Марганец – полезные свойства и особенности металла

Необычные свойства этого металла объяснены самим Плинием Старшим. Марганец ценят металлурги и собиратели коллекций минералов.

Марганец металл

Что представляет собой

Марганец – это элемент периодической системы Д.Менделеева №25.

Международное обозначение – Mn (Manganum).

Представляет собой металл цвета темного серебра. Плотный, твердый (превосходит железо), тяжелый. Относится к чёрным металлам.

Его свойства определяются запутанной структурой.

История открытия

Древние греки знали черную магнезию (минерал пиролюзит), ею осветляли стекломассу.

Классифицировалась как разновидность магнитного железняка, однако магнитом не притягивалась. Светило античной науки Плиний Старший (вероятно, адепт чисто «мужских отношений») считал это нормальным: магнит «равнодушен» к дамским чарам магнезии.

Марганец

История открытия металла (1774 год) связана со шведскими химиками Карлом Шееле и Юханом Ганом:

  • Шееле обнаружил в железной руде неизвестный металл.
  • Послал образец на экспертизу Гану.
  • Ган, получив образец (пиролюзит), смешал его с углем, затем нагрел. И получил металлический марганец.
  • С начала XIX века в науке элемент фигурирует как «манганум».

По-русски в формулах элемент Mn озвучивается как «марганец».

Название восходит к немецкому Manganerz – марганцевая руда.

Нахождение в природе

Встречается как самостоятельный элемент, чаще – как компонент железных руд:

  • Это распространенный в природе элемент – входит в топ-15. Среди металлов – второй после железа.
  • Россыпи обнаружены в большинстве пород. Самые «богатые» минералы: пиролюзит, браунит, марганцовый шпат (62-69% марганца).
  • В морской, океанской воде его мало. Перспективны придонные марганцево-железистые отложения (до 45% марганца).

Наличию марганца в составе обязаны розовым цветом минералы родохрозит и пурпурит. Их используют декораторы, ювелиры. За ними охотятся собиратели минералогических коллекций.

Месторождения, добыча и цены

  • 40% марганцевых руд планеты сосредоточено в Грузии (Чиатурское месторождение).
  • В России крупных залежей единицы: в Кемеровской, Еврейской автономной, Свердловской областях,  Красноярском крае, на Новой Земле.
Марганец металлический мн95
Марганец металлический мн95

Добыча сырья традиционна: карьер либо шахта.

На мировых биржах цены доступны: тонна металла марки Мн95 идет по $2100.

Технология производства

Способы получения стандартны для большинства черных металлов, однако конечным продуктом производства часто бывает ферромарганец. Он требуется сталеварам, поскольку при плавке удаляет из стали кислород.

Промышленное получение марганца как металла базируется на трех методах:

  1. Алюминотермический. Восстанавливается оксид металла. Как восстановитель также используется кремний.
  2. Восстановление железосодержащих руд. При помощи кокса получают ферромарганец с содержанием марганца 78%.
  3. Электролиз. Получают наиболее чистый продукт.

Также возможно обогащение карбонатной марганцевой руды. Ее обжигают либо выщелачивают, воздействуя серной кислотой.

Физико-химические характеристики

Химические свойства дают основания классифицировать марганец как переходный металл – он проявляет восстановительные и окислительные возможности:

  • При нагревании образует соединения с простыми веществами, кислотами, основаниями.
  • Образует сплавы почти со всеми металлами.

Марганец металлический

Наряду с этими достоинствами у марганца есть недостатки:

  1. Хрупкость, обусловленная структурой вещества. Она позволяет отличить марганец от других металлов.
  2. Высокая температура кипения.
  3. Низкая электропроводность.

Данные свойства затрудняют работу с металлом и его применение.

Свойства атома
Название, символ, номер Марганец / Manganum (Mn), 25
Атомная масса
(молярная масса)
54,938045 (5) а. е. м. (г/моль)
Электронная конфигурация [Ar] 3d5 4s2
Радиус атома 127 пм
Химические свойства
Ковалентный радиус 117 пм
Радиус иона (+7e) 46 (+2e) 80 пм
Электроотрицательность 1,55 (шкала Полинга)
Электродный потенциал −1,180 В
Степени окисления 7, 6, 5, 4, 3, 2, 1, 0
Энергия ионизации
(первый электрон)
 716,8 (7,43) кДж/моль (эВ)
Термодинамические свойства простого вещества
Плотность (при н. у.) 7,21 г/см³
Температура плавления 1 517 K
Температура кипения 2 235 K
Уд. теплота плавления 13,4 кДж/моль
Уд. теплота испарения 221 кДж/моль
Молярная теплоёмкость 26,3 Дж/(K·моль)
Молярный объём 7,35 см³/моль
Кристаллическая решётка простого вещества
Структура решётки кубическая
Параметры решётки 8,890 Å
Температура Дебая 400 K
Прочие характеристики
Теплопроводность (300 K) 6,87 Вт/(м·К)
Номер CAS 7439-96-5

Особенность вещества – четыре структурные модификации. Каждая устойчива в определенном температурном промежутке. Эту характеристику учитывают при изготовлении сплавов с марганцем.

В обычных условиях металл малоактивен: этому способствует плотный оксидный слой, образующийся на воздухе.

Где используется

Хрупкость исключает применение марганца в чистом виде. Востребованы марганцевые сплавы и соединения.

Электролитический марганец

Металлургия

Главный потребитель сырья (90%) – металлургия.

Здесь металл используется как легирующий компонент сталей:

  • 1% элемента превращает сталь в нержавеющую, делает алюминиевые сплавы коррозиестойкими.
  • 12,8%-13,1% Mn в разы повышают прочность, твердость стали. Она становится неуязвимой к ударам, износу.
  • Сплав из 13% Mn (плюс медь и никель) наделен высоким электрическим сопротивлением, «равнодушным» к колебаниям температуры.
  • 20% необходимы, чтобы чугун стал «зеркальным».

Востребованы сплавы элемента с железом, углеродом, кремнием.

На их основе создается продукция для разных отраслей хозяйства – от брони, землеройной и дробильной техники до оборудования для пищепрома.

Для получения тонны стали расходуется 7,5 кг марганца.

Другие отрасли

Соединения марганца востребованы разными сегментами рынка:

  • Электротехника (реостаты).
  • Химическая отрасль (промышленный и тонкий органический синтез).
  • Выработка текстиля, стекла.
  • Производство минеральных удобрений.
  • Тара для хранения пищевых продуктов.

Сплавы металла с медью – материал деталей судов, контактирующих с соленой (океанской либо морской) водой.

Значение для человека

Марганец изначально присутствует в биологических организмах. Его содержание измеряется тысячными долями процента, но без этого микроэлемента жизнедеятельность невозможна.

В растительном сегменте металл – «участник» процесса фотосинтеза.

Питание

Марганцем богаты:

  • Бобовые – горох, чечевица, фасоль.
  • Крупы – пшеничная, овсяная, рисовая, гречневая.
  • Злаки – пшеница, рожь.
  • Грибы – белые, лисички, подосиновики.
  • Орехи – грецкие, арахис, миндаль, фундук, фисташки.
  • Зелень – укроп, шпинат, салат, свекольная ботва.
  • Ягоды – черная смородина, малина, черника, брусника.

Микроэлементом насыщены говяжья печень, абрикосы, чеснок.

Жизненные процессы

Металл участвует в работе систем организма:

  • Понижает в крови уровень сахара, предотвращая диабет.
  • Синтезирует «хороший» холестерин, тормозит образование «плохого».
  • Нормализует работу поджелудочной железы, нервной системы, головного мозга.
  • Регулирует липидный обмен, препятствуя ожирению печени.
  • Содействует росту костей, тканей организма.

Это активатор ферментов, без которых усложнено усвоение организмом полезных веществ.

Симптомы избытка/дефицита

Дефицит марганца ведет к анемичности, хрупкости костей, задержке роста, атрофии яичников и яичек. Это может проявиться у людей, чей рацион питания перенасыщен углеводами.

Об избытке металла сигнализируют плохой аппетит, сонливость, боли в мышцах. Опасное последствие – деформация костей (марганцевый рахит).

Взрослому человеку ежесуточно требуется 4,5-9,5 мг марганца.

Предостережение

Отравиться, объевшись пищей, богатой марганцем, невозможно.

Он токсичен только при постоянном вдыхании воздуха, загрязненного данным веществом:

  • Такие условия характерны для предприятий металлургии.
  • Симптомы отравления металлом отражаются на психике: повышенная раздражительность, моторика.
  • Профессиональное заболевание работников горячих цехов таких предприятий – «марганцевое безумие» (проявляется как галлюцинации).

Распознать хроническое отравление веществом можно лишь за несколько лет.

Для интоксикации человеку достаточно 38-41 мг марганца в день.

Проверить совместимость мужчины и женщины по Знаку Зодиака

Знак Зодиака мужчины

♈ Овен
♉ Телец
♊ Близнецы
♋ Рак
♌ Лев
♍ Дева
♎ Весы
♏ Скорпион
♐ Стрелец
♑ Козерог
♒ Водолей
♓ Рыбы

Знак Зодиака женщины

♈ Овен
♉ Телец
♊ Близнецы
♋ Рак
♌ Лев
♍ Дева
♎ Весы
♏ Скорпион
♐ Стрелец
♑ Козерог
♒ Водолей
♓ Рыбы


Рейтинг автора
Автор статьи
Петрова Вероника Александровна
Мне 36 и я специалист в области минералогии. Сейчас я в декрете и всё свободное время посвящаю самоцветам. В этом блоге я делюсь информацией про камни и их свойства — присоединяйтесь, задавайте вопросы и пишите комментарии!
Написано статей
473
Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Звёзд: 1Звёзд: 2Звёзд: 3Звёзд: 4Звёзд: 5 (1 оценок, среднее: 5,00 из 5)
Загрузка...

Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: