесса снимается с катодов, металл оседает в виде чешуек.

Способ получения считается энергетически затратным, это оказывает прямое влияние на увеличение себестоимости. При необходимости собранный марганец в дальнейшем переплавляется, что позволяет облегчить его применение в металлургии.

Марганец – химический элемент, который можно получать и галогенным процессом за счет хлорирования руды и дальнейшим восстановлением образовавшихся галогенидов. Такая технология обеспечивает промышленность марганцем с количеством посторонних технологических примесей не более 0,1%. Более загрязненный металл получают при протекании алюмотермической реакции:

3Mn3O4 + 8Al = 9Mn + 4Al2O3

Или электротермией. Для удаления вредных выбросов в производственных цехах монтируется мощная принудительная вентиляция: воздуховоды из ПВХ, вентиляторы центробежного принципа действия.

Кратность обмена воздуха регламентируется нормативными положениями и должна обеспечивать безопасное пребывание людей в рабочих зонах.
Использование марганцаГлавный потребитель марганца – черная металлургия. Широкое использование металл имеет и в фармацевтической промышленности.

На одну тонну выплавляемой стали необходимо 8–9 килограмм, перед введением в сплав марганца химического элемента его предварительно сплавляют с железом для получения ферромарганца.

В сплаве доля марганца химического элемента составляет до 80%, углерода до 7%, остальное количество занимает железо и различные технологические примеси. За счет использования добавок значительно повышаются физико-механические характеристики сталей, выплавляемых в доменных печах.

Технология пригодна и для использования добавок в современных электрических сталелитейных печах. За счет добавок высокоуглеродистого ферромарганца происходит раскисление и десульфарация стали. При добавке средне- и малоуглеродистых ферромарганцев металлургия получает легированные стали.

Низколегированная сталь имеет в составе 0,9–1,6% марганца, высоколегированная до 15%. Высокими показателями физической прочности и антикоррозионной устойчивости обладает сталь с содержанием 15% марганца и 14% хрома.

Металл износоустойчив, может работать в жестких температурных условиях, не боится прямого контакта с агрессивными химическими соединениями.

Такие высокие характеристики позволяют использовать сталь для изготовления наиболее ответственных конструкций и промышленных агрегатов, работающих в сложных условиях.

Марганец – химический элемент, применяемый и во время выплавки сплавов на безжелезной основе.

Во время производства высокооборотных лопаток промышленных турбин используется сплав меди с марганцем, для пропеллеров применяются бронзы с содержанием марганца. Кроме этих сплавов, марганец как химический элемент присутствует в алюминиевых и магниевых.

Он намного улучшает эксплуатационные характеристики цветных сплавов, делает их хорошо деформируемыми, не боящимися коррозионных процессов и износостойкими.

Легированные стали являются основным материалом для тяжелой промышленности, незаменимы во время производства различных типов вооружений. Широко применяются в кораблестроении и самолетостроении.

Наличие стратегического запаса марганца – условие высокой обороноспособности любого государства. В связи с этим добыча металла ежегодно увеличивается.

Кроме того, марганец – химический элемент, применяемый во время производства стекла, в сельском хозяйстве, полиграфии и т. д.

Марганец в флоре и фауне

В живой природе марганец – химический элемент, играющий важную роль в развитии. Он влияет на характеристики роста, состав крови, интенсивность процесса фотосинтеза. В растениях его количество составляет десятитысячные доли процента, а в животных стотысячные доли процента.

Но даже такое незначительное содержание оказывает заметное влияние на большинство их функций. Он активирует воздействие ферментов, влияет на функцию инсулина, минеральный и кроветворный обмен.

Недостаток марганца становится причиной появления различных болезней как острых, так и хронических.

Марганец – химический элемент, широко используемый в медицине. Недостаток марганца понижает физическую выносливость, становится причиной некоторых видов анемий, нарушает обменные процессы в костных тканях. Широко известны дезинфицирующие характеристики марганца, его растворы используются во время обработки некрозных тканей.

