89. Общая характеристика элементов группы марганца.

Марганец — элемент 4-го периода и VII B-группы Периодической системы, порядковый номер 25. Характерные степени окисления + VII,+ VI, +IV, +III, +II и 0.

Шкала степеней окисления марганца:

+7 - Mn2O7, MnO4, HMnO4, KMnO4

+ 6 - MnO4, K2MnO4

+4 - MnO2, Mn(SO4)2 ,MnF4 ,K3[MnF6]

+3 - Mn2O3, MnO(OH), Mn2(SO4)3, MnF, K3[MnF6]

+ 2 - Mn2+, MnO, Mn(OH)2, MnSO4, MnCl2.

0 - Mn.

По электроотрицательности марганец занимает промежуточное положение между типичными металлами (Na, К, Са, Мg) и неметаллами (F, O,N, Cl). Соединения МnII — оксид и гидроксид — проявляют основные свойства, соединения МnIII и Мn IV — амфотерные свойства, для соединений МnVI и МnVII характерно почти полное преобладание кислотных свойств. Марганец образует многочисленные соли и бинарные соединения.

В природе — четырнадцатый по химической распространенности элемент (восьмой среди металлов; второй, после железа, тяжелый металл).

Марганец Мn. Серебристо-белый (с серым оттенком) металл, более твердый и хрупкий по сравнению с железом. В виде мелкого порошка пирофорен. На воздухе покрывается оксидной пленкой. Пассивируется в воде, поглощает водород, но не реагирует с ним.

При нагревании сгорает в кислороде воздуха, реагирует с хлором и серой:

Mn→(O2, до450oC) MnO2 →( O2, до 800oC) Mn2O3

Mn→MnO+( MnIIMn2 II)O4 “окалина “ ( O2, выше 800oC)

Mn+Cl2→MnCl2 , (200oC)

Mn+S→ MnS (до1580oC)

В ряду напряжений марганец стоит левее водорода, из разбавленных кислот НCl и Н2SO4 вытесняет водород:

Мn (порошок) + 2Н = Мn + Н2↑

Взаимодействует с кислотами-окислителями при нагревании, также образуя соли марганца (II):

Мn + 2Н2SO4 (конц.) = МnSO4 + SO2↑+ 2Н2O

3Мn + 8HNO3 (разб.) = 3Мn(NO3)2 + 2NO↑ + 4Н2O

Получение марганца в промышленности — восстановление пиролюзита МnO2 или гаусманита (МnIIMnIII)O4 коксом или алюминием:

МnO2 + С (кокс) = Мn + СO2 (600 °С)

3(МnII MnIII)O4 + 8Аl = 9Мn + 4А12O3(700-900 °С)

Наиболее чистый марганец выделяют электролизом раствора из солей марганца (П), например:

2MnSO4+2H2O→2Mn↓+O2↑+2H2SO4 (40oC, эликтролиз)

Промышленно важен сплав с железом — ферромарганец (> 70 % Мn), его получают восстановлением оксидных руд марганца и железа.

Применяется марганец для изготовления специальных и тугоплавких сплавов, зеркального чугуна и марганцевых твердых сталей, в качестве катализатора в органическом синтезе.

Качественная реакция на ион МnO4 — исчезновение фиолетовой окраски раствора при восстановлении в кислотной среде.

90. Общая характеристика элементов семейства железа.

Vlll Б подгруппа включает три триады элементов, расположенные в 4, 5 и 6-м периодах.

Элементы триад Fe, Co, Ni; Ru, Rh, Pd и Os, Ir, Pt отличаются между собой тем, что в атомах элементов триады 4-го периода (Fe, Co, Ni) нет свободного ^-подуровня, имеющегося в атомах элементов триад 5-го и 6-го периодов, и, несмотря на ряд общих свойств, в химическом отношении эти элементы различны.

Железо, кобальт и никель составляют триаду 4-го периода и относятся к семейству железа. Железо и никель — четные элементы, имеющие четыре и пять стабильных изотопов соответственно. Наиболее распространены железо и никель. Нечетный элемент кобальт является одиночным стабильным нуклидом.

По распространенности в земной коре железо вместе с кальцием стоят сразу после алюминия. Руды железа образуют крупные залежи, чем и обеспечено огромное мировое производство железа, главным образом сплавов на его основе, исчисляемое приблизительной цифрой 700 млн т в год.

Строение электронных уровней атомов этих элементов характеризуется почти полной достройкой с/-подуровня предпоследнего уровня: шесть — у железа, семь — у кобальта и восемь — у никеля. Заполнение с/-подуровня у атомов этих элементов сказывается на уменьшении максимально положительной степени окисления, поскольку на cf-подуровне содержится меньшее число неспаренных электронов. Поэтому атом железа может отдавать не больше 6 электронов и, следовательно, его степень окисления не может быть больше +6. Степень окисления кобальта не может быть больше +5, никеля -4.

Большая часть выплавляемого железа используется в виде огромного числа сортов стали, а также в виде чугуна. Чистое железо — материал для сердечников электромагнитов, роторов электромашин, пластин аккумуляторов. Железный порошок используют в металлургии (для восстановления металлов). На основе железа готовятся катализаторы для некоторых производств (синтез аммиака).

Получение железа из оксидных руд основано на восстановлении металла углем (коксом):

Fe₂O₃ + 3CO = 2Fe + 3CO₂

Fe₃O₄ + 4CO = 3Fe + 4CO₂

Можно получать и очищать железо электролизом раствора хлорида железа:

FeCl₂ Fe + Cl₂↑

При нагревании железа в атмосфере хлора образуется хлорид железа(Ш) черного цвета:

2Fe + 3Cl₂ = 2FeCl₃

Разбавленная азотная кислота окисляет железо до Fе3+:

Fe + 4HNO₃ = Fe(NO₃)₃ + NO↑ + 2H₂O

Концентрированная азотная и серная кислоты пассивируют поверхность железа и не реагируют с ним. При нагревании железо начинает реагировать и с концентрированными кислотами:

2Fe + 6H₂SO₄ Fe₂(SO₄)₃

С жидкой водой чистое железо не реагирует, но при нагревании его в папах воды идет обратимая реакция

Fe + H₂O = FeO +

Растворы щелочей на железо не действуют. Оно реагирует с растворами солей металлов, расположенных в электрохимическом ряду напряжений правее, переходя в соли железа(И).

Для железа одинаково характерны степени окисления +2 и +3. Поэтому оно образует два ряда соединений, в которых имеются оксиды, гидроксиды, однотипные соли и комплексные соединения.