منگنز (عنصر شیمیایی): خواص، کاربرد، نامگذاری، حالت اکسیداسیون، حقایق جالب

2024 نویسنده: Angel Austin | [email protected]. آخرین اصلاح شده: 2023-12-17 05:24

یکی از مهمترین فلزات برای متالورژی، منگنز است. علاوه بر این، به طور کلی یک عنصر نسبتاً غیر معمول است که حقایق جالبی با آن مرتبط است. مهم برای موجودات زنده، مورد نیاز در تولید بسیاری از آلیاژها، مواد شیمیایی. منگنز یک عنصر شیمیایی است که عکس آن را در زیر می بینید. این خواص و ویژگی های آن است که در این مقاله بررسی خواهیم کرد.

ویژگی یک عنصر شیمیایی

اگر از منگنز به عنوان عنصری از سیستم تناوبی صحبت کنیم، ابتدا باید جایگاه آن را در آن مشخص کنیم.

1. واقع در دوره چهارم عمده، گروه هفتم، زیر گروه دوم.
2. عدد ترتیبی - 25. منگنز یک عنصر شیمیایی است که بار هسته اتم های آن 25+ است. تعداد الکترون ها یکسان است، نوترون ها - 30.
3. مقدار جرم اتمی 54,938 است.
4. تعریف عنصر شیمیایی منگنز - منگنز.
5. نام لاتین - منگنز.

بین کروم و آهن قرار دارد که شباهت آن را با آنها از نظر خصوصیات فیزیکی و شیمیایی توضیح می دهد.

منگنز - عنصر شیمیایی: فلز واسطه

اگر پیکربندی الکترونیکی یک اتم کاهش یافته را در نظر بگیریم، فرمول آن به این صورت خواهد بود: 1s²2s²2p 6 ^3s2^3p6^4s2^{۳ روز} 5. بدیهی است که عنصر مورد نظر ما یک فلز انتقالی از خانواده d است. پنج الکترون در سطح فرعی سه بعدی، پایداری اتم را نشان می‌دهند که در خواص شیمیایی آن آشکار می‌شود.

به عنوان یک فلز، منگنز یک عامل احیاکننده است، اما بیشتر ترکیبات آن قادر به نشان دادن توانایی‌های اکسیدکننده نسبتاً قوی هستند. این به دلیل حالت های اکسیداسیون و ظرفیت های متفاوتی است که این عنصر دارد. این ویژگی همه فلزات این خانواده است.

بنابراین منگنز یک عنصر شیمیایی است که در میان اتم های دیگر قرار دارد و ویژگی های خاص خود را دارد. بیایید با جزئیات بیشتری در نظر بگیریم که این خواص چیست.

منگنز یک عنصر شیمیایی است. حالت اکسیداسیون

ما قبلاً فرمول الکترونیکی اتم را داده ایم. به گفته وی، این عنصر قادر است چندین حالت اکسیداسیون مثبت را نشان دهد. این است:

• 0;
• +2;
• +3;
• +4;
• +6;
• +7.

ظرفیت یک اتم IV است. پایدارترین ترکیباتی هستند که در آنها منگنز دارای مقادیر +2، +4، +6 است. بالاترین درجه اکسیداسیون به ترکیبات اجازه می دهد تا به عنوان قوی ترین عوامل اکسید کننده عمل کنند. برای مثال: KMnO₄، Mn₂O₇.

ترکیبات با 2+ عوامل کاهنده هستند، هیدروکسید منگنز (II) دارای خواص آمفوتریک است، با غلبه مواد اولیه. حالت‌های اکسیداسیون متوسط ترکیبات آمفوتریک را تشکیل می‌دهند.

تاریخچه کشف

منگنز یک عنصر شیمیایی است که بلافاصله کشف نشد، بلکه به تدریج و توسط دانشمندان مختلف کشف شد. با این حال، ترکیبات آن از زمان های قدیم توسط مردم استفاده می شده است. از اکسید منگنز (IV) برای ذوب شیشه استفاده شد. یک ایتالیایی این واقعیت را بیان کرد که افزودن این ترکیب در تولید شیمیایی شیشه ها رنگ آنها را بنفش می کند. در کنار این، همین ماده به از بین بردن تیرگی شیشه های رنگی کمک می کند.

بعدها در اتریش، دانشمند Kaim موفق شد با قرار دادن پیرولیزیت (اکسید منگنز (IV))، پتاس و زغال سنگ در دمای بالا، قطعه ای منگنز فلزی به دست آورد. با این حال، این نمونه دارای ناخالصی های زیادی بود که او نتوانست آنها را از بین ببرد، بنابراین کشف صورت نگرفت.

حتی بعدها، دانشمند دیگری نیز مخلوطی را سنتز کرد که بخش قابل توجهی از آن فلز خالص بود. این برگمن بود که قبلاً عنصر نیکل را کشف کرده بود. با این حال، او قرار نبود کار را تمام کند.

منگنز یک عنصر شیمیایی است که برای اولین بار توسط کارل شیل در سال ۱۷۷۴ به شکل یک ماده ساده به دست آمد. با این حال، او این کار را همراه با I. Gan انجام داد که فرآیند ذوب یک قطعه فلز را تکمیل کرد. اما حتی آنها نتوانستند آن را به طور کامل از ناخالصی ها خلاص کنند و بازده محصول 100٪ را بدست آورند.

با این وجود، این بار تبدیل شده استکشف این اتم همان دانشمندان تلاش کردند تا نامی را به عنوان کاشفان بگذارند. آنها اصطلاح منگنزیوم را انتخاب کردند. با این حال، پس از کشف منیزیم، سردرگمی آغاز شد و نام منگنز به نام مدرن تغییر یافت (H. David, 1908).

از آنجایی که منگنز یک عنصر شیمیایی است که خواص آن برای بسیاری از فرآیندهای متالورژی بسیار ارزشمند است، به مرور زمان یافتن راهی برای به دست آوردن آن در خالص ترین شکل ضروری شد. این مشکل توسط دانشمندان در سراسر جهان حل شد، اما تنها در سال 1919 به لطف کار R. Agladze، یک شیمیدان شوروی، موفق به حل شد. او بود که روشی را پیدا کرد که به وسیله آن می توان فلز خالص با محتوای 99.98٪ از سولفات ها و کلریدهای منگنز را با الکترولیز بدست آورد. اکنون این روش در سراسر جهان اعمال می شود.

بودن در طبیعت

منگنز یک عنصر شیمیایی است که عکس یک ماده ساده از آن را در زیر مشاهده می کنید. در طبیعت، ایزوتوپ های زیادی از این اتم وجود دارد که تعداد نوترون ها در آنها بسیار متفاوت است. بنابراین، اعداد جرمی از 44 تا 69 متغیر هستند. با این حال، تنها ایزوتوپ پایدار عنصری با مقدار ⁵⁵Mn است، بقیه یا نیمه عمر بسیار کوتاهی دارند یا در مقادیر خیلی کم.

از آنجایی که منگنز یک عنصر شیمیایی است که حالت اکسیداسیون آن بسیار متفاوت است، ترکیبات زیادی را نیز در طبیعت تشکیل می دهد. در شکل خالص خود، این عنصر به هیچ وجه وجود ندارد. در مواد معدنی و سنگ معدن همسایه ثابت آن آهن است.در مجموع می توان چندین سنگ از مهم ترین سنگ ها را که شامل منگنز می شود، شناسایی کرد.

1. پیرولوزیت. فرمول ترکیبی: MnO₂nH₂O.

مولکول

2. پسیلوملان، MnO2mMnOnH2O.
3. منگانیت، فرمول MnOOH.
4. براونیت کمیاب تر از بقیه است. فرمول Mn₂O₃.
5. Gausmanite، فرمول MnMn₂O_4.
6. Rhodonite Mn₂(SiO₃)_۲.
7. سنگ معدن کربنات منگنز.
8. اسپار یا رودوکروزیت تمشک - MnCO₃.
9. Purpurite - Mn₃PO₄.

علاوه بر این، می توانید چند ماده معدنی دیگر را که شامل عنصر مورد نظر نیز می شود، تعیین کنید. این است:

• کلسیت؛
• siderite;
• مواد معدنی خاک رس؛
• کلسدونی؛
• opal;
• ترکیبات ماسه-سیلتی.

علاوه بر سنگ ها و سنگ های رسوبی، مواد معدنی، منگنز یک عنصر شیمیایی است که بخشی از اجسام زیر است:

1. جانداران گیاهی. بزرگترین تجمع کننده های این عنصر عبارتند از: شاه بلوط آبی، علف اردک، دیاتوم ها.
2. قارچ زنگ زده.
3. برخی از انواع باکتری.
4. دنبال کردن حیوانات: مورچه های قرمز، سخت پوستان، نرم تنان.
5. افراد - نیاز روزانه تقریباً 3-5 میلی گرم است.
6. آب‌های اقیانوس‌ها ۰.۳ درصد از این عنصر را دارند.
7. محتوای کل در پوسته زمین 0.1٪ بر وزن.

به طور کلی، این عنصر چهاردهمین عنصر فراوان در سیاره ما است. در میان فلزات سنگین، دومین پس از آن استآهن.

خواص فیزیکی

از نظر خواص منگنز به عنوان یک ماده ساده می توان چندین ویژگی فیزیکی اساسی را برای آن تشخیص داد.

1. به شکل یک ماده ساده، یک فلز نسبتاً جامد است (در مقیاس Mohs، نشانگر 4 است). رنگ - نقره ای-سفید، پوشیده شده با یک لایه اکسید محافظ در هوا، براق در برش.
2. نقطه ذوب 1246⁰C.

است.

3. جوش - 2061⁰C.
4. خواص هادی خوب است، پارامغناطیس است.
5. چگالی فلز 7.44 گرم در سانتی متر است³.
6. به شکل چهار تغییر چندشکلی (α، β، γ، σ) وجود دارد که در ساختار و شکل شبکه کریستالی و چگالی بسته بندی اتم ها متفاوت است. نقطه ذوب آنها نیز متفاوت است.

سه شکل اصلی منگنز مورد استفاده در متالورژی وجود دارد: β، γ، σ. آلفا نادرتر است، زیرا از نظر خواص بسیار شکننده است.

خواص شیمیایی

از دیدگاه شیمی، منگنز یک عنصر شیمیایی است که بار یونی آن از 2+ تا 7+ متغیر است. این اثر خود را در فعالیت او باقی می گذارد. منگنز به صورت آزاد در هوا بسیار ضعیف با آب واکنش می دهد و در اسیدهای رقیق حل می شود. با این حال، به محض افزایش دما، فعالیت فلز به طور چشمگیری افزایش می یابد.

بنابراین، او می تواند با:

تعامل داشته باشد

• نیتروژن;
• کربن؛
• هالوژن؛
• سیلیکون;
• فسفر؛
• گوگرد و سایر نافلزات.

وقتی فلز بدون هوا گرم می شود، به راحتی به حالت بخار تبدیل می شود. بسته به حالت اکسیداسیونی که منگنز از خود نشان می دهد، ترکیبات آن می تواند هم عامل کاهنده و هم عامل اکسید کننده باشد. برخی از آنها خواص آمفوتریک را نشان می دهند. بنابراین، موارد اصلی مشخصه ترکیباتی است که در آن +2 است. آمفوتریک - +4 و اسیدی و اکسید کننده قوی در بالاترین مقدار +7.

با وجود اینکه منگنز یک فلز واسطه است، ترکیبات پیچیده برای آن کم است. این به دلیل پیکربندی الکترونیکی پایدار اتم است، زیرا سطح فرعی 3 بعدی آن حاوی 5 الکترون است.

روش های به دست آوردن

سه راه اصلی برای به دست آوردن منگنز (یک عنصر شیمیایی) در صنعت وجود دارد. همانطور که نام به لاتین خوانده می شود، ما قبلاً تعیین کرده ایم - manganum. اگر آن را به روسی ترجمه کنید، "بله، من واقعاً توضیح می دهم، رنگ می دهم" خواهد بود. منگنز نام خود را مدیون خواص آشکار شناخته شده از دوران باستان است.

با این حال، با وجود شهرت، آنها فقط در سال 1919 موفق شدند آن را به شکل خالص خود برای استفاده درآورند. این کار با روش های زیر انجام می شود.

1. الکترولیز، بازده محصول 99.98٪ است. به این ترتیب منگنز در صنایع شیمیایی به دست می آید.
2. سیلیکومترمال یا کاهش سیلیکون. با این روش، اکسید سیلیکون و منگنز (IV) ذوب شده و در نتیجه یک فلز خالص تشکیل می‌شود. بازده حدود 68 درصد است، زیرا یک عارضه جانبی ترکیب منگنز با سیلیکون برای تشکیل سیلیسید است. دراین روش در صنعت متالورژی استفاده می شود.
3. روش آلومینوترمیک - ترمیم با آلومینیوم. همچنین بازده محصول خیلی بالایی نمی دهد، منگنز آلوده به ناخالصی تشکیل می شود.

تولید این فلز برای بسیاری از فرآیندهای انجام شده در متالورژی مهم است. حتی افزودن اندکی منگنز می تواند به شدت بر خواص آلیاژها تأثیر بگذارد. ثابت شده است که فلزات زیادی در آن حل می شوند و شبکه کریستالی آن را پر می کنند.