Недостаточное количество марганца в пище животных становится причиной снижения ежесуточного привеса. Для растений такая ситуация становится причиной пятнистости, ожогов, хлорозов и других заболеваний.

При обнаружении признаков отравления назначается специальная медикаментозная терапия.

Сильное отравление может становиться причиной появления синдрома марганцевого паркинсонизма – трудноизлечимой болезни, оказывающей негативное влияние на центральную нервную систему человека.

Суточная потребность марганца составляет до 8 мг, главное количество человек получает с пищей. При этом рацион должен быть сбалансированным по всем питательным веществам.

При увеличенной нагрузке и недостаточном количестве солнечного света доза марганца корректируется на основании общего анализа крови. Значительное количество марганца содержится в грибах, водяных орехах, ряске, моллюсках и ракообразных.

марганца в них может достигать нескольких десятых процента.

При попадании марганца в организм в чрезмерных дозах могут возникать болезни мышечных и костных тканей, поражаются дыхательные пути, страдает печень и селезенка.

Для выведения марганца из организма требуется много времени, за этот период токсические характеристики увеличиваются с эффектом накапливания.

Допустимая санитарными органами концентрация марганца в воздушной среде должна быть ≤ 0,3 мг/м3, контроль параметров выполняется в специальных лабораториях путем отбора воздуха. Алгоритм отбора регулируется государственными нормативными актами.

Источник: https://plast-product.ru/marganets-splavyi-svoystva-rasprostranenie/

Марганец — мечта сталелитейщиков

Марганец

› Металлы

02.09.2020

Самая распространенная марганцевая руда (пиролюзит, или браунштейн) применялась с давних времен. Она отлично удаляла зеленоватый оттенок из расплава стекла. Оттенок придавался примесями железа, обычно содержащимися в песке.

История открытия

История открытия тянется со времен Античности. Плиний упоминал о «черной магнезии» (пиролюзите), но считал ее разновидностью магнитного железняка. То, что черная магнезия не притягивается магнитом, ученый объяснял просто. Античные ученые наделяли женскими и мужскими свойствами не только людей.

Электролитический марганец

Считается, что новый элемент обнаружил Шееле, работая с браунштейном (пиролюзитом). Новый металл называли браунштейном. Современное название металл марганец носит с XIX века.

Свойства

Химический элемент с №25 относится к металлам и называется марганец (Manganum, манганум). Его относят к чёрным металлам.

Химические свойства марганца:

  1. На воздухе поверхность покрывается слоем оксида, который ее пассивирует.
  2. Со щелочами практически не реагирует.
  3. При нагреве взаимодействует с кислотами-окислителями, образуя соли.
  4. В виде мелкого порошка проявляет пирофорность.
  5. Степени окисления: 0, +2, +3, +4, +6, +7; это сильный окислитель.
  6. Марганец образует многочисленные соли и бинарные соединения.
Свойства атомаНазвание, символ, номерАтомная масса(молярная масса)Электронная конфигурацияРадиус атомаХимические свойстваКовалентный радиусРадиус ионаЭлектроотрицательностьЭлектродный потенциалСтепени окисленияЭнергия ионизации(первый электрон)Термодинамические свойства простого веществаПлотность (при н. у.)Температура плавленияТемпература кипенияУд. теплота плавленияУд. теплота испаренияМолярная теплоёмкостьМолярный объёмКристаллическая решётка простого веществаСтруктура решёткиПараметры решёткиТемпература ДебаяПрочие характеристикиТеплопроводностьНомер CAS
Марганец / Manganum (Mn), 25
54,938045 (5)[1] а. е. м. (г/моль)
[Ar] 3d5 4s2
127 пм
117 пм
(+7e) 46 (+2e) 80 пм
1,55 (шкала Полинга)
−1,180 В
7, 6, 5, 4, 3, 2, 1, 0
 716,8 (7,43) кДж/моль (эВ)
7,21 г/см³
1 517 K
2 235 K
13,4 кДж/моль
221 кДж/моль
26,3[2] Дж/(K·моль)
7,35 см³/моль
кубическая
8,890 Å
400 K
(300 K) 6,87[3] Вт/(м·К)
7439-96-5

