Atoomstructuur van mangaan. Mangaan (chemisch element)

Mangaan is een chemisch element met een atoommassa van 54,9380 en atoomnummer 25, zilverwit van kleur, met een grote massa, en komt in de natuur voor als een stabiele isotoop van 35 Mn. De eerste vermelding van het metaal werd opgetekend door de oude Romeinse wetenschapper Plinius, die het ‘zwarte steen’ noemde. In die tijd werd mangaan gebruikt als glasglansmiddel; tijdens het smeltproces werd mangaanpyrulusiet MnO 2 aan de smelt toegevoegd.

In Georgië wordt mangaanpyrulusiet lange tijd gebruikt als additief tijdens de productie van ijzer, genaamd zwarte magnesia en beschouwd als een van de varianten van magnetiet (magnetisch ijzererts). Pas in 1774 bewees de Zweedse wetenschapper Scheele dat dit een verbinding was van een metaal dat onbekend was bij de wetenschap, en een paar jaar later verkreeg Yu.Gan, terwijl hij een mengsel van steenkool en pyrolusiet verhitte, het eerste mangaan dat verontreinigd was met koolstofatomen.

Natuurlijke distributie van mangaan

In de natuur is het chemische element mangaan zeldzaam, het zit slechts 0,1% in de aardkorst, in vulkanische lava 0,06-0,2%, het metaal aan het oppervlak bevindt zich in een verspreide toestand, in de vorm van Mn 2+. Op het aardoppervlak worden onder invloed van zuurstof snel mangaanoxiden gevormd, de mineralen Mn 3+ en Mn 4+ zijn wijdverspreid, in de biosfeer is het metaal inactief in een oxiderende omgeving. Mangaan is een chemisch element dat actief migreert in aanwezigheid van reducerende omstandigheden; het metaal is zeer mobiel in zure natuurlijke reservoirs van de toendra- en boslandschappen, waar een oxiderende omgeving de boventoon voert. Om deze reden hebben gecultiveerde planten een overmatig metaalgehalte; in de bodem worden ferromangaanknollen, moeras- en meerertsen met een laag percentage gevormd.

In gebieden met een droog klimaat overheerst een alkalisch oxiderend milieu, wat de mobiliteit van het metaal beperkt. Er is een tekort aan mangaan in cultuurplanten; de landbouwproductie kan niet zonder het gebruik van speciale complexe microadditieven. Het chemische element komt niet wijdverspreid voor in rivieren, maar de totale verwijdering kan grote waarden bereiken. Mangaan is vooral overvloedig aanwezig in kustgebieden in de vorm van natuurlijke neerslag. Op de bodem van de oceanen bevinden zich grote metaalafzettingen die werden gevormd in oude geologische perioden toen de bodem droog land was.

Chemische eigenschappen van mangaan

Mangaan behoort tot de categorie actieve metalen; bij verhoogde temperaturen reageert het actief met niet-metalen: stikstof, zuurstof, zwavel, fosfor en andere. Als resultaat worden meerwaardige mangaanoxiden gevormd. Bij kamertemperatuur is mangaan een laagactief chemisch element; wanneer het wordt opgelost in zuren, vormt het tweewaardige zouten. Bij verhitting in een vacuüm tot hoge temperaturen kan een chemisch element zelfs uit stabiele legeringen verdampen. Mangaanverbindingen zijn in veel opzichten vergelijkbaar met verbindingen van ijzer, kobalt en nikkel, die zich in dezelfde oxidatietoestand bevinden.

Er is een grote gelijkenis tussen mangaan en chroom; de metaalsubgroep heeft ook een verhoogde stabiliteit bij hogere oxidatietoestanden met een toenemend atoomnummer van het element. Perenaten zijn minder sterke oxidatiemiddelen dan permanganaten.

Op basis van de samenstelling van mangaan (II) verbindingen is de vorming van een metaal met hogere oxidatietoestanden toegestaan; dergelijke transformaties kunnen zowel in oplossingen als in gesmolten zouten plaatsvinden.
Stabilisatie van mangaanoxidatietoestanden Het bestaan ​​van een groot aantal oxidatietoestanden in het chemische element mangaan wordt verklaard door het feit dat in overgangselementen, tijdens de vorming van bindingen met d-orbitalen, hun energieniveaus worden gesplitst met tetraëdrische, octaëdrische en vierkante rangschikking van liganden. Hieronder vindt u een tabel met de momenteel bekende oxidatietoestanden van sommige metalen in de eerste overgangsperiode.

Opmerkelijk zijn de lage oxidatietoestanden die in een groot aantal complexen voorkomen. De tabel bevat een lijst met verbindingen waarin de liganden chemisch neutrale moleculen CO, NO en andere zijn.

Door complexering worden hoge oxidatietoestanden van mangaan gestabiliseerd; de meest geschikte liganden hiervoor zijn zuurstof en fluor. Als we er rekening mee houden dat het stabiliserende coördinatiegetal zes is, dan is de maximale stabilisatie vijf. Als het chemische element mangaan oxocomplexen vormt, kunnen hogere oxidatietoestanden worden gestabiliseerd.

