Mangan: razlika između inačica
Izbrisani sadržaj Dodani sadržaj
Nema sažetka uređivanja |
|||
Redak 20:
|e_konfiguracija = 3d<sup>5</sup> 4s<sup>2</sup>
}}
==
'''Mangan''' je kemijski element 7. skupine periodnoga sustava elemenata, srebrnosiva do bijela, tvrda i krta kovina slična željezu. Pojavljuje se u četirima alotropskim modifikacijama;
Poznato je dvadeset izotopa mangana, a samo je jedan stabilan (<sup>55</sup>Mn) i javlja se u prirodi. Izotop <sup>53</sup>Mn, (s vremenom poluraspada t1/2 = 2 x l06 g) nastaje u zvijezdama nuklearnom reakcijom s izotopom željeza 56Fe pa se iz njegove količine u meteoritima, u odnosu na sadržaj željeza, može odrediti njihova starost. Izotopi <sup>54</sup>Mn i <sup>56</sup>Mn koriste se kao radioaktivni obilježivači za proučavanje bioloških funkcija mangana u organizmu [[čovjek]]a.
Lako je topljiv u razrijeđenim kiselinama uz razvijanje [[vodik]]a. Reaktivan je kad je čist, pa reagira s vodom i u njoj se sporo otapa, a na zraku površinski oksidira stvarajući smeđu prevlaku. S [[kisik]]om izgara u svoj najpostojaniji oksid, Mn<sub>3</sub>O<sub>4</sub>.
[[Talište]] mu je na 1246°C, a [[vrelište]] na 1962°C. Ima gustoću 7,44 g/cm<sup>3</sup>.
Elementarni mangan otkrio je švedski kemičar C.W. Scheele u [[Stockholm]]u 1774.g., a iste ga je godine izolirao J. Gahn.
Na višim [[temperatura]]ma spaja se s većinom [[metal]]a. Pri sobnoj temperaturi s [[nemetal]]ima praktički ne reagira, a pri višoj temperaturi snažno reagira s raznim elementima: [[halogenidi]]ma, kisikom, [[sumpor]]om, [[dušik]]om i [[ugljik]]om.
==Rasprostranjenost u Zemljinoj kori==
Udjel mangana u elementarnom sastavu Zemljine kore iznosi 0,085%, a vrlo je raširen u obliku spojeva.
Od ostalih mineralnih resursa koji se nalaze u morskom dnu najveću vrijednost ima mangan, koji se danas naveliko eksploatira.<br />
U malim količinama ima ga u sastavu biljnih i životinjskih stanica.<br />
Nalazi se u elementarnom stanju u [[meteorit]]ima. Ima ga gotovo u svim tlima, bar u tragovima.
Kemijski je sličan željezu te ga prati u njegovim rudama.<br />
U većim količinama manganske su se rude nakupile na razmjerno malo mjesta na Zemlji: u Rusiji, Indiji, Gani, Južnoafričkoj republici, Maroku, [[Brazil]]u i Kubi.
Poznato je mnogo manganovih minerala. Glavne rude su mu:
*
*[[Hausmanit]] (Mn<sub>3</sub>O<sub>4</sub>),
*[[Psilomelan]] (MnO<sub>2</sub>),
*[[Biksbit]] ((Mn,Fe)<sub>2</sub>O<sub>3</sub>) - struktura mu je kubična,
*[[Manganit]] (γ-MnO(OH); koristan, ali rijedak) – struktura mu je monoklinska,
*[[Piroluzit]] (β-MnO<sub>2</sub>; manganov(IV) oksid) – struktura mu je tetragonska,
*[[Rodokrozit]] (ili dijalogit; MnCO<sub>3</sub>) – struktura mu je romboedarska,
*[[Rodonit]] ((Mn,Fe,Mg)SiO<sub>3</sub>) – struktura mu je triklinska,
*[[Romanekit]] (BaMn<sub>9</sub>O<sub>16</sub>(OH)<sub>4</sub>) – struktura mu je monoklinska.
==Dobivanje mangana==
Elementarni mangan dobiva se vrlo rijetko, a u svome metalnome, tehnički čistom stanju dobiva se [[Aluminotermija|aluminotermijom]] ili silikotermijom, tj. redukcijom svojih oksidnih ruda [[aluminij]]em ili [[silicij]]em, a u vrlo čistom stanju elektrolizom otopine manganova sulfata.