Рекомендуем:  МЕЛЬХИОР – потерянный и обретенный

Месторождения

Основные марганцевые руды:

  • пиролюзит;
  • манганит;
  • браунит;
  • гаусманит;
  • псиломелан.

Крупнейший бассейн марганцевых руд в мире находится на юге Украины.

В его составе Никопольское и Большетокмакское месторождения.

Переработка марганцевых руд

Производство зависит от потребности разных сфер промышленности.

Способы получения металла:

  • восстановлением пиролюзита кремнием, углеродом (редко — алюминием);
  • электролизом раствора MnSO4; получаемый продукт осаждается на катоде;
  • чистый металлический марганец получают электролитическим способом;
  • в промышленных масштабах марганец часто получают в реакции восстановления углем из смеси марганцевых и железных руд.

Сплавы

Стальным сплавам добавка марганца придает вязкость, твердость, тягучесть.

Марганец металлический Мн95

Ценный сплав под названием сталь Гадфильда обладает превосходными свойствами:

  • большое сопротивление на износ;
  • твердость;
  • вязкость;
  • высокий срок службы.
Сплав марганца (в %%)
Ферро-марганец50-82
Силико-марганец55-75
Фосфор-марганец65
Силико-шпигель18-30
Купро-марганец25-30
Зеркальный чугун (шпигель)8-35

Марганцевистая бронза имеет большое сопротивление на разрыв.

Плюсы и минусы

Рассмотрим характеристики сплавов марганца.

ДостоинстваНедостатки
Химическая активность металла дает возможность получать множество соединений с различными свойствамиВысокая твердость в сочетании с хрупкостью ограничивает применение металла
Марганец образует сплавы практически со всеми металламиНизкая электропроводность не позволяет использовать элемент в электротехнике
В сталелитейной промышленности сплавы с углеродом и кремнием незаменимыВысокая температура кипения затрудняет работу с металлом
Соединения железа и марганца в любом соотношении образуют твердые растворыНедостатки металла — следствие особенностей его структуры

Трудно переоценить значение металла, как лигатуры.

Использование

Основная часть продукции, содержащей manganum, идет на нужды сталелитейной промышленности. Она потребляет ферромарганец для производства сталей и чугуна.

Рекомендуем:  НИКЕЛЬ – «пасынок» в семье серебристых металлов

Применение марганца обосновано в промышленностях:

  • стекольной;
  • фармацевтической;
  • стекольной;
  • электротехнической;
  • лакокрасочной.

Mn(OH₂) применяют в текстильной промышленности, как коричневую краску.

В производстве олифы соединения металла применяют, как сиккатив.

Большое количество марганца идет в электротехническую промышленность, для производства сухих батарей.

Стоимость

Цена килограмма металла 3700 рублей (на 02.09.2020).

Марганец — мечта сталелитейщиков Ссылка на основную публикацию

Источник: https://TheMineral.ru/metally/marganets

СТРУКТУРА

Марганец имеет 4 полиморфные модификации: α-Мn (кубическая объемноцентрированная решетка с 58 атомами в элементарной ячейке), β-Мn (кубическая объемноцентрированная с 20 атомами в ячейке), γ-Мn (тетрагональная с 4 атомами в ячейке) и δ-Mn (кубическая объемноцентрированная). Температура превращений: α=β 705 °С; β=γ 1090 °С и γ=δ 1133 °С; α-модификация хрупка; γ (и отчасти β) пластична, что имеет важное значение при создании сплавов.