Stabilisatie van mangaan in lagere oxidatietoestanden

De theorie van zachte en harde zuren en basen maakt het mogelijk de stabilisatie van verschillende oxidatietoestanden van metalen te verklaren als gevolg van complexvorming bij blootstelling aan liganden. Zachte elementen stabiliseren met succes lage oxidatietoestanden van het metaal, terwijl harde elementen hoge oxidatietoestanden positief stabiliseren.

De theorie verklaart volledig metaal-metaalbindingen; formeel worden deze bindingen beschouwd als zuur-base-interacties.

Mangaanlegeringen Dankzij de actieve chemische eigenschappen van mangaan kan het legeringen vormen met veel metalen, terwijl een groot aantal metalen kan oplossen in individuele modificaties van mangaan en het kan stabiliseren. Koper, ijzer, kobalt, nikkel en enkele andere metalen zijn in staat de γ-modificatie te stabiliseren; aluminium en zilver zijn in staat de β- en σ-gebieden van magnesium in binaire legeringen uit te breiden. Deze kenmerken spelen een belangrijke rol in de metallurgie. Mangaan is een chemisch element dat het mogelijk maakt legeringen met hoge ductiliteitswaarden te verkrijgen; ze kunnen worden gestempeld, gesmeed en gewalst.

In chemische verbindingen varieert de valentie van mangaan binnen het bereik van 2–7; een toename van de mate van oxidatie veroorzaakt een toename van de oxidatieve en zure eigenschappen van mangaan. Alle Mn(+2)-verbindingen zijn reductiemiddelen. Mangaanoxide heeft reducerende eigenschappen, grijsgroene kleur, lost niet op in water en alkaliën, maar is perfect oplosbaar in zuren. Mangaanhydroxide Mn(OH) 3 is onoplosbaar in water en is een witte substantie. De vorming van Mn(+4) kan zowel een oxidatiemiddel (a) als een reductiemiddel (b) zijn.

MnO 2 + 4HCl = Cl 2 + MnCl 2 + 2H 2 O (a)

Deze reactie wordt gebruikt wanneer het nodig is om chloor in het laboratorium te produceren.

MnO 2 + KClO 3 + 6KOH = KCl + 3K 2 MnO 4 + 3H 2 O (b)

De reactie vindt plaats tijdens het smelten van metalen. MnO 2 (mangaanoxide) heeft een bruine kleur, het bijbehorende hydroxide is iets donkerder van kleur.
Fysische eigenschappen van mangaan Mangaan is een chemisch element met een dichtheid van 7,2–7,4 g/cm3, smeltpunt +1245°C en kookt bij een temperatuur van +1250°C. Het metaal heeft vier polymorfe modificaties:

1. α-Mn. Het heeft een kubisch, lichaamsgericht rooster, met 58 atomen in één eenheidscel.
2. β-Mn. Het heeft een kubisch, lichaamsgericht rooster, met 20 atomen in één eenheidscel.
3. γ-Mn. Het heeft een tetragonaal rooster, met 4 atomen in één cel.
4. δ-Mn. Het heeft een kubisch lichaamsgericht rooster.

Temperaturen van mangaantransformaties: α=β bij t°+705°C; β=γ bij t°+1090°С; γ=δ bij t°+1133С. De meest kwetsbare modificatie, α, wordt zelden gebruikt in de metallurgie. De γ-modificatie heeft de belangrijkste plasticiteitsindicatoren; deze wordt het vaakst gebruikt in de metallurgie. De β-modificatie is gedeeltelijk plastisch en wordt zelden door de industrie gebruikt. De atoomstraal van het chemische element mangaan is 1,3 A, de ionische stralen variëren, afhankelijk van de valentie, van 0,46–0,91. Mangaan is paramagnetisch, de thermische uitzettingscoëfficiënten zijn 22,3×10 -6 deg -1. Fysische eigenschappen kunnen enigszins variëren, afhankelijk van de zuiverheid van het metaal en de werkelijke valentie ervan.
Methode voor het verkrijgen van mangaan De moderne industrie produceert mangaan met behulp van een methode ontwikkeld door elektrochemicus V.I. Agladze door elektrohydrolyse van waterige oplossingen van het metaal met toevoeging van (NH 4) 2SO 4; tijdens het proces moet de zuurgraad van de oplossing tussen pH = 8,0-8,5 liggen. Loodanoden en kathodes gemaakt van een AT-3-legering op titaniumbasis worden in de oplossing ondergedompeld; titaniumkathodes kunnen worden vervangen door roestvrijstalen kathodes. De industrie gebruikt mangaanpoeder, dat, nadat het proces is voltooid, uit de kathodes wordt verwijderd en het metaal bezinkt in de vorm van vlokken. De productiemethode wordt als energie-intensief beschouwd, wat een directe impact heeft op de kostenstijging. Indien nodig wordt het verzamelde mangaan vervolgens gesmolten, waardoor het gemakkelijker te gebruiken is in de metallurgie.

