Подгруппа марганца

В состав этой подгруппы входят элементы побочной подгруппы седьмой группы: марганец, технеций и рений.

Отношение между ними и элементами главной подгруппы седьмой группы – галогеннами – приблизительно такое же, как и между элементами главной и побочной подгрупп шестой группы.

Имея в наружном электронном слое атома всего два электрона, марганец и его аналог не способны присоединять электроны и, в

отличие от галогенов, соединений с водородом не образуют.

Однако высшие кислородные соединения этих элементов до некоторой степени сходны с соответствующими соединениями галогенов, так как в образовании связей с кислородом у них, как и у галогенов, могут участвовать семь электронов.

Поэтому их высшая степень окисленности равна +7.

Подгруппа марганца

Из элементов подгруппы марганца наибольшее практическое значение имеет сам марганец.

Рений, открытый в 1925 году, – редкий элемент.

Однако, благодаря ряду ценных свойств, находит применение в технике.

Технеций в земной коре не встречается.

Он был получен в 1937 году искусственно, бомбардировкой ядер атомов молибдена ядрами тяжелого изотопа водорода – дейтронами .

Технеций был первым элементом, полученным

искусственным, «техническим» путем, что и послужило основанием для его названия.

Марганец

Запишем электронно-графическую формулу

атома марганца в нормальном состоянии:

Нахождение в природе

Содержание марганца в земной коре составляет 0,1 % по массе и он встречается в виде минералов:

пиролюзита – MnO2;

браунита – Mn2O3;

гаусманита –Mn3O4;

марганцевого блеска – MnS.

По запасам руд с высоким содержанием

марганца наша страна занимает первое

место в мире.

Получение

Марганец получают карботермическим

или силикотермическим методами –

восстановлением кремнием при высокой температуре:

MnO2 +С t →Mn +СO2 ↑.

MnO2 +Si t →Mn +SiO2 .

+4

1 Mn +4e = Mn0 , в−ие,

+4

1 Si0 −4е = Si, о−ие.

Получение

Чистый металл получают электролизом раствора соли MnCl2

(см. тему «Электролиз»).

Для этого руду восстанавливают до соединений двухвалентного марганца и

растворяют в кислоте.

Физические свойства

Марганец –серебристо-белый твердый и хрупкий металл.

В зависимости от температуры кристаллизации он имеет четыре модификации.

Ниже 7070С устойчив αMn , имеющий сложную структуру, что и обусловливает его

хрупкость.

На воздухе марганец покрывается тонкой оксидной пленкой, защищающей его от дальнейшего окисления даже при нагревании.

Химические свойства

3. Отношение к неметаллам.

Mn +Cl2 → MnCl2 ,

Mn +S t →MnS и т.д.

4. Марганец восстанавливает менее активные металлы из растворов их

солей:

СuSO4 + Mn → MnSO4 +Cu.

5. Отношение к щелочам.

Со щелочами марганец не взаимодействует.

Химические свойства

6. Отношение к кислотам.

а)марганец вытесняет водород из неокислительных кислот:

Mn + HСl → MnCl2 + H2 ↑,

Mn + H2 SO4 разб. → MnSO4 + H2 ↑.

б)концентрированные окислительные кислоты при комнатной температуре

пассивируют марганец, но при нагревании

марганец растворяется, проявляя степень окисления +2:

+6

Mn + H2 SO4 конц. t → S 0 + H2O +MnSO4 .

6. Взаимодействие металлов с кислотами

Ca Na Mg Al Mn Zn Fe Co Ni Sn Pb H Sb Bi Cu Hg Ag Au

НNO3 конц

NO2

Н2SO4 конц

НNO3 разб

Химические свойства

6. Взаимодействие металлов с кислотами

Ca Na Mg Al Mn Zn Fe Co Ni Sn Pb H Sb Bi Cu Hg Ag Au

Химические свойства

+5

H NO3 разб +Mn → N20 + H2O +Mn(NO3 )2 .

6. Взаимодействие металлов с кислотами

Ca Na Mg Al Mn Zn Fe Co Ni Sn Pb H Sb Bi Cu Hg Ag Au

Применение

В металлургии используется способность марганца связывать серу, а также ее аналог – кислород.

Марганец, имея бо'льшее сродство к сере, чем железо, удаляет её из чугуна в виде МnS, и сера переходит в шлак.

FeS +Mn t →MnS ↓ +Fe.

шлак

Нет ни одной стали, которая не содержала бы марганца в тех или иных количествах.

Применение

Марганец входит в состав ряда сплавов,

повышая их стойкость против коррозии.