Mangan se može dobiti redukcijom manganovih ruda pomoću [[koks]]a u [[Visoke peći|visokim pećima]] kada nastaje zrcalno željezo s oko 25% Mn ili u elektrolučnim pećima kada nastaje feromangan koji sadrži oko 80% Mn. Slijedi redukcija pomoću silicija ili aluminija. U prvom slučaju nastaje tehnički mangan čistoće do 95%. Redukcija aluminijem odvija se pri temperaturi 2000-2200°C, a nastaje mangan čistoće 92-98% s primjesama koje sadrže do 4% željeza, do 3% silicija i 0,3% [[fosfor]]a, te još nekih primjesa u znatno manjim koncentracijama.
Mangan visoke čistoće (99,95%) dobiva se naknadnom elektrolizom vodene otopine manganovog sulfata. Na olovnoj anodi (s dodatkom 1% srebra) izlučuje se kisik, a na titanijevoj ili čeličnoj katodi izlučuje se mangan. Anodni prostor odvojen je od katodnog polupropusnom membranom, a elektroliza se odvija pri temperaturi 35-40°C.
==
Mangan u čeliku povisuje granicu razvlačenja, žilavost i prokaljivost, ti se čelici odlikuju čvrstoćom, tvrdoćom, žilavošću, otpornošću protiv habanja, pa se od njih u prvom redu izrađuju alati, a i različiti elementi strojeva, npr.: čeljusti [[drobilica]], željezničke [[tračnice]], podstave kugličnih i drugih mlinova i sl..
Najveće količine njegovih ruda najčešće se prerađuju u manganove slitine sa željezom i ugljikom;<br />
- [[zrcalno željezo]] (dobiva se redukcijom ruda s pomoću koksa u visokim ili električnim pećima i sadržava oko 5 do 25% mangana), i<br />
- [[feromangan]] (dobiva se u elektrolučnim pećima i sadržava do 80% mangana i više). Standardni feromangani sadrže 74-78% mangana i oko 7% ugljika, a ostatak je željezo.<br />
- [[silikomangan]] (slitina mangana s razmjerno visokim udjelom silicija, a dobiva se u električnoj peći, ; 50 - 70% Mn, 15 - 30% Si, 5 - 25% Fe).<br />
Također služi za uklanjanje nemetalnih primjesa (ponajprije kisika) iz čelika.
Ove slitine služe za uklanjanje kisika (dezoksidans) i sumpora iz čelika (mangan se s njim spaja u oksid, odnosno sulfid i prelazi u trosku) te u proizvodnji legiranih čelika.
Najviše mangana troši se u obliku feromangana pri proizvodnji feromagnetskih čelika (feromagneta; koji se dobivaju legiranjem feromangana čelikom) i za pravljenje keramika.
Tehnički čist metalni mangan manje se koristi i to uglavnom kao dezoksidans u proizvodnji nekih metala (ponajčešće za deoksidaciju bakra i bronce - manganska bronca), te u metalurgiji za legiranje - kao sastojak tehnički važnih slitina s drugim metalima. Mangan se legira sa raznim metalima i s drugim kovinama, kojima povećava čvrstoću, kovnost i ljevačka svojstva.
Dodavanjem feromangana u rastaljeni metal na kraju procesa pretvaranja sirova željeza u čelik uklanja se iz njega kisik (deoksidacija) i sprječava se lomljivost čelika u žaru.
Čeliku se dodaju i silikomangani koji sprečavaju reakciju ugljika s kisikom u leguri. Posebno tvrdi čelici otporni na velika izmjenična naprezanja sadrže 13% mangana (poznati kao Hadfieldovi čelici). U velikom broju nehrđajućih čelika (serije s oznakom 200) nikal se zamjenjuje magnezijem kako bi se dobila što ekonomičnija austenitna smjesa.
Feromanganom i silikomanganom se istodobno unose u čelik i drugi njegovi sastojci (ugljik, silicij).
Od ostalih neželjenih slitina najvažnije su one kojima je, uz mangan, glavni sastojak bakar (manganske bronce) ili aluminij.