Mangaan is een chemisch element dat kan worden verkregen door het halogeenproces door het erts te chloreren en de resulterende halogeniden verder te reduceren. Deze technologie voorziet de industrie van mangaan met een hoeveelheid buitenlandse technologische onzuiverheden van maximaal 0,1%. Een meer vervuild metaal wordt verkregen tijdens een aluminotherme reactie:

3Mn 3 O 4 + 8Al = 9Mn + 4A l2 O 3

Of elektrothermie. Om schadelijke emissies te verwijderen, wordt in productiewerkplaatsen krachtige geforceerde ventilatie geïnstalleerd: PVC-luchtkanalen, centrifugaalventilatoren. De luchtwisselkoers wordt gereguleerd door regelgeving en moet het veilige verblijf van mensen op de werkplek garanderen.
Gebruik van mangaan De belangrijkste verbruiker van mangaan is de ferrometallurgie. Het metaal wordt ook veel gebruikt in de farmaceutische industrie. Voor het smelten van één ton staal is 8 à 9 kilogram nodig; voordat het chemische element in de mangaanlegering wordt geïntroduceerd, wordt het eerst met ijzer versmolten om ferromangaan te verkrijgen. In de legering bedraagt ​​het aandeel van het chemische element mangaan maximaal 80%, koolstof maximaal 7%, de rest wordt ingenomen door ijzer en verschillende technologische onzuiverheden. Door het gebruik van additieven worden de fysieke en mechanische eigenschappen van staal dat in hoogovens wordt gesmolten aanzienlijk verbeterd. De technologie is ook geschikt voor het gebruik van additieven in moderne elektrische staalovens. Door de toevoeging van ferromangaan met een hoog koolstofgehalte vindt deoxidatie en ontzwaveling van staal plaats. Door ferromangaan met een middelhoog en laag koolstofgehalte toe te voegen, produceert de metallurgie gelegeerde staalsoorten.

Laaggelegeerd staal bevat 0,9–1,6% mangaan, hooggelegeerd staal tot 15%. Staal dat 15% mangaan en 14% chroom bevat, heeft een hoge fysieke sterkte en corrosiebestendigheid. Het metaal is slijtvast, kan werken onder zware temperatuuromstandigheden en is niet bang voor direct contact met agressieve chemische verbindingen. Dergelijke hoge eigenschappen maken het mogelijk staal te gebruiken voor de vervaardiging van de meest kritische constructies en industriële eenheden die onder moeilijke omstandigheden werken.

Mangaan is een chemisch element dat ook wordt gebruikt bij het smelten van ijzervrije legeringen. Tijdens de productie van industriële hogesnelheidsturbinebladen wordt een koper-mangaanlegering gebruikt en bronshoudend mangaan wordt gebruikt voor propellers. Naast deze legeringen is mangaan als chemisch element aanwezig in aluminium en magnesium. Het verbetert de prestatiekenmerken van non-ferrolegeringen aanzienlijk, waardoor ze zeer vervormbaar, bestand tegen corrosieprocessen en slijtvast zijn.

Gelegeerd staal is het belangrijkste materiaal voor de zware industrie en onmisbaar bij de productie van verschillende soorten wapens. Veel gebruikt in de scheeps- en vliegtuigbouw. De aanwezigheid van een strategische reserve aan mangaan is een voorwaarde voor het hoge defensievermogen van welke staat dan ook. In dit opzicht neemt de metaalproductie jaarlijks toe. Bovendien is mangaan een chemisch element dat wordt gebruikt bij de glasproductie, de landbouw, de drukkerij, enz.

Mangaan in flora en fauna

In de levende natuur is mangaan een chemisch element dat een belangrijke rol speelt bij de ontwikkeling. Het beïnvloedt de groeikenmerken, de bloedsamenstelling en de intensiteit van het fotosyntheseproces. Bij planten bedraagt ​​de hoeveelheid tienduizendsten van een procent, en bij dieren honderdduizendsten van een procent. Maar zelfs zulke kleine inhoud heeft een merkbare impact op de meeste van hun functies. Het activeert de werking van enzymen, beïnvloedt de insulinefunctie, het mineraal- en hematopoietische metabolisme. Een tekort aan mangaan veroorzaakt verschillende ziekten, zowel acuut als chronisch.

Mangaan is een chemisch element dat veel wordt gebruikt in de geneeskunde. Een gebrek aan mangaan vermindert het fysieke uithoudingsvermogen, veroorzaakt bepaalde soorten bloedarmoede en verstoort metabolische processen in botweefsel. De desinfecterende eigenschappen van mangaan zijn algemeen bekend; de oplossingen ervan worden gebruikt tijdens de behandeling van necrotisch weefsel.

