Марганец -общая характеристика элемента, химические свойства хрома и его соединений
Марганец — элемент 4-го периода и VII B-группы Периодической системы, порядковый номер 25. Электронная формула атома [18Аr]Зd 5 4s 2 ; характерные степени окисления + VII,+ VI, +IV, +III, +II и 0.
Шкала степеней окисления марганца:
По электроотрицательности (1,60) марганец занимает промежуточное положение между типичными металлами (Na, К, Са, Мg) и неметаллами (F, O,N, Cl). Соединения Мn ‖‖ — оксид и гидроксид — проявляют основные свойства, соединения Мn ‖‖‖ и Мn IV — амфотерные свойства, для соединений Мn VI и Мn VII 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+Cl2→MnCl2 , (200 o C) Mn+S→ MnS (до1580 o C)
В ряду напряжений марганец стоит левее водорода, из разбавленных кислот НCl и Н2SO4 вытесняет водород:
Взаимодействует с кислотами-окислителями при нагревании, также образуя соли марганца (II):
Получение марганца в промышленности — восстановление пиролюзита МnO2 или гаусманита (Мn II Mn II I )O4 коксом или алюминием:
Наиболее чистый марганец выделяют электролизом раствора из солей марганца (П), например:
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.
Оксид марганца (IV) МnO2. Черный, с коричневым оттенком, при нагревании разлагается. Из раствора осаждается в виде черного гидрата МnO2 nН2O. Не проявляет амфотерных свойств в силу малой реакционной способности по отношению к воде, разбавленным кислотам НCl и Н2SO4, азотной кислоте и щелочам в растворе. Типичный окислитель в растворе и расплаве, менее характерны свойства восстановителя.
Применяется для промышленного производства марганца, как деполяризатор в «батарейках» (сухих гальванических элементах), компонент минеральных пигментов, осветлитель стекла.
Уравнения важнейших реакций:
В природе самое распространенное соединение марганца — минерал пиролюзит
Манганат калия К2MnO4. Оксосоль. Темно-зеленый, плавится под избыточным давлением О2. В растворе устойчив только в сильнощелочной среде. Зеленая окраска раствора отвечает иону МnO4 2- . Медленно разлагается при разбавлении раствора водой, быстро — при подкислении. Проявляет окислительно-восстановительные свойства.
Качественная реакция — появление фиолетовой окраски при подкислении раствора. Промежуточный продукт при синтезе КMnO4.
Уравнения важнейших реакций:
Получение: сплавление МnO2 с сильными окислителями (KNO3, КClO3).
Перманганат калия КМnO4. Оксосоль. Красно-фиолетовый (почти черный). При нагревании разлагается без плавления. Умеренно растворим в воде (интенсивно-фиолетовая окраска раствора отвечает иону МnO4), гидролиза нет. Медленно разлагается в воде, серной кислоте, щелочах. Сильный окислитель в растворе и при сплавлении; в сильнокислотной среде восстанавливается до Мn II , в нейтральной среде – до Mn IV в сильнощелочной среде — до Мn VI
Качественная реакция на ион МnO4 — исчезновение фиолетовой окраски раствора при восстановлении в кислотной среде.
Применяется как окислитель углеводородов до карбоновых кислот, реактив в фотографии, антисептик в медицине, средство для очистки газов и отбеливания тканей, твердый источник кислорода. Распространенный окислитель в лабораторной практике. Уравнения важнейших реакций:
МnO4 — + 8Н + + 5Fе 2+ = Мn 2+ + 5Fе 3+ + 4Н2O
Источник
Марганец плюс вода уравнение
Марганец – активный металл.
- Взаимодействие с неметаллами
Легко окисляется кислородом воздуха с образованием оксидов различного состава:
выше 800°С образуется смешанный оксид марганца (II, III):
при температуре 450 – 800°С получается оксид марганца (III):
ниже 450°С образуется оксид марганца (IV):
С галогенами, кроме фтора, дает галогениды марганца (II):
При нагревании реагирует с серой, азотом, фосфором, углеродом, кремнием:
Mn + P = MnP (возможно образование MnP3, Mn2P, Mn3P, Mn3P2 и других фосфидов);
Mn + Si = MnSi (возможно образование Mn3Si, Mn5Si и других силицидов).
Водород поглощает с образованием твердых растворов.
Взаимодействие с водой
При комнатной температуре очень медленно взаимодействует с водой, при нагревании с умеренной скоростью:
Взаимодействие с кислотами
В электрохимическом ряду напряжений металлов марганец находится до водорода, он вытесняет водород из растворов неокисляющих кислот, при этом образуются соли марганца (II):
с разбавленной азотной кислотой образует нитрат марганца (II) и оксид азота (II):
Концентрированная азотная и серная кислоты пассивируют марганец. Марганец растворяется в них лишь при нагревании, образуются соли марганца (II) и продукты восстановления кислоты:
Восстановление металлов из оксидов
Марганец – активный металл, способен вытеснять металлы из их оксидов:
Источник
Марганец, цинк и серебро
Марганец
Содержится в количестве 0,03% по массе в земной коре. Наряду с железом и его сплавами относится к черным металлам.
Для соединений марганца характерны степени окисления +2, +3, +4, +6 +7. В соединения +2 и +3 марганец проявляет основные свойства, +4 — амфотерные, +6, +7 — кислотные.
Наиболее известными минералами, в которых содержится марганец, являются:
- MnO2 — пиролюзит
- MnO(OH) — бурая марганцевая руда, манганит
- 3Mn2O3*MnSiO3 — браунит
Получают марганец алюминотермией, восстановлением коксом, электролизом.
MnO2 + C = (t) Mn + CO
- Реакции с неметаллами
На воздухе марганец вступает во взаимодействие с кислородом, пассивируется: на поверхности металла образуется оксидная пленка.
При нагревании марганец реагирует с азотом, углеродом, кремнием, бором и фосфором.
При нагревании марганец вытесняет водород из воды.
Реакции с кислотами
Марганец стоит в ряду напряжений до водорода и способен вытеснить его из кислот.
Под воздействием кислот, которые обладают окислительными свойствами, марганец окисляется.
Соединения марганца (II)
Для соединений марганца (II) характерны основные свойства. Оксид марганца (II) может быть получен разложением карбоната марганца, либо восстановлением оксида марганца (IV) до оксида марганца (II).
При растворении (и нагревании!) марганца в воде образуется гидроксид марганца (II).
Соединения марганца (II) на воздухе неустойчивы, Mn(OH)2 быстро буреет, превращаясь в оксид-гидроксид марганца (IV).
Оксид и гидроксид марганца (II) проявляют основные свойства. При реакции с кислотами дает соответствующие соли.
Соли марганца (II) получаются при его растворении в разбавленных кислотах. Эти соли способны вступать в реакции с другими солями, кислотами, если выпадает осадок, выделяется газ или образуется слабый электролит.
При действии сильных окислителей ион Mn 2+ способен переходить в ион Mn 7+
Соединения марганца (IV) проявляют амфотерный характер. Оксид марганца (IV) можно получить разложением нитрата марганца (II).
В реакциях с щелочами марганец переходит в СО +6, в кислой среде — принимает СО +2.
MnO2 + Na2CO3 + NaNO3 = Na2MnO4 + NaNO2 + CO2 (гидролиз карбоната натрия идет по аниону, среда — щелочная)
Соединения марганца (VI) — MnO3, H2MnO4 — неустойчивы, в свободном виде не получены. Обладают кислотными свойствами. Наиболее устойчивые соли — манганаты, окрашивающие раствор в зеленый цвет.
Манганаты получают в ходе разложения перманганатов, а также реакциями в щелочной среде.
В водной среде манганаты разлагаются на с.о. +7 и +4. Манганаты окисляют хлором.
Соединения марганца (VII) — неустойчивый Mn2O7, и относительно устойчивая в разбавленных растворах HMnO4 — проявляют кислотные свойства. Соли марганцовой кислоты — перманганаты.
В различных средах — кислотной, нейтральной и щелочной — марганец принимает различные степени окисления. Внимательно изучите таблицу ниже.
Оксид марганца (VII) получают в реакции перманганата с сильными кислотами.
При растворении оксида марганца (VII) (кислотного оксида) в щелочи образуются соли марганцовой кислоты — перманганаты.
Марганцовая кислота получается в реакциях сильных окислителей с солями марганца (II).
В растворах с концентрацией марганцовой кислоты более 20% происходит ее разложение.
При нагревании перманганата калия (в быту — марганцовка) разлагается с образованием бурого MnO2, выделением кислорода.
При стоянии в растворе постепенно разлагается водой.
В кислой среде марганец принимает наиболее устойчивую (для кислой среды) — Mn 2+ , в щелочной — Mn 6+ .
Название цинка, вероятно, связано формой его кристаллитов: в переводе с немецкого Zinke — зубец. С древнейших времен известен сплав меди с цинком — латунь.
Для цинка характерна постоянная степень окисления +2.
Наиболее известные минералы, в которых содержится цинк:
- ZnS — цинковая обманка, сфалерит
- ZnO — цинкит
- ZnCO3 — симсонит, цинковый шпат
- 2ZnO*SiO2*H2O — гемиморфит
Пирометаллургический метод получения цинка заключается в обжиге цинковой обманки, и последующем восстановлении оксида цинка различными восстановителями: чаще всего C, также возможно CO и H2.
ZnO + C = (t) Zn + CO
ZnO + CO = (t) Zn + CO2
Гидрометаллургический метод получения основывается на электролизе сульфата цинка.
- Реакции с неметаллами (и аммиаком 🙂
На воздухе цинк покрывается оксидной пленкой. При нагревании цинк реагирует с галогенами, фосфором, серой, селеном.
Для цинка не характерны реакции с водородом, бором, кремнием, азотом, углеродом. Нитрид цинка можно получить в ходе реакции цинка с аммиаком.
Реакции с кислотами
Цинк способен проявлять амфотерные (двойственные) свойства: реагирует как с кислотами, так и с основаниями. При добавлении цинка в раствор щелочи выделяется водород.
Zn + H2O + NaOH = Na2[Zn(OH)4] + H2↑ (тетрагидроксоцинкат натрия)
Соединения цинка (II)
Эти соединения обладают амфотерными свойствами. Оксид цинка (II) можно получить в ходе реакции горения цинка или при разложении нитрата цинка.
Оксид цинка (II) проявляет амфотерные свойства, реагирует как с кислотами, так и с щелочами.
ZnO + H2O + 2NaOH = Na2[Zn(OH)4] (тетрагидроксоцинкат натрия)
Комплексные соли образуются в растворе, при прокаливании они не образуются.
ZnO + 2NaOH = (t) H2O + Na2ZnO2 (цинкат натрия)
Оксид цинка (II) может быть восстановлен до чистого цинка различными восстановителями.
ZnO + C = (t) Zn + CO
ZnO + CO = (t) Zn + CO2
Гидроксид цинка (II) получается в ходе реакций между растворимыми солями цинка и щелочами.
Гидроксид цинка (II) обладает амфотерными свойствами, реагирует как с кислотами, так и с основаниями.
При прокаливании комплексные соли распадаются, вода испаряется.
Серебро
Драгоценный металл, известный человеку с древнейших времен. Встречаемся в самородном виде. Будучи благородным металлом, серебро обладает низкой реакционной способностью.
- Реакции с неметаллами
Серебро не окисляется кислородом даже при высокой температуре. Галогены легко окисляют серебро до соответствующих галогенидов. При нагревании с серой получается сульфид серебра.
Реакции с кислотами
Серебро не растворяется в соляной и разбавленной серной кислотах, однако способно реагировать с концентрированными кислотами.
Потемнение серебряных изделий обусловлено реакцией серебра с сероводородом в присутствии кислорода.
С органическими веществами
В дальнейшем, при изучении органической химии, вы не раз столкнетесь с соединением серебра — аммиачным раствором оксида серебра.
Будет полезно, если вы уже сейчас познакомитесь с его формулой на примере реакции окисления уксусного альдегида до уксусной кислоты.
© Беллевич Юрий Сергеевич 2018-2021
Данная статья написана Беллевичем Юрием Сергеевичем и является его интеллектуальной собственностью. Копирование, распространение (в том числе путем копирования на другие сайты и ресурсы в Интернете) или любое иное использование информации и объектов без предварительного согласия правообладателя преследуется по закону. Для получения материалов статьи и разрешения их использования, обратитесь, пожалуйста, к Беллевичу Юрию.
Блиц-опрос по теме Марганец, цинк и серебро
Источник