Марганцовистая сталь, содержащая до 15% Mn, обладаетвысокими

твердостью и прочностью.

Из неё делают рабочие части

дробильных машин, шаровых мельниц, железнодорожные рельсы.

Соединения марганца

Mn(OH )2 Mn(OH )3 Mn(OH )4 H2 MnO3 H2 MnO4 HMnO4

Cоединения марганца: Mn2+

Свойства :

Mn(OH )2 + HCl → MnCl2 + H2O. Mn(OH )2 + NaOH ≠.

Mn(OH )2 ↓ +O2 + H2O → Mn(OH )4 ↓

телесный бурый

2Mn(OH )2 −2e +2OH − = Mn(OH )4 , в− ль,

1O2 +2H2O +4e = 4OH −, в−ие, о− ль.

ВОВР Mn(OH)2 – восстановитель.

Соединения марганца: Mn4+

Соединения Mn+3 – неустойчивы.

Наиболее устойчивым оксидом является MnO2 и он встречается в природе в виде минерала

пиролюзита.

MnO2 легко образуется как при окислении низших оксидов, так и при восстановлении

Соединения марганца: Mn4+

MnO2 – амфотерный оксид со слабо выраженными кислотными и основными

свойствами.

MnO2 + H2 SO4 → Mn2 SO4 + H2O. MnO2 + NaOH t →Na2 MnO3 + H2O.

манганит

В кислой среде MnO2 – сильный окислитель и его применяют для получения хлора.

MnO2 + HCl → MnCl2 +Cl2 ↑ +H2O.

1 MnO2 +2е +4Н+ = Mn2+ +2H2O, в−ие, 1 2Cl− −2е =Cl2 , о−ие.

Соединения марганца: Mn7+

KMnO4 - соль марганцевой кислоты,

кристаллизуется в виде темно-фиолетовых кристаллов.

В ОВР KMnO4 - сильный окислитель,

однако продукты восстановления зависят от рН среды.

Если рН<7, то:

Соединения марганца: Mn7+

Если рН>7, то:

2MnO4− +e = MnО42−, в−ие, ϕ0 =1,23В,

1SO32− −2e +2ОН− = SO42− + Н2О, o −ие.

Если рН=7, то:

+6+7 +4+4

КMnО4 + Н2О+ Na2 SO3 → MnO2 ↓ +Na2 SО4 + КОH.

Соединения марганца: Mn7+

Вывод: в кислой среде КMnO4 наиболее

сильный окислитель:

рН<7 MnO4− +5e +8Н+ = Mn2+ +4Н2О, в−ие, ϕ0 =1,51В,

Как окислитель КMnO4 широко применяется в химическом анализе и на производствах.

В медицине используется как дезинфицирующее средство.

Соединения марганца: Mn7+

Mn2O7 – зеленовато-бурая маслянистая жидкость.

Он неустойчив и при нагревании разлагается со взрывом:

Mn2O7 t →MnO2 ↓ +O2 ↑.

Mn – жизненно необходимый элемент, играет важную роль в обмене веществ

и кроветворении.

Рений

Рений не образует самостоятельных минералов.

В ничтожных количествах он содержится в молибденовых рудах и некоторых редких минералах.

Общее содержание рения в земной коре составляет

0,0000001% (масс).

Рений был открыт только в 1925 году, однако существование его было предсказано еще в 1871 году Менделеевым, который назвал его двимарганцем.

В свободном состоянии рений – светло-серый металл. Плотность его равна 21,0 г/см3, температура плавления около 3190°С.

Он не растворяется в соляной и в плавиковой кислотах, азотная и горячая концентрированная серная кислоты растворяют его

с образованием рениевой кислоты HReO4.

Рений

Рений и его сплавы с вольфрамом и молибденом применяются в производстве электрических ламп и электровакуумных приборов.

Они имеют больший срок службы и являются более прочными, чем вольфрам.

Из сплавов вольфрама с рением изготовляют термопары, которые можно использовать в интервале температур от 0 до 2500 °С.

Жаропрочные и тугоплавкие сплавы рения с вольфрамом, молибденом, танталом применяются для изготовления некоторых ответственных деталей.

Рений и его соединения служат катализаторами при окислении аммиака, окислении метана, гидрировании этилена.

Рений

Рений образует несколько оксидов, из которых наиболее стойким и характерным для рения является

оксид рения(VII), или рениевый ангидрид, Re207

(желтовато-бурые пластинки).

При взаимодействии его с водой получается

бесцветный раствор рениевой кислоты, HReO4, соли которой называются перренатами.

В отличие от марганцовой кислоты и ее солей, окислительные свойства для рениевой кислоты и перренатов не характерны.