Een onvoldoende hoeveelheid mangaan in dierlijk voedsel veroorzaakt een afname van de dagelijkse gewichtstoename. Voor planten veroorzaakt deze situatie vlekken, brandwonden, chlorose en andere ziekten. Als er tekenen van vergiftiging worden gedetecteerd, wordt een speciale medicamenteuze behandeling voorgeschreven. Ernstige vergiftiging kan het mangaan-parkinsonismesyndroom veroorzaken, een moeilijk te behandelen ziekte die een negatief effect heeft op het menselijke centrale zenuwstelsel.

De dagelijkse behoefte aan mangaan bedraagt ​​maximaal 8 mg, de belangrijkste hoeveelheid die een mens via de voeding binnenkrijgt. In dit geval moet het dieet evenwichtig zijn in alle voedingsstoffen. Bij verhoogde werkdruk en onvoldoende zonlicht wordt de dosis mangaan aangepast op basis van een algemene bloedtest. Aanzienlijke hoeveelheden mangaan worden aangetroffen in paddenstoelen, waterkastanjes, kroos, weekdieren en schaaldieren. Het mangaangehalte daarin kan enkele tienden van een procent bereiken.

Wanneer mangaan in overmatige doses het lichaam binnendringt, kunnen ziekten van spier- en botweefsel optreden, worden de luchtwegen aangetast en worden de lever en de milt beschadigd. Het duurt lang om mangaan uit het lichaam te verwijderen; tijdens deze periode nemen de toxische eigenschappen toe met een accumulatie-effect. De door de sanitaire autoriteiten toegestane concentratie mangaan in de lucht moet ≤ 0,3 mg/m 3 zijn; de parameters worden in speciale laboratoria gecontroleerd door luchtmonsters te nemen. Het selectiealgoritme wordt gereguleerd door nationale regelgeving.

Hij ontving verf, die nog steeds "Scheele groen", arsine (AsH 3), glycerine, urinezuur en blauwzuur wordt genoemd. Het is waar dat Scheele noch mangaan, noch molybdeen, noch wolfraam in zuivere vorm isoleerde; hij gaf alleen aan dat de mineralen die hij onderzocht deze nieuwe elementen bevatten.

Element nr. 25 werd ontdekt in het mineraal pyrolusiet MnO 2 -H 2 O, bekend bij Plinnus de Oude. Plinius beschouwde het als een soort magnetisch ijzererts, hoewel pyrolusiet niet door een magneet wordt aangetrokken. Plinius gaf een verklaring voor deze tegenstrijdigheid. Het lijkt ons grappig, maar dat mogen we in de 1e eeuw niet vergeten. ADVERTENTIE Wetenschappers wisten veel minder over stoffen dan de hedendaagse schoolkinderen. Maar voor Plinius is pyrolusiet ‘lapis magnes’ (magnetisch ijzererts), alleen is het vrouwelijk, en daarom staat de magneet er ‘onverschillig’ voor. Niettemin begon men bij het smelten van glas “zwart magnesiumoxide” (zoals pyrolusiet toen werd genoemd) te gebruiken, omdat het de opmerkelijke eigenschap heeft om glas helderder te maken. Dit gebeurt omdat mangaandioxide bij hoge temperaturen een deel van zijn zuurstof afgeeft en verandert in een oxide met de samenstelling Mn 2 O 3. De vrijkomende zuurstof oxideert ijzerzwavelverbindingen, waardoor het glas een donkere kleur krijgt. Pyrolusiet wordt nog steeds gebruikt als “klaringsmiddel” voor glas.

Geschiedenis van mangaan

In de manuscripten van de beroemde alchemist Albertus Magnus (13e eeuw) wordt dit mineraal “magnesia” genoemd. In de 16e eeuw de naam "mangaan" is al gevonden, die mogelijk door glasmakers is gegeven en afkomstig is van het woord "manganidzein" - reinigen.

Toen Scheele in 1774 onderzoek deed naar pyrolusiet, stuurde hij monsters van dit mineraal naar zijn vriend Johan Gottlieb Hahn. Hahn, later een professor en een uitmuntend scheikundige van zijn tijd, rolde pyrolusiet in balletjes, voegde olie toe aan het erts en verhitte ze krachtig in een smeltkroes bekleed met houtskool. De resulterende metalen ballen wogen drie keer minder dan ertsballen. Dit was mangaan. Het nieuwe metaal werd eerst “magnesia” genoemd, maar aangezien witte magnesiumoxide, magnesiumoxide, toen al bekend was, werd het metaal omgedoopt tot “magnesium”; deze naam werd in 1787 door de Franse Commissie voor Nomenclatuur aangenomen. Maar in 1808 ontdekte Humphry Davy magnesium en noemde het ook “magnesium”; om verwarring te voorkomen werd mangaan vervolgens “manganum” genoemd.

In Rusland werd mangaan lange tijd pyrolusiet genoemd, totdat L.I. Scherer in 1807 voorstelde het metaal verkregen uit pyrolusiet mangaan te noemen, en het mineraal zelf werd in die jaren zwart mangaan genoemd.

Mangaanertsen

Mangaan komt in zuivere vorm niet in de natuur voor. In ertsen is het aanwezig in de vorm van oxiden, hydroxiden en carbonaten. Het belangrijkste mineraal dat mangaan bevat, is hetzelfde pyrolusiet, een relatief zachte donkergrijze steen. Het bevat 63,2% mangaan. Er zijn andere mangaanertsen: psilomelaan, braunite, hausmanniet, manganiet. Dit zijn allemaal oxiden en silicaten van element nr. 25. De valentie van mangaan daarin is 2, 3 en 4. Er is nog een potentiële bron van element nr. 25: knobbeltjes die op de bodem van de oceanen liggen en mangaan en andere accumuleren. metalen. Maar we hebben een bijzonder gesprek over hen.

Mangaanertsen zijn onderverdeeld in chemisch en metallurgisch. De eerstgenoemde bevatten ten minste 80% MnO 2. Ze worden gebruikt in galvanische cellen (mangaandioxide is een uitstekende depolarisator), bij de productie van glas, keramiek, minerale kleurstoffen, “kaliumpermanganaat” (KMnO 4) en enkele andere producten uit de chemische industrie.

En ijzer is niet alleen buren volgens het periodiek systeem; ijzer is altijd aanwezig in mangaanertsen. Maar ijzererts bevat helaas niet altijd mangaan (in voldoende hoeveelheden). Helaas - omdat element nr. 25 een van de belangrijkste legeringsadditieven is.

Er zijn afzettingen van mangaanerts op alle continenten. Ons land is goed voor ongeveer 50% van de wereldproductie van mangaanerts. India, Ghana, Marokko, Brazilië en Zuid-Afrika zijn ook rijk aan mangaan. De meeste geïndustrialiseerde landen zijn gedwongen mangaanerts uit het buitenland te importeren, omdat hun eigen voorraden niet voldoen aan de behoeften van de ferrometallurgie, noch qua hoeveelheid, noch qua kwaliteit van het erts. Ons land voorziet zijn metallurgie niet alleen volledig van mangaanerts van hoge kwaliteit, maar exporteert het ook in aanzienlijke hoeveelheden.

Vóór de Grote Patriottische Oorlog in de USSR werd mangaanerts gewonnen in twee gebieden: in Chiatura (Georgië) en nabij Nikopol (Oekraïne). Toen het Nikopol-bekken tijdens de oorlog door de nazi's werd bezet, werden in ongelooflijk korte tijd nieuwe afzettingen van mangaanerts in de Oeral en Kazachstan ontwikkeld. De Sovjet-ijzer- en staalindustrie kreeg voldoende mangaan en kon hoogwaardig staal produceren voor tankpantser en artilleriestukken.

Puur mangaan

Er is al vermeld dat het eerste metallische mangaan werd verkregen door pyrolusiet te reduceren met houtskool: MnO 2 + C → Mn + 2CO. Maar het was geen elementair mangaan. Net als zijn buren op het periodiek systeem - chroom en ijzer, reageert mangaan met koolstof en bevat het altijd een mengsel van carbide. Dit betekent dat puur mangaan niet met koolstof kan worden verkregen. Momenteel worden drie methoden gebruikt om metallisch mangaan te verkrijgen: silicothermisch (reductie door silicium), aluminothermisch (reductie door aluminium) en elektrolytisch.

De meest gebruikte methode was de aluminotherme methode, ontwikkeld aan het einde van de 19e eeuw. In dit geval is het beter om mangaanoxide Mn 3 O 4 te gebruiken in plaats van pyrolusiet als mangaangrondstof. Pyrolusiet reageert met aluminium, waarbij zoveel warmte vrijkomt dat de reactie gemakkelijk oncontroleerbaar kan worden. Daarom wordt pyrolusiet, voordat het wordt gereduceerd, verbrand en wordt het reeds verkregen oxide-oxide gemengd met aluminiumpoeder en in brand gestoken in een speciale container. De reactie 3Mn 3 O 4 + 8Al → 9Mn + 4Al 2 O 3 begint - vrij snel en vereist geen extra energie. De resulterende smelt wordt gekoeld, de brosse slak wordt afgehakt en de mangaanstaaf wordt vermalen en voor verdere verwerking verzonden.

De aluminotherme methode produceert echter, net als de silicotherme methode, geen mangaan met een hoge zuiverheid. Aluminothermisch mangaan kan worden gezuiverd door sublimatie, maar deze methode is inefficiënt en duur. Daarom zijn metallurgen al lang op zoek naar nieuwe manieren om puur metallisch mangaan te verkrijgen en vertrouwden ze uiteraard voornamelijk op elektrolytische raffinage. Maar in tegenstelling tot koper, nikkel en andere metalen was het mangaan dat op de elektroden werd afgezet niet zuiver: het was verontreinigd met oxideverontreinigingen. Bovendien was het resulterende metaal poreus, kwetsbaar en lastig te verwerken.

Veel beroemde wetenschappers probeerden de optimale modus te vinden voor de elektrolyse van mangaanverbindingen, maar zonder succes. Dit probleem werd in 1939 opgelost door de Sovjetwetenschapper R.I. Agladze (later een volwaardig lid van de Academie van Wetenschappen van de Georgische SSR). Met behulp van de door hem ontwikkelde elektrolysetechnologie wordt uit chloride- en sulfaatzouten een tamelijk dicht metaal verkregen, dat tot 99,98% van element nr. 25 bevat. Deze methode vormde de basis voor de industriële productie van metallisch mangaan.

Uiterlijk lijkt dit metaal op ijzer, alleen harder. Het oxideert in de lucht, maar net als aluminium bedekt een oxidelaag snel het gehele oppervlak van het metaal en voorkomt verdere oxidatie. Mangaan reageert snel met zuren, vormt nitriden met stikstof en carbiden met koolstof. Over het algemeen typisch metaal.

Mangaan wordt meestal samen met andere elementen in staal geïntroduceerd: chroom, silicium, wolfraam. Er is echter staal, dat niets anders bevat dan ijzer, mangaan en koolstof. Dit is het zogenaamde Hadfield-staal. Het bevat 1-1,5% koolstof en 11-15% mangaan. Deze staalsoort heeft een enorme slijtvastheid en hardheid. Het wordt gebruikt voor de vervaardiging van brekers die de hardste rotsen, onderdelen van graafmachines en bulldozers vermalen. De hardheid van dit staal is zodanig dat het niet machinaal kan worden bewerkt; onderdelen ervan kunnen alleen worden gegoten. Over het algemeen zijn er nogal wat staalsoorten die mangaan bevatten. Om precies te zijn: er is geen enkel staal dat in bepaalde hoeveelheden geen mangaan bevat. Mangaan komt immers uit gietijzer in staal. Soms zijn de hoeveelheden echter zo klein dat de letter G niet in de staalsoort wordt geplaatst. Mangaan verbetert echter niet alleen de eigenschappen van ijzer. Mangaan-koperlegeringen hebben dus een hoge sterkte en corrosieweerstand. Turbinebladen zijn gemaakt van deze legeringen, en vliegtuigpropellers en andere vliegtuigonderdelen zijn gemaakt van mangaanbrons.

Mangaan glanst niet als goud, vloeit niet als goud en vlamt niet op in de lucht zoals natrium. Maar dit ogenschijnlijk onopvallende grijze metaal is van cruciaal belang: zolang ijzer de technologie domineert, zal ook zijn trouwe metgezel, mangaan, nodig zijn.

Mangaan in het lichaam

Zelfs aan het begin van de vorige eeuw was bekend dat mangaan deel uitmaakt van levende organismen. Er is nu vastgesteld dat kleine hoeveelheden mangaan in alle plantaardige en dierlijke organismen voorkomen. Het is alleen afwezig in het wit van een kippenei en heel weinig in melk. Mangaan wordt ongelijkmatig over het lichaam verdeeld. 100 g droge stof van druivenstelen bevat bijvoorbeeld 191 mg mangaan, wortels - 130 mg en bessen - slechts 70 mg. In het bloed van mensen en de meeste dieren bedraagt ​​het mangaangehalte ongeveer 0,02 mg/l. De uitzondering vormen schapen, wier bloed rijker is aan mangaan - 0,06 mg/l. Er is vastgesteld dat mangaan een belangrijke rol speelt in de stofwisseling. In planten versnelt het de vorming van chlorofyl en vergroot het hun vermogen om vitamine C te synthetiseren. Daarom verhoogt het toevoegen van mangaan aan de bodem de opbrengst van veel gewassen, met name wintertarwe en katoen, aanzienlijk.

Het gebrek aan mangaan in dierlijk voedsel beïnvloedt hun groei en vitaliteit. Muizen die alleen melk kregen, die heel weinig mangaan bevat, verloren hun vermogen om zich voort te planten. Toen mangaanchloride aan hun voedsel werd toegevoegd, werd dit vermogen hersteld.

Element nr. 25 beïnvloedt ook hematopoietische processen. Bovendien versnelt het de vorming van antilichamen die de schadelijke effecten van vreemde eiwitten neutraliseren. Een van de Duitse wetenschappers injecteerde cavia's met dodelijke doses tetanus- en dysenteriebacteriën. Als hierna alleen antitetanus- en antidysenterie-serum werd toegediend, hielp het de dieren niet meer. De toediening van serum en mangaanchloride genas cavia's. Intraveneuze infusie van een oplossing van mangaansulfaat kan degenen redden die zijn gebeten door karakurt, de meest giftige van de Centraal-Aziatische spinnen.

Mangaan(II)zouten

Chemische eigenschappen

Ontvangst

Mangaan(II)hydroxide

Chemische eigenschappen

Mangaan(II)oxide behoort tot de basisoxiden en heeft al hun eigenschappen. Het komt overeen met het onstabiele hydroxide Mn(OH) 2.

Mangaan (II) hydroxide - Mn(OH) 2 - een lichtroze stof die onoplosbaar is in water.

De belangrijkste productiemethode is de alkalische behandeling van mangaan(II)zouten:

MnSO 4 + 2NaOH → Mn(OH) 2 ↓ + Na 2 SO 4

In de lucht wordt het geoxideerd tot mangaan (IV) hydroxide:

2Mn(OH) 2 ↓ + O 2 + 2H 2 O → 2Mn(OH) 4 ↓

Toont alle eigenschappen van in water onoplosbare basen.

Alle mangaan(II)zouten in redoxreacties die in oplossingen voorkomen, zijn reductiemiddelen:

3Mn(NO 3) 2 + 2KMnO 4 + 2H 2 O → 5MnO 2 + 4HNO 3 + 2KNO 3

Mangaan(II)zouten hydrolyseren niet en vormen sterke aquacomplexen:

Mn 2+ + 6H 2 O → 2+

MnCl 2 + 6H 2 O → Cl 2

Mangaan(II)zouten vormen complexen.

Mn(CN) 2 is een onoplosbare witte verbinding, die door complexering oplost in aanwezigheid van KCN:

4KCN + Mn(CN) 2 = K 4 kaliumhexanomanganaat

Insgelijks:

4KF + MnF2 = K4

2KCl + MnCl2 = K2

Mangaan(III)verbindingen

Mn 2 O 3 – amfoteeroxide, met een overwicht aan basiseigenschappen.

Mn 2 O 3 + 6HF = 2MnF 3 + 3H 2 O

Mn +3 2 O 3 + NaOH = 2NaMnO 2 + H 2 O (t)

Mn(OH) 3 – Mn 3+ hydroxide- amfotere verbinding, met een overwicht aan basiseigenschappen:

Mn(OH)3 ↔ HMnO2

Mangaan(IV)verbindingen

De belangrijkste verbindingen van tetravalent mangaan omvatten mangaan (IV) oxide MnO2, evenals permangaanzuur H2MnO3– zeer onstabiel, gemakkelijk ontbindend in mangaan (IV) oxide en water.

De sterkste verbinding van mangaan (IV) is een donkerbruin oxide, onoplosbaar in water. Dit is een amfotere verbinding, maar de overeenkomstige eigenschappen zijn uiterst zwak uitgedrukt.

MnO 2 + 2NaOH = Na 2 MnO 3 + H 2 O

MnO 2 kan zowel oxiderende als reducerende eigenschappen vertonen in OB-reacties, afhankelijk van de aard van de partner (redoxdualiteit).

Veel vaker wordt mangaan (IV) oxide gebruikt als oxidatiemiddel, waarbij reacties worden uitgevoerd in een zure omgeving:

MnO 2 + 4HCl = MnCl 2 + Cl 2 + 2H 2 O

In een alkalische omgeving kan mangaan (IV) oxide ook een reductiemiddel zijn, dat verandert in mangaan (VI) verbindingen, bijvoorbeeld zouten van permanganaatzuur - manganaten:

3MnO 2 + KClO 3 + 6KOH = 3K 2 MnO 4 + KCl + 3H 2 O

Effect van pH op de OM-reactie van MnO 2

Mangaan(VI)verbindingen

MnO 3 – oxide, heeft zure eigenschappen.

H 2 MnO 4 – permangaanzuur– bestaat alleen in oplossing.

Zouten van dit zuur - mangaten.

Manganaten kunnen worden verkregen door het calcineren van droge permanganaten:

Manganaten zijn stabiel in een sterk alkalische omgeving; in een neutrale omgeving treedt een disproportioneringsreactie op:

3Na 2 MnO 4 + 2H 2 O → 2NaMnO 4 + MnO 2 + 4NaOH

Mangaan(VII)verbindingen

De hoogste oxidatietoestand van mangaan +7 komt overeen met zuuroxide Mn 2 O 7, mangaanzuur HMnO 4 en zijn zouten - permanganaten.

Mangaanverbindingen (VII) zijn sterke oxidatiemiddelen. Mn 2 O 7 is een groenbruine olieachtige vloeistof, waarmee alcoholen en ethers bij contact ontbranden. Mn(VII)oxide komt overeen met mangaanzuur HMnO4. Het bestaat alleen in oplossingen, maar wordt als een van de sterkste beschouwd (α - 100%). De maximaal mogelijke concentratie van HMnO 4 in oplossing is 20%. Zouten HMnO 4 – permanganaten – zijn de sterkste oxidatiemiddelen; in waterige oplossingen, zoals het zuur zelf, hebben ze een karmozijnrode kleur.

Bij redoxreacties zijn permanganaten sterke oxidatiemiddelen. Afhankelijk van de reactie van de omgeving worden ze gereduceerd tot tweewaardige mangaanzouten (in een zuur milieu), mangaan (IV) oxide (in een neutraal milieu) of mangaan (VI) verbindingen - mangaan - (in een alkalisch milieu). Het is duidelijk dat in een zure omgeving de oxiderende eigenschappen van Mn +7 het meest uitgesproken zijn.