* Legura s bakrom i niklom (sa 72% Mn) koristi se za izradu bimetalne trake termoelektričnih prekidača zbog dobre električne vodljivosti, temperaturne postojanosti te velikog koeficijenta termičkog rastezanja mangana.
* Mangan legiran s bakrom (20 - 40% Cu) koristi se za izradu prigušnih opruga jer legura dobro apsorbira vibracije.
* Bakrene legure s manganom (do 15% Mn) imaju neobična električna svojstva pa se rabe u elektrotehnici. Upotrebljavaju se kao metali za otpornike i za konstrukcijske dijelove koji moraju zadržati čvrstoću na višim temperaturama; u mnogim lakim legurama aluminija i magnezija male količine mangana bitna su sastojina.
* [[Manganin]] je slitina bakra (84-86%) mangana (12%) i nikla (2-4 %).<br />
:Odlikuje ga električni otpornost 0,43 Ω x mm<sup>2</sup>/m, temperaturni koeficijent električnog otpora 10-5 K-1, te temoelektromotorna sila 1μV/K. Rabi se za izradbu preciznih otpornika i mjernih instrumenata,jer se njezina električna otpornost s promjenom temperature gotovo ne mijenja, a slitina sa 72%mangana, 18%bakra i 10% nikla ima vrlo velik koeficjent toplinskoga rastezanja, pa se rabi kao bimetal za električne kontakte, mjerenje i regulaciju temperature u termostatima.
Slitine aluminija sa samo do 2% mangana veće su čvrstoće i otpornosti na trošenje i koroziju od čistog aluminija.
* [[Manganova bronca]] je slitina 58% Cu, 39% Zn, 2% Fe, 1% Sn, tragovi Mn. Legura je visokootporna na trošenje. Koristi se za diskove spojka u automobilima, motorne ventile, zupčaste pumpe i ostale stvari.
==Biološka uloga i otrovnosti i opasnosti==
Mangan je jedan od 5 najvažnijih oligoelemenata, prijeko potreban za život biljaka i životinja te nastaju smetnje u rastu ako ga u tlu ili hrani nema dovoljno. Esencijalan za sve vrste.<br />
Blago toksičan ako se proguta, a smrtonosna doza: LD<sub>50</sub> (klorid, oralno, miš) = 1715 mg kg<sup>-1</sup>
Mangan je u malim količinama važan za ljudski organizam i dnevno ga se ishranom mora unositi u količini 10-20 mg, a njegovo pomanjkanje usporuje rast i skraćuje životni vijek jer sudjeluje u reprodukcijskim procesima. Mangana ima u žitaricama i različitim sjemenkama, osobito u kavi i čaju.
U većim količinama je otrovan. Trovanja nastaju udisanjem para mangana, prašine oksida (MnO<sub>2</sub>) ili nekog drugog spoja. Prvi vanjski znaci trovanja su umor, iscrpljenost, klonulost mišića, zatim napadaji smijeha i plača, a oboljela osoba sklona je samoubojstvu. U kasnoj fazi javljaja se drhtavica, opći simptomi Parkinsonove bolesti i skleroza nakon čega za oboljelog više nema lijeka. Dozvoljena koncentracija mangana u radnim prostorijama je do 5 mg u m3 zraka, a u vodi za piće 0,05 mg/l.
Malo trovanja je bilo uzrokovano manganovim spojevima, ali izloženost prašini ili parama je opasnost za organizam i radni uvjeti ne bi smjeli prijeći 5 mg m<sup>-3</sup>, čak ni u kraćem periodu. Njegovi spojevi su eksperimentalni karcinogeni i teratogeni.
==Spojevi mangana==
Mangan stvara spojeve u kojima ima oksidacijski broj od 0 do +7, ali su spojevi oksidacijskog broja +2 vrlo rijetki. Većina njegovih spojeva je obojena i paramagnetična. Spojevi s nižim oksidacijskim brojevima imaju više izražen alkalan i ionski karakter, a spojevi s visokim oksidacijskim brojevima imaju izražen kiseo i kovalentan karakter. Mangan teži stvaranju ne stehiometrijskih spojeva s dušikom i ugljikom.
Kao element koji se pojavljuje u 5 valentnih stanja, mangan tvori velik niz raznolikih, većinom obojanih spojeva, međutim, samo desetak njih ima znatniju primjenu.<br />
Dvovalentni i trovalentni mangani tvore odgovarajuće soli, četvorovalentni - manganitnu kiselinu, šesterovalentni - manganatnu kiselinu, sedmovalentni - permanganatnu kiselinu (soli: permanganati).
Manganovi se spojevi koriste kao dodatak hrani i aditivi gnojivima. Tehnički su važni osobito ovi spojevi:
* [[Manganov(II) klorid]] (MnCl<sub>2</sub> x 4H<sub>2</sub>O) najstabilniji je halogenid mangana. Dobiva se otapanjem piroluzita u kloridnoj kiselini. Dolazi u obliku ružičastih kristala, u vodi jako topljivih. Iz vodene otopine kristalizira s dvije, četiri ili šest molekula vode, ovisno o temperaturi. Upotrebljava se: u proizvodnji [[opeka]], u proizvodnji baterija (kao dodatak [[elektrolit]]u za povećanje vodljivosti), u metalurgiji kao sredstvo koje pospješuje legiranje mangana s metalima i drugim legurama, za izradu [[antidetonator]]a, te za dobivanje drugih manganskih soli.
* [[Manganov(II) nitrat]] [Mn(NO<sub>3</sub>)<sub>2</sub> x 6H<sub>2</sub>O], bijela je sol, a dobiva se otapanjem MnCO3 (ili piroluzita uz neko redukcijsko sredstvo) u nitratnoj kiselini. Dodaje se bojama za porculan, upotrebljava se i za dodavanje potrebnih tragova mangana tlu ("katalitičko gnojivo").
* [[Manganov(II) oksid]] (MnO) je sivo-zelen je do tamno-zelen spoj netopljiv u vodi, ali topljiv u kiselinama. Upotrebljava se kao polazni spoj za sintezu ostalih spojeva dvovalentnog mangana (kao npr. umjetnog gnojiva) i reagens u analitičkoj kemiji, a MnO visoke čistoće upotrebljava se u elektrotehnici za izradu posebnih keramičkih elemenata.
* [[Manganov(III) oksid]] (Mn<sub>2</sub>O<sub>3</sub>) se nalazi u prirodi kao braunit. Dobiva se žarenjem manganova nitrata ili piroluzita. Upotrebljava se u proizvodnji magnetskoga materijala i poluvodiča, te kao keramička boja i [[sikativ]].
* [[Manganov(II, III) oksid]] (Mn<sub>3</sub>O<sub>4</sub>) u prirodi hausmanit. U vrlo čistom obliku rabi se u proizvodnji poluvodiča i magnetskih materijala, te kao keramička boja i sikativ.
* [[Manganov(II) karbonat]] (MnCO<sub>3</sub>) u prirodi se pojavljuje kao mineral rodokrozit (crveni kristali). Upotrebljava se kao pigment i gnojivo. [[Topljivost|Ksp]] (pri 25 °C) mu je 2,24 x 10<sup>-11</sup>.
* [[Manganov(II) sulfat]] (MnSO<sub>4</sub> x 4H<sub>2</sub>O) najstabilniji je manganov spoj iako topljiv u vodi. Dobiva se reakcijom piroluzita i sulfatne kiseline. Bezvodan je kristal (na zraku gube vodu) bijele do blago ružičaste boje, a hidroliziran s jednom, dvije, četiri, pet ili sedam molekula vode postaje ružičast. Upotrebljava se: za dobivanje čistoga mangana elektrolitičkim postupkom, kao umjetno gnojivo za tlo siromašno manganom, za proizvodnju fungicida, u staklarskoj industriji za proizvodnju staklenih boca, za uklanjanje sumporovodika iz otpadnih voda u kožarskoj industriji, u proizvodnji boja, za dobivanje drugih soli mangana i manganovih pigmenata, u medicini kao dodatak solima željeza, itd..
