Характеристика и получение марганца

Шесть степеней окисления — рекорд среди металлов школьного курса.

1. Строение и положение в ПС

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

Электронная конфигурация

...3d⁵4s²

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.

Интересный факт

Название «марганец» происходит от латинского «magnes» — магнит. Древние стеклоделы использовали минерал пиролюзит (MnO₂) для обесцвечивания стекла, называя его «мылом стекольщиков».

Вопрос 1: Электронное строение

Проверка

Напишите электронную конфигурацию внешних слоев атома марганца ($Mn$). Какая у него максимальная степень окисления и почему?

Ответ: $Mn$: $3d^5 4s^2$. Максимальная степень окисления +7.

Пояснение: Марганец находится в VIIB группе. Он может отдавать все 5 электронов с 3d-подуровня и 2 электрона с 4s-подуровня.

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.

Вопрос 1: Физические свойства

Проверка

Опишите физические свойства металлического марганца.

Ответ: Твердый, хрупкий металл серебристо-белого цвета. Не обладает магнитными свойствами.

3. Способы получения

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

1. Алюмотермия (получение чистого марганца):

Высокое сродство алюминия к кислороду позволяет восстановить марганец из его оксидов в ходе экзотермической реакции:

3MnO₂ + 4Al t°→ 3Mn + 2Al₂O₃

2. Восстановление коксом (получение ферромарганца):

В промышленности марганец часто восстанавливают углеродом, но при этом получается сплав, содержащий углерод и железо:

MnO₂ + 2C t°→ Mn + 2CO↑

3. Электролиз раствора MnSO₄:

Используется для получения осажденного на катоде особо чистого марганца без примесей углерода.

Вопрос 1: Получение марганца (Уравнения)

Проверка

Допишите уравнения реакций получения марганца (металлотермия):

$MnO_2 + Al \xrightarrow{t^\circ} \dots + \dots$
$Mn_3O_4 + Al \xrightarrow{t^\circ} \dots + \dots$

Ответ:

$3MnO_2 + 4Al \xrightarrow{t^\circ} 2Al_2O_3 + 3Mn$
$3Mn_3O_4 + 8Al \xrightarrow{t^\circ} 4Al_2O_3 + 9Mn$