Курсовые работы, рефераты бесплатно скачать!
РАБОТЫ
Подобные работы
Становление понятий о химическом элементе
echo "Эксперементальной же работой в области химии занимались многочисленные аптекари и алхимики. Последние, делая опыты по “трасмутации” металлов, не только открывали новые способы получения различн
Технологические и экономические аспекты производства диметилового эфира терефталевой кислоты
echo "Реферат. 27 с., 9 табл., 4 рис., 10 библ. ДИМЕТИЛОВЫЙ ЭФИР ТЕРЕФТАЛЕВОЙ КИСЛОТЫ, ДИМЕТИЛТЕРЕФТАЛАТ, ТЕРЕФТАЛЕВАЯ КИСЛОТА, СПОСОБЫ ПРОИЗВОДСТВА, ПАРАКСИЛОЛ, РЕКТИФИКАЦИЯ, ЦЕЛЕВОЙ ПРОДУКТ, ПОБОЧНЫ
Красители
echo "Некоторые природные красители - регуляторы роста растений, а также сигнальные вещества, привлекающие насекомых-опылителей и отпугивающие вредителей. Природные красители широко распространены в
Литий
echo "Известен также пероксид Li 2 O 2 . С водой реагирует с образованием гидроксида LiOH и водорода. Литий взаимодействует с галогенами, водородом, серой и т. д., даёт соответственно гомогениды, гидр
Вода. Тяжелая вода
echo "Наиболее чи с той является дождевая вода, но и она содержит незначительные к оличества различных примесей, которые захватывает из воздуха. Количество примесей в пресных водах обычно лежит в пре
Химический синтез белков в промышленности
echo "Защита аминогруппы наиболее просто проводится ацилированием : - HCl R-COCl+H 2 N-CH-COOH-- R-CO-NH-CH-COOH | | CH 2 CH 3 Карбоксильную группу для защиты превращают в сложноэфирную : -HOH H 2 N-C
Реакции электрофильного замещения в ароматическом ряду
echo "Существование п-комплекса доказывается методом УФ-спетроскопии. . 2-я стадия: образование б-комплекса. Эта стадия медленная и практически не обратимая. Образуется ковалентная б-связь между элек
Магний
echo "Однако природные соединения магния широко встречаются и в растворенном виде. Кроме различных минералов и горных пород, 0,13% магния в виде MgCl 2 постоянно содержатся в водах океана (его запасы
Металлы жизни. МарганецАндреева Г.И. |
|
Марганец - d-элемент VII группы периодической системы, с конфигурацией валентных электронов 3d 5 4s 2 .
| 3d | 4s | 4p | ||||||||
| Степень окисления | Электрон-ная конфигу-рация | Кооррдина-ционное число | Пространственная конфигурация комплекса | Примеры соединений |
| 0 | d 7 | 6 | Октаэдр | Mn 2 (CO) 10 |
| Степень окисления | Электрон-ная конфигу-рация | Кооррдина-ционное число | Пространственная конфигурация комплекса | Примеры соединений |
| +2 | d 5 | 4 6 | Тетраэдр Октаэдр | [MnCl 4 ] 2- [Mn(OH 2 ) 6 ] 2+ , [MnF 6 ] 4- , MnO, MnF 2 , MnCl 2 , Mn(OH) 2 |
| +3 | d 4 | 6 | Октаэдр | Mn 2 O 3 |
| +4 | d 3 | 6 | Октаэдр | MnO 2 |
| +6 | d 1 | 4 | Тетраэдр | [MnO 4 ] 2- |
Марганец принадлежит к весьма распространённым элементам, составляя 0,03% от общего числа атомов земной коры. Среди тяжёлых металлов (атомный вес больше 40), к которым относятся все элементы переходных рядов, марганец занимает по распространенности в земной коре третье место вслед за железом и титаном.
Небольшие количества марганца содержат многие горные породы.
Вместе с тем, встречаются и скопления его кислородных соединений, главным образом в виде минерала пиролюзита - MnO 2 . Большое значение имеют также минералы гаусманит - Mn 3 O 4 и браунит - Mn 2 O 3 . 3. Получение.
Чистый марганец может быть получен электролизом растворов его солей.
Однако, поскольку 90% всей добычи марганца потребляется при изготовлении различных сплавов на основе железа, из руд обычно выплавляют прямо его высокопроцентный сплав с железом - ферромарганец (60-90% - Mn и 40-10% - Fe). Выплавку ферромарганца из смеси марганцовых и железных руд ведут в электрических печах, причём марганец восстанавливается углеродом по реакции: MnO 2 + 2C + 301 кДж = 2СО + Mn Небольшое количество металлического марганца в лаборатории легко приготовить алюмотермическим методом: 3Mn 3 O 4 + 8Al = 9Mn + 4Al 2 O 3 ; D H 0 = -2519 кДж 4. Марганец - простое вещество и его свойства.
Марганец - серебристо-белый твёрдый хрупкий металл.
Известны четыре кристаллические модификации марганца, каждая из которых термодинамически устойчива в определённом интервале температур. Ниже 707 0 С устойчив a -марганец, имеющий сложную структуру - в его элементарную ячейку входят 58 атомов.
Сложность структуры марганца при температурах ниже 707 0 С обусловливает его хрупкость.
Некоторые физические константы марганца приведены ниже: Плотность, г/см 3 .......................................................................... 7,44 Т. Пл., 0 С ...................................................................................... 1245 Т.кип., 0 С ..................................................................................... ~2080 S 0 298 , Дж / град · моль ............................................................................. 32,0 D H возг. 298, кДж / моль . ........................................................................ 280 E 0 298 Mn 2+ + 2e = Mn, В ............................................................. -1,78 В ряду напряжений марганец располагается до водорода. Он довольно активно взаимодействует с разбавленной HCl и H 2 SO 4 .В соответствии с устойчивыми степенями окисления взаимодействие марганца с разбавленными кислотами приводит к образованию катионного аквокомплекса [Mn(OH2)6]2+: Mn + 2OH 3 - + 4H 2 O = [Mn(OH 2 ) 6 ] 2+ + H 2 Вследствие довольно высокой активности, марганец легко окисляется, в особенности в порошкообразном состоянии, при нагревании кислородом, серой, галогенами.
Компактный металл на воздухе устойчив, так как покрывается оксидной плёнкой (Mn 2 O 3 ), которая, в свою очередь, препятствует дальнейшему окислению металла. Ещё более устойчивая плёнка образуется при действии на марганец холодной азотной кислоты. Для Mn 2+ менее характерно комплексообразование, чем для других d-элемен-тов. Это связано с электронной конфигурацией d 5 иона Mn 2+ . В высокоспиновом комплексе электроны заполняют по одному все d-орбитали:
| t 2g | e g | ||||
| Mn 2+ | |||||
Соединения Mn (II) парамагнитны и, за исключением цианидов, содержат пять непарных электронов.
Строение высокоспиновых октаэдрических комплексов Mn (II) соответствует следующей электронной конфигурации: [ s s св ] 2 [ s p св ] 6 [ s d св ] 4 [ p d ] 3 [ s d разр ] 2 
— — — 
— 
Бинарные соединения марганца (II) - кристаллические вещества с координационной или слоистой решёткой.
Например, MnO и MnS имеют структуру типа NaCl, к структурному типу рутила относится MnF 2 (см. рис.1), слоистую структуру имеют MnCl 2 , Mn(OH) 2 (см. рис.2).
| Рис.1. Координационная решётка типа рутила кристалла MnF 2 Mn F |
| Рис.2. Структура слоя MnCl 2 Mn Cl |
Такого же цвета кристаллогидраты Mn(II), например Mn(NO 3 ) 2 · 6H 2 O, Mn(ClO 4 ) 2 · 6H 2 O. По химическим свойствам бинарные соединения Mn(II) амфотерны (преобладают признаки основных соединений). В реакциях без изменения степени окисления для них наиболее характерен переход в катионные комплексы. Так, оксид MnO, как и гидроксид Mn(OH) 2 , легко взаимодействуют с кислотами: MnO + 2OH 3 + + 3H 2 O = [Mn(OH 2 ) 6 ] 2+ Со щелочами они реагируют только при достаточно сильном и длительном нагревании: Mn(OH) 2 + 4OH - = [Mn(OH) 6 ] 4- Из гидроксоманганатов (II) выделены в свободном состоянии K 4 [Mn(OH) 6 ], Ba 2 [Mn(OH) 6 ] (красного цвета) и некоторые другие. Все они в водных растворах полностью разрушаются. По этой же причине ни металлический марганец, ни его оксид и гидроксид в обычных условиях со щелочами не взаимодействуют. Оксид MnO (серо-зелёного цвета, т.пл. 1780 0 C) имеет переменный состав (MnO-MnO 1,5 ), обладает полупроводниковыми свойствами. Его обычно получают, нагревая MnO 2 в атмосфере водорода или термически разлагая MnCO 3 . Поскольку MnO с водой не взаимодействует, Mn(OH) 2 (белого цвета) получают косвенным путём - действием щелочи на раствор соли Mn (II): MnSO 4 (р) + 2KOH (р) = Mn(OH) 2 (т) + K 2 SO 4 (р) Кислотные признаки соединения Mn (II) проявляют при взаимодействии с однотипными производными щелочных металлов. Так, нерастворимый в воде Mn(CN) 2 (белого цвета) за счёт комплексообразования растворяется в присутствии KCN: 4KCN + Mn(CN) 2 = K 4 [Mn(CN) 6 ] (гексацианоманганат (II)) Аналогичным образом протекают реакции: 4KF + MnF 2 = K 4 [MnF 6 ] (гексафтороманганат (II)) 2KCl + MnCl 2 = K 2 [MnCl 4 ] (тетрахлороманганат (II)) Большинство манганатов (II) (кроме комплексных цианидов) в разбавленных растворах распадается. При действии окислителей производные Mn (II) проявляют восстановительные свойства. Так, в щелочной среде Mn(OH) 2 легко окисляется даже молекулярным кислородом воздуха, поэтому осадок Mn(OH) 2 , получаемый по обменной реакции, быстро темнеет: +2 +4 6Mn(OH) 2 + O 2 = 2Mn 2 MnO 4 + 6H 2 O В сильнощелочной среде окисление сопровождается образованием оксоманганатов (VI) - производных комплекса MnO 4 2- : +2 +5 +6 -1 3MnSO 4 + 2KClO 3 + 12KOH = 3K 2 MnO4 + 2KCl + 3K 2 SO 4 + 6H 2 O сплавление Сильные окислители, такие, как PbO 2 (окисляет в кислой среде), переводят соединения Mn (II) в оксоманганаты (VII) - производные комплекса MnO - 4 : +2 +4 +7 +2 +2 2MnSO 4 + 5PbO 2 + 6HNO 3 = 2HMnO 4 + 3Pb(NO 3 ) 2 + 2PbSO 4 + 2H 2 O Последняя реакция используется в аналитической практике как качественная реакция на соединения марганца. 6. Соединения Mn (III) При нагревании любого оксида или гидроксида марганца до 1000 0 C образуются чёрные кристаллы гаусманита Mn 3 O 4 . Это шпинель Mn(II)Mn(III) 2 O 4 . При окислении Mn(OH) 2 на воздухе образуется гидратированный оксид, при высушивании которого получается MnO(OH) 2 . Ион трёхвалентного марганца в растворе можно получить электролитическим или персульфатным окислением Mn 2+ , а также при восстановлении MnO - 4 . В высоких концентрациях его получить нельзя, поскольку он восстанавливается водой. В слабокислых растворах ярко выражена тенденция к гидролизу и диспропорционированию: 2Mn 3+ + 2H 2 O = Mn 2+ + MnO 2 (тв.) + 4H + K » 10 9 Темно-коричневый кристаллический ацетилацетонат трехвалентного марганца легко получается при окислении Mn 2+ кислородом или хлором в щелочном в присутствии ацетилацетона.
Основной ацетат с трехкоординированным атомом кислорода в центре, который получают действием KMnO 4 на ацетат Mn 2+ в уксусной кислоте, окисляет олефины до лактонов. Он используется в промышленности для окисления толуола в фенол.
Комплексы трехи четырехвалентного марганца играют, по-видимому, важную роль в фотосинтезе, где выделение кислорода зависит от наличия марганца. 7. Соединения марганца в биологических системах Марганец весьма интересен в биохимическом отношении.
Точные анализы показывают, что он имеется в организмах всех растений и животных.
Содержание его обычно не превышает тысячных долей процента, но иногда бывает значительно выше.
Например, в листьях свёклы содержится до 0,03%, в организме рыжих муравьёв - до 0,05%, а в некоторых бактериях даже до нескольких процентов Mn. Опыты с кормлением мышей показали, что марганец является необходимой составной частью их пищи. В организме человека больше всего марганца (до 0,0004%) содержит сердце, печень и надпочечники.
Влияние его на жизнедеятельность, по-видимому, очень разнообразно и сказывается главным образом на росте, образовании крови и функции половых желёз. В избыточных против нормы количествах марганцовые соединения действуют как яды, вызывая хроническое отравление.
Последнее может быть обусловлено вдыханием содержащей эти соединения пыли.
Проявляется оно в различных расстройствах нервной системы, причём развивается болезнь очень медленно.
Марганец принадлежит к числу немногих элементов, способных существовать в восьми различных состояниях окисления.
Однако в биологических системах реализуются только два из этих состояний: Mn (II) и Mn (III). Во многих случаях Mn (II) имеет координационное число 6 и октаэдрическое окружение, но он может также быть пятии семикоординационным (например, в [Mn(OH) 2 ЭДТА] 2- ). Часто встречающаяся у соединений Mn (II) бледно-розовая окраска связана с высокоспиновым состоянием иона d 5 , обладающим особой устойчивостью как конфигурация с наполовину заполненными d орбиталями. В неводном окружении ион Mn (II) способен также к тетраэдрической координации.
Координационная химия Mn (II) и Mg (II) обладает известным сходством: оба катиона предпочитают в качестве лигандов сравнительно слабые доноры, как, например, карбоксильную и фосфатную группы. Mn (II) может заменять Mg (II) в комплексах с ДНК, причем процессы матричного синтеза продолжают протекать, хотя и дают иные продукты.
Незакомплексованный ион Mn (III) неустойчив в водных растворах. Он окисляет воду, так что при этом образуются Mn (II) и кислород. Зато многие комплексы Mn (III) вполне устойчивы (например, [Mn(C 2 O 4 ) 3 ] 3- - оксалатный комплекс); обычно октаэдрическая координация в них несколько искажена вследствие эффекта Яна - Теллера.
Известно, что фотосинтез в шпинате невозможен в отсутствие Mn (II); вероятно, то же относится и к другим растениям. В организм человека марганец попадает с растительной пищей; он необходим для активации ряда ферментов, например дегидрогеназ изолимонной и яблочной кислот и декарбоксилазы пировиноградной кислоты. 8. Применение Марганец играет важную роль и находит широкое применение в металлургии как добавка к стали, улучшающая её свойства.
Поскольку марганец обладает большим сродством к сере, чем железо ( D G 0 f для MnS и FeS соответственно равно -218 и 101 кДж / моль ), то при введении ферромарганца в расплавленную сталь растворённая в ней сера связывается в сульфид MnS, который не растворяется в металле и уходит в шлак. Тем самым предотвращается образование при затвердевании стали прослоек между кристаллами из сульфида железа, которые значительно понижают прочность стали и делают её ломкой, особенно при повышенных температурах. Не прореагировавший с серой марганец остаётся в стали, что ещё более улучшает её свойства. Кроме серы, марганец связывает растворённый в стали кислород, присутствие которого также нежелательно.
Марганцевая сталь имеет повышенную стойкость к ударам и истиранию (содержание в ней марганца в зависимости от марки составляет 0,3 -14%). В технике используют много других сплавов марганца. Из сплавов Гейслера (Al - Mn) изготавливают очень сильные постоянные магниты.
Манганин (12% Mn, 3% Ni, 85% Cu) обладает ничтожно малым температурным коэффициентом электросопротивления и другими ценными электротехническими свойствами.
Благодаря использованию манганиновых сопротивлений в электроизмерительных приборах при определении разности потенциалов D j достигается точность 10 -4 % и более высокая.
Поскольку экспериментальные методы определения многих физико-химических параметров основаны на измерении D j , точность установленных физико-химических констант в значительной степени обусловлена исключительным свойством манганина.
Диоксид марганца MnO 2 широко используют в качестве окислителя (деполяризатора) в химических источниках тока.