* [[Manganov(IV) oksid]] (MnO<sub>2</sub>, manganov dioksid, kao mineral piroluzit i psilomelan, suhi kamen) jedan je od najvažnijih spojeva mangana. Amfoteran je, a otapanjem u lužinama ili taljenjem s baznim oksidima daje manganite ([MnO<sub>3</sub>]<sup>-</sup>), soli manganaste kiseline. Nastaje anodnom oksidacijom iz sulfatnih otopina, redukcijom permanganata ili termičkom razgradnjom nitrata. Otapanjem u kiselinama trebale bi nastati manganove(IV) soli, međutim redoks reakcijama obično dolazi do redukcije u stabilniji ion Mn<sup>2+</sup>.<br />
:Upotrebljava se za dobivanje feromangana i mangana, u staklarstvu za oksidaciju leukobaza (obezbojenje stakla), u bojadisarstvu (u industriji uljanih boja jer katalizira sušenje lanenog ulja), u slikarstvu se vrlo često koristi kao pigment i sredstvo za uklanjanje boje staklene mase, za [[Leclanchéov članak|Leclancheov suhi galvanski članak]] (kao depolarizator koristi se u suhim galvanskim člancima - džepne baterije), kao sikativ, kao katalizator prijenosa kisika, oksidans u medicini, u proizvodnji ferita, itd..<br />
:Tzv. "hopkalit" je naziv za punjenje za zaštitne maske protiv ugljikova(II) oksida, a sastoji se od smjesa MnO<sub>2</sub> + CuO ili MnO<sub>2</sub> + CuO + CoO + Ag<sub>2</sub>O.
* [[Manganov(II) acetat]] (Mn(CH<sub>3</sub>COO)<sub>2</sub>) su ružičasti kristali. Dobiva se od karbonata i octene kiseline, a služi kao sikativ, gnojivo, te u proizvodnji kože i tekstila.
* [[Manganati]] ([MnO<sub>4</sub>]<sup>-</sup>) spojevi su zelene boje stabilni samo u alkalnom mediju, a u kiselom disproporcioniraju na spojeve u kojima mangan ima oksidacijski broj +7 i +4.<br />
:Tehnički je značajan [[kalijev manganat]] (K<sub>2</sub>MnO<sub>4</sub>). Upotrebljava se pri površinskoj obradi magnezija i kao oksidacijsko sredstvo u organskim reakcijama.
* [[Permanganati]] ([MnO<sub>4</sub>]<sup>-</sup>) stabilni su u širokom području pH vrijednosti otopina i jaka su oksidacijska sredstva. U kiselim se otopinama Mn7+ reducira do Mn2+, u neutralnim i slabo lužnatim otopinama reducira se do MnO2, a u jako lužnatim otopinama do manganata [MnO4]2-. Svjetlost djeluje kao katalizator raspada pa se otopine ovih spojeva moraju čuvati u tamnim bocama, a pH otopine treba biti nešto iznad 7.<br />
:Najvažniji je [[kalijev permanganat]] (KMnO<sub>4</sub>, '''hipermangan'''). To su tamnocrveni kristali koji često prelaze u ljubičastu boju zbog površinske redukcije. Dobiva se taljenjem piroluzita s kalijevim hidroksidom te elektrolitičkom oksidacijom, redovito elektrolitičkom, otopine nastalog manganata. Kalijev permanganat dobro se otapa u vodi i organskim otapalima kao što su piridin, octena kiselina, metanol i aceton. Jako je oksidacijsko sredstvo pa se primjenjuje za čišćenje etanola i octene kiseline, za pročišćavanje voda i onečišćenog zraka, za uklanjanje raznih primjesa iz organskih otapala, za bijeljenje svile, pamuka, lana, slame, kože i kudjelje, zatim za obezbojivanje ulja, voskova i masti, pročišćavanje vode, za čišćenje ugljikovog dioksida pri proizvodnji soda-vode, kao dezinfekcijsko sredstvo u medicini, nadalje u fotografiji i kemijskoj analizi, itd..<ref name="Hrvatska enciklopedija">[[Hrvatska enciklopedija (LZMK)]]; broj 7 (Mal-Nj), str. 35. Za izdavača: Leksikografski zavod Miroslav Krleža, Zagreb 2005.g. ISBN 953-6036-37-1</ref>
====Ostali spojevi mangana i njihove topljivosti:====
* '''Manganov(II) sulfid''' (ružičasti) (MnS). [[Topljivost|Ksp]] (pri 25 °C) mu je 3×10<sup>-11</sup>.
Line 73 ⟶ 165:
== Izvori ==
{{izvori}}
[[Kategorija:Kemijski elementi]]
| |||