СВОЙСТВА

Серебристо-белый цвет с легким серым налетом выделяет марганец. Он превосходит железо по твердости и хрупкости. Является парамагнетиком. При взаимодействии с воздушной средой происходит окисление марганца. Покрывается оксидной пленкой, защищающей его от последующей окислительной реакции.

Растворяется в воде, полностью поглощает водород, не вступая в реакцию с ним. В процессе нагревания сгорает в кислороде. Активно реагирует с хлором и серой.

При взаимодействии с кислотными окислителями образует соли марганца.
Плотность — 7200 кг/м3, t плавления — 1247°С, t кипения — 2150 °С. Удельная теплоемкость — 0,478 кДж. Обладает электрической проводимостью.

Контактируя с хлором, бромом и йодом образует дигалогениды.

При высоких температурах вступает во взаимодействие с азотом, фосфором, кремнием и бором. Медленно взаимодействует с холодной водой. В процессе нагревания реакционная способность элемента возрастает. На выходе образуется Mn(OH)2 и водород.

Запасы и добыча

Марганец — 14-й элемент по распространённости на Земле, а после железа — второй тяжёлый металл, содержащийся в земной коре (0,03 % от общего числа атомов земной коры). Весовое количество марганца увеличивается от кислых (600 г/т) к основным породам (2,2 кг/т).

Сопутствует железу во многих его рудах, однако встречаются и самостоятельные месторождения марганца. В чиатурском месторождении (район Кутаиси) сосредоточено до 40 % марганцевых руд. Марганец, рассеянный в горных породах, вымывается водой и уносится в Мировой океан.

При этом его содержание в морской воде незначительно (10−7—10−6%), а в глубоких местах океана его концентрация возрастает до 0,3 %.

Промышленное получение марганца начинается с добычи и обогащения руд. Если используют карбонатную руду марганца, то ее предварительно подвергают обжигу. В некоторых случаях руду далее подвергают сернокислотному выщелачиванию. Затем обычно марганец в полученном концентрате восстанавливают с помощью кокса (карботермическое восстановление).

ПРОИСХОЖДЕНИЕ

Вследствие окисления растворённым в воде кислородом с образованием нерастворимого в воде оксида марганца, который в гидратированной форме (MnO2·xH2O) и опускается в нижние слои океана, формируя так называемые железо-марганцевые конкреции на дне, в которых количество марганца может достигать 45 % (также в них имеются примеси меди, никеля, кобальта). Такие конкреции могут стать в будущем источником марганца для промышленности.

В России является остродефицитным сырьём, известны месторождения: «Усинское» в Кемеровской области, «Полуночное» в Свердловской, «Порожинское» в Красноярском крае, «Южно-Хинганское» в Еврейской автономной области, «Рогачёво-Тайнинская» площадь и «Северо-Тайнинское» поле на Новой Земле.

ПРИМЕНЕНИЕ

Марганец широко используют в черной металлургии. Добавляют сплав железо марганец (ферромарганец).

Доля марганца в нем равна 70-80%, углерода 0,5-7 %, остальная часть приходится на железо и посторонние примеси. Элемент №25 в сталеплавлении соединяет кислород и серу.

Используются смеси хром — марганец, вольфрам-марганец, кремний-марганец. В производстве стали марганцу альтернативной замены нет.

Химический элемент выполняет множество функций, в том числе рафинирует и раскисляет сталь. Широко используется технология цинк марганец. Растворимость Zn в магнии составляет 2 %, а прочность стали, в этом случае, возрастает до 40 %.

В доменной шахте марганец удаляет серный налет из чугуна. В технике применяются тройные сплавы манганины, куда входит марганец медь и никель.

Материал характеризуется большим электро-сопротивлением на которое влияет не температура, а сила давления.

Используется для изготовления манометров. Настоящей ценностью для промышленности является сплав медь — марганец. марганца здесь 70 %, меди 30%. Его применяют для снижения вредных производственных шумов. В изготовлении взрыв-пакетов для праздничных мероприятий используют смесь, куда входят такие элементы, как магний марганец. Магний широко используется в самолетостроении.

