Марганец

Элемент побочной подгруппы VII группы: король перманганатов

1. Строение и положение в ПС

Марганец (Mn) находится в 4-м периоде, VII группе (побочной подгруппе). Порядковый номер 25.

Электронная конфигурация

У марганца наполовину заполненный d-подуровень (5 электронов), что делает эту конфигурацию особенно устойчивой. Именно поэтому степень окисления +2 (потеря только 4s-электронов) — самая стабильная для марганца.

2. Физические свойства

Марганец — металл серебристо-белого цвета с розоватым оттенком.

• Плотность: 7,21 г/см³ — тяжелый металл (близка к плотности хрома).
• Температура плавления: 1244°C.
• Твердость и хрупкость: довольно твердый, но при этом очень хрупкий — легко крошится и растирается в порошок (в отличие от хрома, который пластичен).
• Коррозионная стойкость: на сухом воздухе покрывается тонкой оксидной пленкой, но во влажном воздухе постепенно окисляется.
• Применение: около 90% добываемого марганца идет на производство сталей. Добавка марганца делает сталь более прочной, износостойкой и устойчивой к ударам.

3. Способы получения

В природе встречается в виде минералов пиролюзита (MnO₂) и гаусманита (Mn₃O₄).

1. Алюмотермия (получение чистого марганца):

3MnO₂ + 4Al t°→ 3Mn + 2Al₂O₃

Смотреть видео

Скрыть видео

2. Восстановление коксом (получение ферромарганца):

MnO₂ + 2C t°→ Mn + 2CO↑

3. Электролиз раствора MnSO₄:

4. Химические свойства простого вещества

Марганец — активный металл, более активный, чем хром. Стоит в ряду активности левее водорода.

Взаимодействие с неметаллами

С галогенами	Реакция протекает при нагревании с образованием галогенида марганца(II). В отличие от железа, марганец не окисляется хлором до высших степеней окисления: Mn + Cl2 t°→ MnCl2
С кислородом	При горении на воздухе или в кислороде марганец образует смешанный оксид (MnO·Mn₂O₃), подобно железной окалине: 3Mn + 2O2 t°→ Mn3O4 Смотреть видео Скрыть видео
С серой	При сплавлении порошков образуется розовый или зеленоватый сульфид марганца(II): Mn + S t°→ MnS
С азотом	При сильном нагревании в атмосфере азота формируется износостойкий нитрид: 3Mn + N2 t°→ Mn3N2
С углеродом	При сплавлении с углем образуется карбид, важный для металлургии компонент: 3Mn + C t°→ Mn3C

Взаимодействие со сложными веществами

Свойство	Уравнения реакций
С водой	Поверхность марганца защищена оксидной пленкой, поэтому с холодной водой реакция почти не идет. При сильном нагревании пленка разрушается, и металл вытесняет водород: Mn + 2H2O t°→ Mn(OH)2 + H2↑
С кислотами-неокислителями (HCl, разб. H2SO4)	Марганец, будучи металлом средней активности (правее алюминия, но левее водорода), легко растворяется в кислотах-неокислителях с выделением водорода: Mn + 2HCl → MnCl2 + H2↑ Смотреть видео Скрыть видео Mn + H2SO4(разб.) → MnSO4 + H2↑
С кислотами-окислителями (HNO3)	Азотная кислота любой концентрации растворяет марганец без пассивации. Разбавленная восстанавливается до оксида азота(II), а концентрированная — до бурого газа NO₂. Металл в обоих случаях переходит в Mn²⁺: 3Mn + 8HNO3(разб.) → 3Mn(NO3)2 + 2NO↑ + 4H2O Mn + 4HNO3(конц.) → Mn(NO3)2 + 2NO2↑ + 2H2O
С солями (вытеснение металлов)	Марганец вытесняет менее активные металлы (например, медь) из водных растворов их солей: Mn + CuSO4 → MnSO4 + Cu

5. Оксиды марганца

Оксид	Получение / Химические свойства
MnO Основный Серо-зеленый порошок	Получение: Разложение карбоната: Термическое разложение карбоната марганца(II) протекает без изменения степени окисления: MnCO3 t°→ MnO + CO2 Восстановление MnO₂: Осторожное восстановление диоксида марганца водородом или угарным газом при нагревании приводит к монооксиду: MnO2 + H2 t°→ MnO + H2O Химические свойства: С кислотами: Являясь типичным основным оксидом, легко растворяется в кислотах-неокислителях: MnO + 2HCl → MnCl2 + H2O С водой не реагирует.
MnO2 Амфотерный Черно-бурый порошок. Важнейший оксид.	Получение: Природный минерал пиролюзит. Термическое разложение нитрата: Разложение нитрата марганца(II) протекает как внутримолекулярная ОВР с образованием диоксида: 2Mn(NO3)2 t°→ 2MnO2 + 4NO2↑ Химические свойства: С соляной кислотой (окислитель): В сильнокислой среде Mn(IV) проявляет окислительные свойства, окисляя хлорид-ионы до свободного хлора. Это классический лабораторный метод получения хлора: MnO2 + 4HCl(конц.) t°→ MnCl2 + Cl2↑ + 2H2O Разложение пероксида водорода (катализатор): Диоксид марганца активно катализирует диспропорционирование перекиси с выделением кислорода: 2H2O2 MnO2→ 2H2O + O2↑ Смотреть видео Скрыть видео С кислотами (основные свойства): При нагревании с концентрированной серной кислотой или расплавленным гидросульфатом калия проявляет слабые основные свойства. Так как солей Mn(IV) практически не существует, происходит выделение кислорода и образование сульфата марганца(II): 2MnO2 + 2H2SO4(конц.) t°→ 2MnSO4 + O2↑ + 2H2O С щелочами (кислотные свойства): При сплавлении с твердыми щелочами проявляет кислотные свойства, образуя манганиты — соли марганцоватистой кислоты: MnO2 + 2KOH t°→ K2MnO3 + H2O Восстановление до металла: При высоких температурах восстанавливается углеродом или алюминием до свободного металла (алюмотермия, карботермия): MnO2 + 2C t°→ Mn + 2CO↑
Mn2O7 Кислотный Тёмно-зеленая маслянистая жидкость. Взрывается при t>55°C.	Получение: Образуется при дегидратации марганцовой кислоты с помощью водоотнимающей серной кислоты на холоду: 2KMnO4 + H2SO4(конц.) → Mn2O7 + 2KHSO4 + H2O Химические свойства: С водой (образование кислоты): Являясь ангидридом марганцовой кислоты, бурно реагирует с водой: Mn2O7 + H2O → 2HMnO4 Разложение: Высший оксид крайне нестабилен, при попытке нагреть выше 55°C (или при ударе) — взрывается: 2Mn2O7 t°→ 4MnO2 + 3O2 Окислительные свойства (сильнейший окислитель): Способен мгновенно воспламенять органические ткани (спирт, бумага) и серу при контакте: Mn2O7 + S → 2MnO2 + SO2 2Mn2O7 + C2H5OH → 4MnO2 + 2CO2 + 3H2O

