Изучение свойств марганца и его соединений Основные теоретические положения
Элемент марганец расположен в шестом периоде в VII Б группе. Валентный электронный уровень отвечает формуле 3d54s2. Наличие семи валентных электронов обусловливает возможность проявления широкого спектра степеней окисления: от (– 1) до (+7).
Марганец в соединениях проявляет степени окисления от +2 до +7. При этом в образовании связей участвует от двух до семи валентных электронов.
В ряду стандартных электодных потенциалов марганец расположен между алюминием и цинком, однако при обычных условиях химическая активность марганца меньше ожидаемой. Причиной снижения активности марганца является тот факт, что уже на воздухе он, подобно алюминию и хрому, окисляется, и оксидная пленка защищает его от воздействия влаги и кислорода.
При нагревании марганец реагирует со многими неметаллами. Например
2Mn
+ O2
2MnO
( Mn3O4,
Mn2O3),
Mn + Cl2 MnCl2 ,
Mn + S MnS,
2Mn + Si Mn2Si.
При нагревании Mn также реагирует с водой
Mn + H2O MnO + H2
и вытесняет водород из водных растворов неокисляющих кислот
Mn + 2HCl MnCl2 + H2,
Mn + H2SO4(разб) MnSO4 + H2.
Концентрированные серная и азотная кислоты пассивируют марганец, но при нагревании эти кислоты растворяют его по реакциям
Mn + 2H2SO4(конц) MnSO4 + SO2 + 2H2O,
Mn + 4HNO3(конц) Mn(NO3)2 + 2NO2 + 2H2O.
С кислородом марганец образует ряд оксидов – MnO, Mn2O3, MnO2, MnO3, Mn2O7 и Mn3O4. В ряду оксидов и гидроксидов марганца наблюдается типичная зависимость кислотно-основных свойств от степени окисления металла: чем выше степень окисления, тем сильнее выражены кислотные свойства оксидов и гидроксидов.
При обычных условиях наиболее устойчив оксид MnO2, обладающий выраженными окислительными свойствами. Например
MnO2 + 4HCl = MnCl2 + Cl2 + 2H2O.
Оксид марганца (VI) и отвечающая ему марганцевая кислота H2MnO4 в свободном состоянии не выделены, однако соли H2MnO4 манганаты хорошо известны. Например, их можно получить по реакции
MnO2(кр) + 2KOH(кр) + KNO3(кр) = K2MnO4 + KNO2 + H2O.
При действии сильных окислителей манганаты полностью превращаются в перманганаты – соли марганцовой кислоты HMnO4
2K2MnO4 + Cl2 = 2KMnO4 + 2KCl .
Оксиды марганца (VII) и соли марганцовой кислоты – сильные окислители (например, в контакте с Mn2O7 бумага и спирты воспламеняются). Mn2O7 – неустойчивое соединение, поэтому в лабораторной практике он не используется.
Перманганаты вполне устойчивы как в индивидуальном состоянии, так и в водных растворах. Это обусловливает их широкое применение как окислителей. В сильнощелочных средах перманганаты восстанавливаются до манганатов
2KMnO4 + KNO2 + 2KOH = 2K2MnO4 + KNO3 + H2O,
в нейтральных или слабощелочных – до MnO2
2KMnO4 + 3KNO2 + H2O = 2MnO2 + 3KNO3 + 2KOH,
а в кислых – до солей марганца Mn (II)
2KMnO4 + 5KNO2 + 3H2SO4 = 2MnSO4 + 5KNO3 + K2SO4 + 3H2O.
В лабораторной практике перманганат калия часто используется для получения хлора и кислорода
2KMnO4 + 16HCl = 2MnCl2 + 2KCl + 5Cl2↑ + 8H2O,
2KMnO4
KMnO4
+ MnO2
+ O2↑.