Некоторые виды солей марганца, такие как KMnO4 нашли свое применение в медицинской отрасли. Перманганат калия относится к солям марганцовой кислоты. Имеет вид темно-фиолетовых кристаллов. Растворяется в водной среде, окрашивая её в фиолетовый цвет. Является сильным окислителем. Антисептик, обладает противомикробными свойствами.

Марганец в воде легко окисляется, образуя плохо растворимый оксид марганца коричневого цвета. При соприкосновении с белком ткани формирует соединения с выраженными вяжущими качествами. В высоких концентрациях раствор марганца обладает раздражающим и прижигающим действием.

Калий марганец используют для лечения некоторых заболеваний и для оказания первой помощи, а пузырек с кристаллами марганцовки находится в каждой аптечки.

Марганец полезен для человеческого здоровья. Участвует в формировании и развитии клеток центрально-нервной системы. Способствует усвоению витамина В1, меди и железа. Регулирует содержание сахара в крови. Задействуется в строительстве костной ткани.

Участвует в образовании жирных кислот. Улучшает рефлекторные способности, память, убирает нервное напряжение, раздражительность.

Абсорбируясь в стенках кишечника марганец, витамины В, Е, фосфор, кальций усиливают этот процесс, влияет на организм и обменные процессы в целом.

Марганец (англ. Manganese) — Mn

Кристаллографические свойства

Источник: https://mineralpro.ru/minerals/manganese/

Марганец: основные характеристики, производство и применение вещества

Марганец

Минералы марганца, в частности пиролюзит, известны были еще в античные времена. Считали пиролюзит разновидностью магнитного железняка и использовали при варке стекла – для осветления. То, что минерал в отличие от настоящего магнитного железняка магнитом не притягивается, объясняли довольно занятно: полагали, что пиролюзит – минерал женского пола и к магниту равнодушен.

В 18-м веке марганец выделили в чистом виде. И сегодня мы поговрим о нем детально. Так, обсудим, вреден ли чем опасен марганец, где его можно купить, как получить марганец и подчиняется ли он ГОСТу.

Марганец относится к подобной группе 7 группы 4 периода. Элемент является распространенным – занимает 14 место.

в земной коре – 0,03% от числа всех атомов, он второй по распространенности металл после железа.

Элемент относится к тяжелым металлам – атомная масса более 40. На воздухе пассивируется – покрывается плотной оксидной пленкой, препятствующей дальнейшей реакции с кислородом. Благодаря этой пленке в нормальных условиях малоактивен.

При нагревании марганец вступает в реакцию с множеством простых веществ, кислот и оснований, образуя соединения с самой разной степенью окисления: -1, -6, +2, +3, +4, +7. Металл относится к переходным, поэтому с равной легкостью проявляет и восстановительные, и окислительные свойства. С металлами, например, с железом, образует твердые растворы, не вступая в реакцию.

Данное видео расскажет о том, что такое марганец:

Марганец – серебристо-белый металл, плотный, твердый – тверже железа, с необыкновенно сложной структурой. Последняя является причиной хрупкости вещества. Известны 4 модификации марганца. Сплавы с металлом позволяют стабилизировать любую из них и получить твердые растворы с очень разными свойствами.

  • Марганец относится к числу жизненно важных микроэлементов. Причем в равной степени это относится и к растениям, и к животным. Элемент участвует в фотосинтезе, в процессе дыхания, активирует ряд ферментов, является непременным участником мышечного метаболизма и так далее. Суточная доза марганца для человека составляет 2– 9 мг. Одинаково опасен как недостаток, так и избыток элемента.
  • Металл тяжелее и тверже железа, однако практического применения в чистом виде не имеет из-за высокой хрупкости. Но его сплавы и соединения имеют необыкновенно большое значение в народном хозяйстве. Он используется в черной и цветной металлургии, в производстве удобрений, в электротехнике, в тонком органическом синтезе и так далее.
  • От металлов своей собственной подгруппы марганец довольно сильно отличается. Технеций – радиоактивный элемент, получен искусственно. Рений относит к рассеянным и редким элементам. Борий также может быть получен только искусственным путем и в природе не встречается. Химическая активность и технеция и рения намного ниже, чем у марганца. Практическое применение, если не считать ядерного синтеза, находит только марганец.