6. Гидроксиды марганца

7. Соли марганца

Важнейшие формы соединений марганца

Свойства манганатов Mn(VI)

Свойства перманганатов Mn(VII)

Знакомое вещество

KMnO₄ — это обычная «марганцовка» из аптеки. Ее раствор используется как антисептик и дезинфицирующее средство. В неорганической и органической химии это один из главных и самых доступных окислителей.

Смотреть видео

Скрыть видео

Окислительные свойства KMnO₄ в разных средах

Это ключевая тема для ЕГЭ! Продукты восстановления перманганата зависят от среды:

Среда протекания	Уравнения реакций (окислитель)
Кислая среда Mn⁺⁷ → Mn⁺² (бесцветный/бледно-розовый)	С сульфитом натрия: В избытке протонов перманганат принимает 5 электронов, полностью обесцвечиваясь (переход Mn⁺⁷ → Mn⁺²), при этом сульфит окисляется до сульфата: 2KMnO4 + 5Na2SO3 + 3H2SO4 → 2MnSO4 + 5Na2SO4 + K2SO4 + 3H2O С соляной кислотой: Концентрированная соляная кислота окисляется до газообразного хлора, а раствор теряет фиолетовые оттенки: 2KMnO4 + 16HCl → 2MnCl2 + 5Cl2↑ + 2KCl + 8H2O С солями железа (II): Ионы железа(II) окисляются до железа(III), что сопровождается исчезновением интенсивной окраски перманганата: 2KMnO4 + 10FeSO4 + 8H2SO4 → 2MnSO4 + 5Fe2(SO4)3 + K2SO4 + 8H2O С пероксидом водорода: В кислой среде пероксид водорода проявляет свойства восстановителя, окисляясь до свободного кислорода: 2KMnO4 + 5H2O2 + 3H2SO4 → 2MnSO4 + 5O2↑ + K2SO4 + 8H2O Смотреть видео Скрыть видео
Нейтральная среда Mn⁺⁷ → MnO₂↓ (бурый осадок)	С сульфитом натрия: При недостатке протонов восстановление марганца останавливается на стадии Mn(IV), выпадая в виде бурого хлопьевидного осадка диоксида: 2KMnO4 + 3Na2SO3 + H2O → 2MnO2↓ + 3Na2SO4 + 2KOH Смотреть видео Скрыть видео
Щелочная среда Mn⁺⁷ → MnO₄²⁻ (зеленый раствор)	С сульфитом натрия: В избытке гидроксид-ионов восстановление идет только на 1 электрон, приводя к образованию стойкого раствора изумрудно-зеленого цвета (манганата): 2KMnO4 + Na2SO3 + 2KOH → 2K2MnO4 + Na2SO4 + H2O Смотреть видео Скрыть видео

Эффектный опыт: Вулкан Бёттгера

Перманганат калия настолько сильный окислитель, что при контакте с органическими веществами (например, безводным глицерином) происходит самовоспламенение смеси с бурным выделением энергии:

Смотреть видео

Скрыть видео

8. Качественные реакции

• Mn²⁺: Бесцветный/бледно-розовый раствор → с щелочью даёт белый осадок Mn(OH)₂, быстро буреющий на воздухе (окисление до MnO(OH)).
  
  Выпадение осадка и его окисление растворенным кислородом — простейший качественный признак наличия ионов марганца(II):
  MnCl₂ + 2NaOH → Mn(OH)₂↓ + 2NaCl
• MnO₄^-: Интенсивная фиолетовая окраска раствора — характерный признак перманганат-ионов. Обесцвечивание раствора KMnO₄ — признак протекания ОВР в кислой среде.
• Окисление Mn²⁺ до MnO₄^- (подтверждение наличия Mn):
  
  При действии сверхсильного окислителя (диоксида свинца) в азотнокислой среде катионы марганца(II) переходят в высшую степень окисления, окрашивая раствор в малиново-фиолетовый цвет (образование марганцовой кислоты):
  2MnSO₄ + 5PbO₂ + 6HNO₃ → 2HMnO₄ + 2PbSO₄↓ + 3Pb(NO₃)₂ + 2H₂O

9. Видео эксперименты

Рекомендуем посмотреть опыты с марганцем на канале Thoisoi:

• Марганец (Manganese) — свойства и реакции