Teorija

Mangāns
period_tabMn.PNG
Mangāns dabā un tā iegūšana
Mangāns ir Zemes garozā samērā izplatīts elements (14. vieta). Pazīstamākais mangāna minerāls ir piroluzīts MnO2. Nozīmīgākās mangāna rūdu atradnes ir Indijā, Brazīlijā, Dienvidāfrikā un Rietumāfrikā, Ukrainā, Gruzijā, Urālos.
Mangāna rūdas satur dzelzs oksīdu piemaisījumus, mangāna savienojumi bieži sastopami dzelzsrūdās, tāpēc rūpniecībā mangānu iegūst sakausējuma feromangāna veidā, pirometalurģiski reducējot mangāna oksīdu un dzelzs oksīdu maisījumu ar ogli, alumīniju vai silīciju. Iegūtais sakausējums satur aptuveni 85% Mn, 10% Fe un 5% C, Al vai Si. Tīru mangānu iegūst elektrizējot MnSO4 vai MnCl2 šķīdumu.
Mangāna īpašības un izmantošana
Mn.PNG
Mangāns ir ciets, trausls sudrabbalts metāls. Tas veido cietus šķīdumus (sakausējumus) un intermetāliskus savienojumus. Mangāns labi absorbē ūdeņradi, taču ar to nereaģē.
Parastajos apstākļos mangāns ir ķīmiski inerts metāls, jo to klāj blīva oksīdu aizsargkārtiņa, taču sakarsēts mangāns gaisā aizdegās un veido dažāda sastāva oksīdus (MnO2, Mn3O4). Paaugstinātā temperatūrā tas labi reaģē ar halogēniem, veidojot mangāna (II) halogenīdus. Mangāna reakcijās ar citiem nemetāliem rodas dažādi nestehiometriska sastāva savienojumi, piemēram, MnS,MnS2,Mn3S4,Mn3C,Mn7C3,Mn3N2,Mn2N,Mn2Si,Mn2Si3.
Mangāns samērā aktīvi reaģē ar sālsskābes un sērskābes šķīdumiem, veidojot attiecīgi mangāna (II) sāļus un ūdeņradi. Sasmalcināts mangāns paaugstinātā temperatūrā reaģē ar ūdeni:
Mn+2H2Ot0Mn(OH)2+H2
Mangāns reaģē ar sakarsētām, koncentrētām oksidējošām skābēm.
 
Mangānu feromangāna veidā izmanto melnajā metalurģijā par dezoksidantu, jo tas aktīvi saista skābekli, sēru un oglekli. Tīru mangānu lieto krāsaino sakausējumu leģēšanai. Manganītam, kas satur 85% vara, 12% mangāna un 3% niķeļa, piemīt liela elektriskā pretestība, ko iespaido arī spiediens. Vara sakausējumu, kas satur 14% mangāna un 10% alumīnija var rūdīt kā tēraudu, un tam piemīt arī feromagnētiskas īpašības.
Mangāna savienojumi
Ierosinātā stāvoklī mangāna atomā ir 7 nesapāroti elektroni. No tā izriet, ka mangāna oksidēšanas pakāpes savienojumos var būt no +1 līdz +7, tomēr pazīstamākie ir savienojumi, kuros mangāna oksidēšanas pakāpe ir +2, +4 un +7.
Mangāna savienojumiem ir izteiktas oksidējošās un reducējošās īpašības. To oksidēšanas spējas pieaug un reducēšanas spējas samazinās mangāna oksidēšanas pakāpju pieaugšanas virzienā.
Palielinoties mangāna oksidēšanas pakāpei, tā oksīdu un oksīdu hidrātu bāziskās īpašības pavājinās, bet skābās īpašības pastiprinās.
Mangāna (II) savienojumi
Mangāna (II) oksīds MnO ir pelēkzaļa kristāliska viela, ko iegūst, karsējot mangāna (II) karbonātu vai mangāna (II) hidroksīdu. Tas ir bāzisks oksīds, tāpēc labi reaģē ar atšķaidītām skābēm, veidojot mangāna (II) sāļus, taču ūdens uz šo oksīdu neiedarbojas.
 
Mangāna (II) hidroksīds Mn(OH)2 ir balta, kristāliska viela. Gaisā tas ātri oksidējas un pārvēršas par mangāna (IV) hidroksīdu Mn(OH)4, kam ir brūna krāsa.
 
Mangāna (II) sāļi ir stabili savienojumi. Tos iegūst, mangānam reaģējot ar atšķaidītām skābēm vai iedarbojoties ar skābēm uz citiem mangāna savienojumiem, kuriem ir oksidējošas īpašības. Šim nolūkam visbiežāk izmanto mangāna dioksīdu MnO2.
Kristāliskā veidā mangāna (II) sāļi parasti ir rozā krāsā, bet to ūdens šķīdumi ir gandrīz bezkrāsaini.
Mangāna (II) sāļi veido dažādus kristālhidrātus, piemēram, MnCl22H2O,MnSO47H2O. Tie viegli kūst un šķīst savā kristalizācijas ūdenī.
No mangāna (II) savienojumiem nozīmīgākie ir mangāna (II) hlorīds un mangāna (II) sulfāts. Tos izmanto kā mikroelementu saturošas vielas sēklu apstrādei. MnCl2 lieto arī par pigmentu krāsvielās un par katalizatoru neorganiskajā un organiskajā sintēzē. Dažus mangāna (II) minerālus, piemēram, sārto rodonītu MnSiO3 izmanto par dekoratīviem materiāliem arhitektūrā un tēlniecībā.
 
Mangāna (IV) savienojumi
Visstabilākais mangāna (IV) savienojums ir mangāna (IV) oksīds jeb mangāna dioksīds MnO2 - tumšbrūna kristāliska viela, kas dabā sastopama minerāla piroluzīta veidā. Mangāna dioksīds ir spēcīgs oksidētājs. Šo MnO2 īpašību izmanto mangāna (II) sāļu. hlora, skābekļa un citu vielu iegūšanai. mangāna dioksīda reakcijās ar spēcīgiem oksidētājiem iegūst mangāna (VI) un mangāna (VII) savienojumus. Mangāna dioksīdu izmanto citu mangāna savienojumu iegūšanai, to lieto par oksidētāju gāzmaskās, pirotehnika, hlora iegūšanai laboratorijā, sausajos galvaniskajos elementos, stikla rūpniecībā stikla masas atkrāsošanai. MnO2 noder par katalizatoru ūdeņraža peroksīda H2O2 un kālija hlorāta KClO3 (Bertolē sāls) sadalīšanās reakcijās, lai iegūtu skābekli. Tas ietilpst arī sērkociņu galviņās. Mangāna dioksīdu izmanto brūnos pigmentos (umbra).
 
Mangāna (IV) hidroksīdu Mn(OH)4 viegli iegūt, ja svaigām Mn(OH)2 nogulsnēm, kas ir baltā krāsā, pielej bromūdeni - baltās nogulsnes kļūst brūnas. Mangāna (IV) hidroksīds ir nestabils savienojums, tas ātri sadalās un skābā vidē reducējas.
Mangāna (IV) sāļi ir nestabili, tiem nav lielas praktiskas nozīmes.
 
Mangāna (VII) savienojumi
No mangāna (VI) savienojumiem stabilākie ir praktiski neeksistējošās mangānskābes H2MnO4 sāļi - manganāti, kuri ir zaļā krāsā. Pazīstamāko no tiem - kālija manganātu K2MnO4 iegūst laboratorijā, ja karsē kālija permanganātu  KMnO4 vai iedarbojas uz to ar reducētājiem.
 
Mangāna (VII) savienojumi
No mangāna (VII) savienojumiem pazīstamākie ir permangānskābes HMnO4 sāļi - permanganāti, piemēram, kālija permanganāts KMnO4. Permanganātskābe brīvā veidā nav iegūta, tā pastāv tikai ūdens šķīdumā (līdz 20% masas daļās), bet koncentrēta tā sadalās, veidojot mangāna (VII) oksīdu vai mangāna dioksīdu.
  
Mangāna (VII) oksīds Mn2O7 ir zaļganmelns eļļains šķidrums, ko iegūst, ja ar koncentrētu sērskābi iedarbojas uz kālija permanganātu:
2KMNO4+H2SO4konc.K2SO4+2HMnO42HMnO4Mn2O7+H2O_________________________________________2KMNO4+H2SO4konc.K2SO4+Mn2O7+H2O
Mangāna (VII) oksīds ir ļoti nestabils, eksplozīvs savienojums. Nedaudz paaugstinātā temperatūrā tas strauji sadalās:
2Mn2O74MnO2+3O2
Mn2O7 ir spēcīgs oksidētājs, tā klātbūtnē uzliesmo ugunsnedrošas vielas. Laboratorijā kālija permanganāta un koncentrētas sērskābes maisījumu izmanto par aizdedzinošu, ķīmisko reakciju ierosinošu maisījumu.
 
Permangānskābes sāļi - permanganāti - ir spēcīgi oksidētāji.
 
Kālija permanganāts KMnO4 ir kristāliska tumši violeta viela, ko tautā dēvē par zilajiem graudiņiem. Tas ir efektīvs antiseptisks līdzeklis. Kālija permanganāta 0,01...0,025% šķīdumu ūdenī izmanto mutes dobuma un kakla skalošanai, kā arī brūču apmazgāšanai, bet tā 2...5% šķīdumu lieto apdegumu ārstēšanai.
ja smalki saberztam kālija permanganātam uzpilina nedaudz bezūdens glicerīna, tad glicerīns pēc neilga laika uzliesmo un sadeg.
zilie.PNGshk.PNG
Nedaudz karsēts, kālija permanganāts sadalās. Šo reakciju izmanto skābekļa iegūšanai laboratorijā.
Kālija permanganātu kā spēcīgu oksidētāju lieto analītiskajā ķīmijā un organiskajā sintēzē, bet tā reakciju ar koncentrētu sālsskābi izmanto hlora iegūšanai laboratorijā.
 
Permanganātjons MnO4 atkarībā no vides reducējas dažādi:
Skāba vide
MnO4H+Mn2+
bezkrāsains šķīdums
Neitrāla vide
MnO4H2OMnO2
brūnas nogulsnes
Bāziska vide
MnO4OHMnO42
zaļš šķīdums
 
Atsauce:
Bergmanis U. Neorganiskā ķīmija vidusskolām, "Lielvārds",1996, 102 - 106.