Металлы жизни. Марганец
Дисциплина: Химия и физикаТип работы: Курсовая
Тема: Металлы жизни. Марганец
Тверской Государственный Университет
Курсовая работа
студентки 15 группы
Коршуновой Юлии Александровны
“Металлы жизни. Марганец
Руководитель:
к.т.н. Андреева Г.И.
Тверь - 1996.
Кафедра неорганической и аналитической химии
СОДЕРЖАНИЕ
TOC o \"1-3\"
.................................................................................... GOTOBUTTON _Toc356015357
PAGEREF _Toc356015357 2
2. Природные ресурсы.
......................................................................................................... GOTOBUTTON _Toc356015358
PAGEREF _Toc356015358 3
3. Получение.
.............................................................................................................................. GOTOBUTTON _Toc356015359
PAGEREF _Toc356015359 3
4. Марганец - простое вещество и его свойства.
......................................................... GOTOBUTTON _Toc356015360
PAGEREF _Toc356015360 4
5. Соединения Mn (II)
................................................................................................................ GOTOBUTTON _Toc356015361
PAGEREF _Toc356015361 5
6. Соединения Mn (III)
............................................................................................................... GOTOBUTTON _Toc356015362
PAGEREF _Toc356015362 7
7. Соединения марганца в биологических системах
.................................................. GOTOBUTTON _Toc356015363
PAGEREF _Toc356015363 8
8. Применение
............................................................................................................................ GOTOBUTTON _Toc356015364
PAGEREF _Toc356015364 9
1. Марганец - химический элемент.
Марганец - d-элемент VII группы периодической системы, с конфигурацией валентных электронов 3d
Некоторые сведения об этом элементе приведены ниже:
Атомная масса
....................................................................... 54,9380
Валентные электроны
............................................................... 3d
Металлический атомный радиус, нм
....................................... 0,130
Условный радиус иона Mn
2+, нм
.............................................. 0,052
Условный радиус иона Mn
7+, нм
.............................................. 0,046
Энергия ионизации Mn
+, эВ
........................................... 7,44
Содержание в земной коре, мол. доли, %
......................... 3,2
Природные изотопы
.....................................................
55Mn (100%)
В отличие от p-элементов, марганец образует химические связи за счет орбиталей как внешнего, так и
предвнешнего квантовых слоев, за счет 3d-, 4s- и 4p- орбиталей. Для марганца
характерны степени окисления +2, +4 и +7, что отвечает устойчивой не связывающей электронной конфигурации d
5 или d
3, а также d
0. Существуют соединения марганца, в которых он проявляет степени окисления 0,+3, +5 и +6. Для марганца наиболее типичны координационные числа 6 и 4. Влияние степени
окисления и отвечающей ей электронной конфигурации атома на структуру комплексов (структурных единиц) марганца показано в таблице 1.
С ростом степени окисления у марганца тенденция к образованию анионных комплексов возрастает, а
катионных падает (усиливается характер их бинарных соединений).
Таблица 1
Степени окисления и пространственная конфигурация
комплексов (структурных единиц) марганца
Степень
окисления
Электрон-ная
конфигу-рация
Кооррдина-ционное число
Пространственная конфигурация комплекса
Примеры соединений
Октаэдр
2(CO)
Степень
окисления
Электрон-ная
конфигу-рация
Кооррдина-ционное число
Пространственная конфигурация комплекса
Примеры соединений
Тетраэдр
Октаэдр
[MnCl
[Mn(OH
2+, [MnF
4-, MnO, MnF
2, MnCl
2, Mn(OH)
Октаэдр
Октаэдр
Тетраэдр
[MnO
Для химии марганца очень характерны окислительно-восстановительные реакции. При этом кислая среда способствует образованию катионных комплексов Mn (II), а сильнощелочная среда -
анионных комплексов Mn (VI). В нейтральной среде (а также слабокислой и слабощелочной) при окислительно-восстановительных процессах, образуются производные Mn (IV) (чаще всего MnO
2. Природные ресурсы.
Марганец принадлежит к весьма распространённым элементам, составляя 0,03% от общего числа атомов земной коры. Среди тяжёлых металлов (атомный вес больше 40), к которым относятся
все элементы переходных рядов, марганец занимает по распространенности в земной коре третье место вслед за железом и титаном. Небольшие количества марганца содержат многие горные
породы. Вместе с тем, встречаются и скопления его кислородных соединений, главным образом в виде минерала пиролюзита - MnO
2. Большое значение имеют также минералы гаусманит - Mn
4 и браунит - Mn
3. Получение.
Чистый марганец может быть получен электролизом растворов его солей. Однако, поскольку 90% всей добычи марганца потребляется при изготовлении различных сплавов на основе железа,
из руд обычно выплавляют прямо его высокопроцентный сплав с железом - ферромарганец (60-90% - Mn и 40-10% - Fe). Выплавку ферромарганца из смеси марганцовых и железных руд ведут в
электрических печах, причём марганец восстанавливается углеродом по реакции:
2 + 2C + 301 кДж = 2СО + Mn
Небольшое количество металлического марганца в лаборатории легко приготовить алюмотермическим методом:
4 + 8Al = 9Mn + 4Al
0 = -2519 кДж
4. Марганец - простое вещество и его свойства.
Марганец - серебристо-белый твёрдый хрупкий металл. Известны четыре кристаллические модификации марганца,
каждая из которых термодинамически устойчива в определённом интервале температур. Ниже 707
0 С устойчив
-марганец, имеющий сложную структуру - в его элементарную ячейку входят 58 атомов. Сложность структуры марганца при температурах ниже 707
0 С обусловливает его хрупкость.
Некоторые физические константы марганца приведены ниже:
Плотность, г/см
.......................................................................... 7,44
Т. Пл.,
...................................................................................... 1245
Т.кип.,
..................................................................................... ~2080
298,
Дж/
град
моль
............................................................................. 32,0
возг. 298,
кДж/
моль.
........................................................................ 280
298 Mn
2+ + 2e = Mn, В
............................................................. -1,78
В ряду напряжений марганец располагается до водорода. Он довольно активно взаимодействует с
разбавленной HCl и H
4.В соответствии с устойчивыми степенями окисления взаимодействие марганца с разбавленными кислотами приводит к образованию катионного аквокомплекса [Mn(OH2)6]2+:
Mn + 2OH
- + 4H
2O = [Mn(OH
2+ + H
Вследствие довольно высокой активности, марганец легко окисляется, в особенности в порошкообразном
состоянии, при нагревании кислородом, серой, галогенами. Компактный металл на воздухе устойчив, так как покрывается оксидной плёнкой (Mn
3), котора...