از نظر استخراج و تولید این عنصر، روسیه رتبه اول را در جهان دارد. این فرآیند در کشورهایی مانند:

نیز انجام می شود.

• چین.
• آفریقای جنوبی.
• قزاقستان.
• گرجستان.
• اوکراین.

کاربرد صنعتی

منگنز یک عنصر شیمیایی است که استفاده از آن نه تنها در متالورژی اهمیت دارد. بلکه در زمینه های دیگر. علاوه بر فلز به شکل خالص، ترکیبات مختلف این اتم نیز از اهمیت بالایی برخوردار است. بیایید موارد اصلی را مشخص کنیم.

1. انواع مختلفی از آلیاژها وجود دارد که به لطف منگنز، خواص منحصر به فردی دارند. به عنوان مثال، فولاد هادفیلد آنقدر قوی و مقاوم در برابر سایش است که برای ذوب قطعات بیل مکانیکی، ماشین آلات پردازش سنگ، سنگ شکن، آسیاب گلوله ای و قطعات زرهی استفاده می شود.
2. دی اکسید منگنز یک عنصر اکسید کننده اجباری آبکاری است که برای ایجاد دپلاریز کننده استفاده می شود.
3. ترکیبات منگنز برای اجرای آلی مورد نیاز استسنتز مواد مختلف.
4. پرمنگنات پتاسیم (یا پرمنگنات پتاسیم) در پزشکی به عنوان یک ضد عفونی کننده قوی استفاده می شود.
5. این عنصر بخشی از برنز است، برنج، آلیاژ خود را با مس تشکیل می دهد که برای ساخت توربین هواپیما، پره و سایر قطعات استفاده می شود.

نقش بیولوژیکی

نیاز روزانه منگنز برای یک فرد 3-5 میلی گرم است. کمبود این عنصر منجر به افسردگی سیستم عصبی، اختلال خواب و اضطراب، سرگیجه می شود. نقش آن هنوز به طور کامل مورد مطالعه قرار نگرفته است، اما واضح است که اول از همه، تأثیر دارد:

• رشد;
• فعالیت غدد جنسی؛
• کار هورمونی؛
• تشکیل خون.

این عنصر در همه گیاهان، حیوانات، انسان ها وجود دارد که نقش مهم بیولوژیکی آن را ثابت می کند.

جزئیات مورد جالب

منگنز یک عنصر شیمیایی است که حقایق جالبی در مورد آن می تواند هر فردی را تحت تاثیر قرار دهد و همچنین به شما بفهماند که چقدر اهمیت دارد. در اینجا ابتدایی ترین آنها وجود دارد که نشان خود را در تاریخ این فلز پیدا کرده اند.

1. در دوران سخت جنگ داخلی در اتحاد جماهیر شوروی، یکی از اولین محصولات صادراتی سنگ معدن حاوی مقدار زیادی منگنز بود.
2. اگر دی اکسید منگنز با هیدروکسید پتاسیم و نمک نمک ذوب شود و سپس محصول در آب حل شود، دگرگونی های شگفت انگیزی آغاز خواهد شد. محلول ابتدا سبز می شود سپس رنگ آن به آبی تغییر می کند.پس از - بنفش. در نهایت به رنگ زرشکی در می آید و به تدریج یک رسوب قهوه ای رنگ خارج می شود. اگر مخلوط تکان بخورد، رنگ سبز دوباره احیا می شود و همه چیز دوباره اتفاق می افتد. به همین دلیل است که پرمنگنات پتاسیم نام خود را گرفت که به عنوان "آفتاب پرست معدنی" ترجمه می شود.
3. اگر از کودهای حاوی منگنز به زمین استفاده شود، بهره وری گیاهان افزایش می یابد و سرعت فتوسنتز افزایش می یابد. گندم زمستانه دانه های بهتری تشکیل می دهد.
4. بزرگترین بلوک معدنی منگنز رودونیت 47 تن وزن داشت و در اورال یافت شد.
5. یک آلیاژ سه تایی به نام منگانین وجود دارد. از عناصری مانند مس، منگنز و نیکل تشکیل شده است. ویژگی منحصر به فرد آن این است که مقاومت الکتریکی بالایی دارد که مستقل از دما است، اما تحت تأثیر فشار است.

البته، این تمام چیزی نیست که در مورد این فلز می توان گفت. منگنز یک عنصر شیمیایی است که حقایق جالبی در مورد آن بسیار متنوع است. به خصوص اگر در مورد خواصی که او به آلیاژهای مختلف می دهد صحبت کنیم.