Марганец

Свойства и характеристики

Физические характеристики металла заметно зависят от температуры. Учитывая наличие целых 4 модификаций это неудивительно.

Основные характеристики вещества таковы:

  • плотность – при нормальной температуре составляет 7,45 г/куб. см. Именно эта величина слабо зависит от температуры: так, при нагревании до 600 С плотность уменьшается только на 7%;
  • температура плавления – 1244 С;
  • температура кипения – 2095 С;
  • теплопроводность при 25 С составляет 66,57 Вт/(м·К), что для металла является низким показателем;
  • удельная теплоемкость – 0,478 кДж/(кг·К);
  • коэффициент линейного расширения, измеренный при 20 С, равен 22,3·10-6 град-1 — ; Теплоемкость и теплопроводность вещества увеличиваются линейно при увеличении температуры;
  • удельное электрическое сопротивление – 1,5– 2,6 мком·м , лишь немногим выше, чем у свинца.

Марганец является парамагнетиком, то есть, намагничивается во внешнем магнитном поле и притягивается к магниту. Металл переходит в антиферромагнитное состояние при низких температурах, причем температура перехода для каждой модификации разная.

Структура и состав марганца описаны ниже.

Марганец и его соединения — тема видеоролика ниже:

Описаны 4 структурные модификации вещества, каждая из которых устойчива в определенном температурном интервале. Сплавление с определенными металлами может стабилизировать любую фазу.

  • До 707 С устойчивой является а-модификация. – кубическая объемно-центрированная решетка, в состав элементарной ячейки которой входит 58 атомов. Такая структура очень сложна и обуславливает высокую хрупкость вещества. Его показатели – теплоемкость, теплопроводность, плотность, приводятся как свойства вещества.
  • При 700–1079 С устойчивой является b-фаза с таким же типом решетки, но с более простым строением: ячейку составляет 20 атомов. В этой фазе марганец проявляет определенную пластичность. Плотность b-модификации – 7,26 г/куб. см. Фазу легко зафиксировать – закалкой вещества при температуре выше температуры фазового перехода.
  • При температурах от 1079 С до 1143 С g-фаза стабильна. Для нее характерна кубическая гранецентрированная решетка с ячейкой из 4 атомов. Модификация отличается пластичностью. Однако зафиксировать фазу полностью при охлаждении не удается. При температуре перехода плотность металла составляет 6,37 г/куб. см, при нормальной – 7, 21 г/куб. см.
  • Выше температуры 1143 С и до кипения стабилизируется d-фаза с объемно-центрированной кубической решеткой, ячейка которой включает 2 атома. Плотность модификации составляет 6,28 г/куб. см. Интересно то, что d-Mn может перейти в антиферромагнитное состояние при высокой температуре – 303 С.

Фазовые переходы имеют большое значение при получении разнообразных сплавов, тем более что физические характеристики структурных модификаций отличаются.

Производство марганца описано ниже.

Производство

В основном марганец сопровождает железо в его рудах, но встречаются и самостоятельные месторождения. Так, на территории чиатурского месторождения сконцентрировано до 40% мирового запаса марганцевых руд.

Элемент рассеян едва ли не во всех горных породах, легко вымывается. его в морской воде невелико, но на дне океанов он формирует вместе с железом конкреции, в которых содержания элемента достигает 45%. Эти залежи считают перспективными для дальнейшего разрабатывания.

На территории России крупных месторождений марганца мало, потому для РФ он является остродефицитным сырьем.

Самые известные минералы: пиролюзит, магнитит, браунит, марганцевый шпат и так далее. элемента в них варьируется от 62 до 69%. Добываются карьерным или шахтным способом. Как правило, руда предварительно обогащается.

Получение марганца напрямую связано с его применением. Главный его потребитель – сталелитейная промышленность, а для ее нужд требуется не сам металл, а его соединение с железом – ферромарганец. Поэтому говоря о получении марганца, зачастую имеют в виду соединение, необходимое в черной металлургии.

Ранее ферромарганец производился в доменных печах. Но из-за дефицита кокса и необходимости использовать бедные марганцовые руды производители перешли к выплавке в электропечах.

Для плавки используются открытые и закрытые печи, футерованные углем – таким образом получают углеродистый ферромарганец. Плавку производят при напряжении в 110–160 В, двумя методами – флюсовым и бесфлюсовым. Второй метод более экономичен, так как позволяет полнее извлечь элемент, однако при большом содержании кремнезема в руде, возможен только флюсовый способ.

  • Бесфлюсовый метод – непрерывный процесс. Шихта из марганцевой руды, кокса и железной стружки загружается по мере переплавления. Важно следить за достаточным количеством восстановителя. Ферромарганец и шлак выпускаются одновременно 5–6 раз за смену.
  • Силикомарганец производят сходным методом в электроплавильной печи. Шихта, кроме руды включает марганцевый шлак – без фосфора, кварцит и коксик.
  • Металлический марганец получают аналогично выплавке ферромарганца. Сырьем служат отходы от разливки и разделки сплава. После расплавления сплава и шихты добавляют силикомарганец, а за 30 минут до окончания плавки продувают сжатым воздухом.
  • Химически чистое вещество получают электролизом.

90% мировой добычи марганца уходит на нужды сталелитейной промышленности. Причем большинство металлов требуется не для получения собственно марганцевых сплавов, а для производства чугуна и стали как таковых.

  • Свойства стали сильно зависит от тех или иных примесей, но если легирующие элементы вводятся специально для улучшения свойств сплава, то примеси кислорода и серы являются нежелательными. Ферромарганец и есть то соединение, которое участвует при выплавке стали и чугуна в качестве раскислителя и десульфатора. Во время плавки марганец связывает кислород и серу, тем самым уменьшая в готовом изделии их содержание.

В среднем на производство 1 тонны стали требуется 7,5 кг марганца, так что стоимость (цена) металла целиком определяется спросом на сталь.

  • Кроме того, марганец сам по себе используется в качестве легирующего элемента. Так, нержавеющая сталь помимо хрома и никеля включает 1% элемента. Более того, он может полностью заместить никель, если повысить его содержание до 4–16%. Дело в том, что марганец как и никель стабилизирует в стали фазу аустенита.
  • Марганец способен заметно понизить температуру перехода аустенита в феррит, что предупреждает осаждение карбида железа. Таким образом готовый продукт приобретает большую жесткость и прочность.
  • Элемент марганец применяют для получения стойких к коррозии алюминиевых сплавов – от 1 %. Такой материал применяется в пищеобрабатывающей промышленности при изготовлении самой разной тары. Сплавы металла с медью – марганцовистая бронза, используются при изготовлении морских винтов, подшипников, шестерней и других деталей, контактирующих с морской водой.
  • Соединения его очень широко используются в неметаллургической промышленности – в медицине, в сельском хозяйстве, на химических производствах.

Марганец – металл, который интересен не столько сам по себе, сколько свойствами своих многочисленных соединений. Однако переоценить его значение в качестве легирующего элемента сложно.

Реакция оксида марганца с алюминием продемонстрирована в этом видео:

Источник: http://stroyres.net/metallicheskie/vidyi/vspomogatelnyie-veshhestva/marganets.html

Ваш педагог
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: