Уфимский государственный авиационный технический университет

Реферат по химии

«Марганец»

Выполнил:

Студент ФАТС

группы МХ-114

Ильясов А.Ф.

Уфа-2006

Содержание

Предисловие……………………………………………………….3

Распространение в природе, получение марганца……....3

Физические и химические свойства марганца…………….6

Соединения………………………………………………………..11

Применение………………………………………………………..19

Список литературы……………………………………………...21

Приложение………………………………………………………..22

Предисловие.

Марганец — один из первых редких металлов, применяемых в промышленности, например, для производства стали. Поэтому интерес к аналитической химии марганца возник очень давно. Однако наибольшие успехи в разработке новых методов анализа для определения марганца в различных природных и промышлен­ных материалах достигнуты за последние десятилетия. В на­стоящее время марганец определяют при анализе сталей, сплавов, полупроводниковых материалов, особо чистых веществ, органи­ческих веществ, почв, биологических материалов, горных пород различного происхождения, минералов, руд и, наконец, косми­ческого вещества в виде метеоритов и лунных пород.

Расширение объектов исследования и все возрастающие тре­бования современной промышленности к чистоте материалов и к комплексному использованию сырья привели к разработке новых, более точных, быстрых и высокочувствительных методов определения марганца. Наиболее существенным достижением в аналитической химии марганца явилось использование нейтронно-активационного метода. Благодаря высокому значению поперечного сечения реакции радиационного захвата тепловых нейтронов природным изотопом ⁵⁵Мn, этот метод позволяет опре­делять марганец из очень малых количеств исследуемых проб и без их разрушения. Это имеет принципиально важное значение при анализе уникальных проб космического происхождения, что способствует решению ряда важнейших космогонических проблем, таких как нуклеосинтез, ядерная эволюция вещества Солнечной системы, а также созданию геохимической модели земной коры и верхней мантии. Большой интерес представляют работы по нейтронно-активационному определению ничтожно малых коли­честв радиоактивного ⁵³Мn, образующегося в метеоритах и поро­дах лунной поверхности за счет ядерных взаимодействий с кос­мическими лучами. Этот изотоп позволяет изучать вариации ин­тенсивности космических лучей и солнечной активности за по­следние десять миллионов лет.

Распространение в природе, получение марганца.

Марганцевые руды известны с древних времен. Открытие мар­ганца как элемента и получение его в элементном виде в 1774 г. связывают с именами К. Шееле и И. Гана. Однако еще в 1770 г. Дж. Кайм опубликовал диссертацию о получении марганца из пиролюзита.

По среднему содержанию в земной коре, которое оценивается в 10³ мкг/г, марганец превосходит все тяжелые металлы, уступая только железу . В табл. 1 приведены данные о распро­страненности марганца в различных природных объектах.

Таблица 1

Распространение марганца в природных объектах

Объект

Мn, %

Земная кора Изверженные породы ультраосновные основные средние кислые Осадочные породы глины, сланцы карбонатные почвы Воды океаническая и морская речная подземная минерализованная Метеориты хондриты, богатые железом хондриты, бедные железом углистые углистые хондриты I типа углистые хондриты II типа углистые хондриты III типа ахондриты, бедные кальцием ахондриты, богатые кальцием железные Лунные породы

8,5*10-2 10-1 1,5* 10-1 2,0*10-1 1,2*10-1 6*10-2 6,7*10-2 4*10-2 8,5*10-2 5,5*10-2 2,8*10-6 - 7, 7* 10-4 до 5,0*10-4 2,2*10-1 2,4*10-1 1,9*10-1 1,6*10-1 1,5*10-1 l,4*10-1 3,9*10-1 1*10-3 ~1,6*10-1

Марганцевые минералы весьма многочисленны (более 150), но лишь немногие представляют промышленный интерес (табл. 2).

Таблица 2

Основные свойства минералов марганца

Минерал	Цвет	Содер­жание Мп, %	Химическая формула	Плот­ность, г/см3	Твер­дость
Пиролюзит	От светло-серого	63,2	Мп02	4,8	6—6,5
	до черного,метал-
	лический блеск
Псиломелан	Черный	45—60	ВаМп9О16(ОН)4	3,7-4,7	5—6
Манганит	От темно-серого	62,4	Мп203*Н20 или МпО(ОН)	4,2-4,4	4
	до черного
Браунит	Коричневый	62	3Mn2O3*MnSi03	4,8	6-6,5
Гаусманит	Коричневый до	72	Мп304	4,84	5,5
	черного
Родохрозит I	Серый, бледно-	48	МпС03	3,0	3—4
Диалогит	розовый, красный, коричневый
Родонит	Красный, бледно-	42	МпSiO3	3,63	6-6,5
	розовый, корич-
	невый
Вернадит	Смоляно-черный	44-52	Mn02-H20	2,4-3,0	2—3
Франклинит	Черный	10—20	(Zn,Mn)Fe204	5,1-5,2	5,5-6,5
Мангано-	Серовато-белый,	20—25	(Ca,Mn)C03	3,3	3,5-4,0
кальцит	белый
Олигонит	Желтовато- или	23-32	(Mn,Fe)C03	3,7-3,8	3,5-4,5
	серовато-белый,
	белый
Бустамит	Белый, зеленовато-	12—20	(Ca,Mn)3(Si3O9)	3,1—3,4	5,5—6,0
	белый, розова-
	то-серый

Редко встречаются такие минералы как алабандин MnS, гетеролит ZnO*Mn₂0₃, гауэрит MnS₂, пирохроит Мп(ОН)₂, манганозит МпО, тефроит Mn₂Si0₄, пирофанит МпТiO₃, смикит MnS0_4*H₂0, якобсит MnFe₂0₄ и др.

Марганцевые руды, в зависимости от содержания в них мар­ганца и железа, подразделяются на три класса: марганцевые руды (Mn/Fe > 6/7); железо-марганцевые руды (Мn/Fe~1); мар­ганцовистые железные руды (Мп 4—10%). Марганцевые руды с содержанием марганца не ниже 40% по минералогическому составу подразделяются на окисные, карбонатные, силикатные, карбонатно-силикатные и окисленные. Наибольшее промышленное значение имеют окисные и окисленные марганцевые руды.

Марганец весьма интересен в биохимическом отношении. Он обнаружен во всех растениях и животных. По данным, содержание марганца в растениях равно 0,001 %. Существуют виды растений (манганофилы), которые специфически концентри­руют марганец.

В промышленности применяют три метода получения метал­лического марганца : восстановление кремнием, алюмотермическое восстановление и электролиз. Первый метод в настоящее время не имеет технического значения. Алюмотермическим методом металлический марганец получают по реакции:

ЗМп_зО₄ + 8А1 → 9Мп + 4Аl₂0₃.

Марганец, полученный этим способом, как правило, представляет собой смесь двух модификаций марганца ( и ).

Электролитический метод производства марганца позволяет получить весьма чистый металл и состоит из че­тырех стадий: восстановительного обжига руды (переведение всего марганца в МпО), выщелачивания продукта разбавленной H₂S0₄, содержащей (NH₄)₂S0₄, очистки полученного раствора (удаление примесей Fe, As, Cu, Zn, Pb, Ni, Co и других) и элек­тролиза. Соединения марганца, содержащиеся в большинстве руд, нерастворимы в кислотах. Для переведения всех соединений марганца в МпО, растворимую в кислоте, проводят стадию вос­становительного обжига руды. Очистка кислотного раствора от примесей Fe, Cu, Ni, Со и других необходима в виду высокого от­рицательного значения электродного потенциала марганца, по­этому все перечисленные выше металлы осаждаются при электро­лизе водного раствора раньше марганца. Количество примесей в растворе, который подвергается электролизу, не должно быть больше 1 мг/л.

Описано еще несколько способов производства металлического марганца. Некоторые из них имеют только исторический инте­рес — они потеряли свое практическое значение. Однако другие, как например, процесс дистилляции, весьма важны, поскольку позволяют получить металл очень высокой чистоты . Дистилляция марганца в вакууме впервые описана в [1491].

Образование неочищенного марганца происходит восстанов­лением окислов марганца углеродом:

Мп0₂ + 2С = Мп + 2СО.

Чистый марганец получают из очень чистой Мп0₂ восстановлением водородом под высоким давлением. Слитки марганца получают зонной плавкой, при этом достигается эффективная очистка от примесей . Относительно чистый марганец может быть полу­чен при электролизе водного раствора соли марганца с исполь­зованием ртутного катода. Полученный таким способом марганец представляет собой тонкий порошок, который легко окисляется и часто бывает пирофорным. Для повышения степени очистки и упрощения технологического процесса марганцевые растворы очищают от примесей Fe, Co, Ni, Cu экстракцией мар­ганцевыми солями жирных кислот фракций С₇—С₁₆ . Примеси переходят в органический слой, а очищенный марганцевый рас­твор подвергают электролизу. Степень чистоты марганцевых рас­творов составляет 99,99%.