2KMnO 4 + 5Na 2 SO 3 + 3H 2 SO 4 → 2MnSO 4 + 5Na 2 SO 4 + K 2 SO 4 + 3H 2 O

2KMnO 4 + 3Na 2 SO 3 + H 2 O → 2MnO 2 + 3Na 2 SO 4 + 2KOH

2KMnO 4 + Na 2 SO 3 + 2KOH → 2K 2 MnO 4 + Na 2 SO 4 + H 2 O

Permanganaten oxideren organische stoffen in zowel zure als alkalische omgevingen:

2KMnO 4 + 3H 2 SO 4 + 5C 2 H 5 OH → 2MnSO 4 + K 2 SO 4 + 5CH 3 COH + 8H 2 O

aldehydealcohol

4KMnO 4 + 2NaOH + C 2 H 5 OH → MnO 2 ↓ + 3CH 3 COH + 2K 2 MnO 4 +

Na 2 MnO 4 + 4H 2 O

Bij verhitting ontleedt kaliumpermanganaat (deze reactie wordt gebruikt om zuurstof te produceren in het laboratorium):

2KMnO 4 K 2 MnO 4 + MnO 2 + O 2

Dezelfde afhankelijkheden zijn dus typisch voor mangaan: bij de overgang van een lagere oxidatietoestand naar een hogere nemen de zure eigenschappen van zuurstofverbindingen toe, en bij OM-reacties worden de reducerende eigenschappen vervangen door oxidatieve eigenschappen.

Permanganaten zijn giftig voor het lichaam vanwege hun sterke oxiderende eigenschappen.

Bij permanganaatvergiftiging wordt waterstofperoxide in azijnzuur als tegengif gebruikt:

2KMnO 4 + 5H 2 O 2 + 6CH 3 COOH → 2(CH 3 COO) 2 Mn + 2CH 3 KOKEN + 5O 2 + 8H 2 O

KMnO 4-oplossing is een cauteriserend en bacteriedodend middel voor de behandeling van het huidoppervlak en de slijmvliezen. De sterke oxiderende eigenschappen van KMnO 4 in een zure omgeving liggen ten grondslag aan de analytische methode van permanganatometrie, die wordt gebruikt in klinische analyses om de oxideerbaarheid van water en urinezuur in urine te bepalen.

Het menselijk lichaam bevat ongeveer 12 mg Mn in verschillende verbindingen, waarvan 43% geconcentreerd in botweefsel. Het beïnvloedt de hematopoëse, botvorming, groei, voortplanting en enkele andere functies van het lichaam.

Onderwerp: Groep VIII D-elementen

Trefwoorden:d-elementen, ijzer, kobalt, nikkel, triaden - d-elementen, ijzerfamilie, ferromagnetische verbindingen, complexvormend vermogen, koude passivatie met zuren, ijzercarbonylen, kristallijne hydraten, gele en rode bloedzouten, ferraten, Mohr's zout, ijzerzuur.

De eigenaardigheid van de VIII B-groep is dat deze 3 triaden van d-elementen van grote perioden combineert, die in kleine perioden geen elektronische analogen hebben.

Elementen van de eerste drieklank – Fe, Co, Ni- de ijzerfamilie genoemd. Dat zijn de elementen van de tweede en derde drieklanken Ru(ruthenium), Rh(rhodium), Pd(palladium), Os(osmium), Ir(iridium), Pt(platina) worden platinametalen genoemd.

Atomen van elementen van de ijzerfamilie hebben, in tegenstelling tot atomen van platinametalen, geen vrij f-subniveau.

Dit feit bepaalt de chemische kenmerken van de elementen van de ijzerfamilie.

Platinametalen, die qua eigenschappen sterk op elkaar lijken en moeilijk van elkaar te scheiden zijn, verschillen sterk van metalen uit de ijzerfamilie en worden nooit samen met deze metalen in de lithosfeer aangetroffen.

Voor elementen van de VIII B-groep is het d-subniveau van het pre-externe niveau vrijwel volledig voltooid. Niet alle elektronen van het d-subniveau nemen echter deel aan de vorming van chemische bindingen. Slechts ongeveer 10 jaar geleden werd een ijzerverbinding met een oxidatietoestand van +8 verkregen; vaker wordt ijzer in complexe verbindingen gekenmerkt door oxidatietoestanden van +3 en +2; Co heeft +3 en Ni heeft +2. Groep VIII B-metalen worden gekenmerkt door hoge dichtheden en smelttemperaturen. Fe, Co, Ni – ferromagneten; Alle elementen van de B-groep van groep VIII zijn goede complexvormers.

Elementen van de ijzerfamilie zijn metalen met een gemiddelde chemische activiteit. In de reeks standaardelektrodepotentialen bevinden zich links van waterstof. Platinametalen bevinden zich aan het einde van het bereik van de standaardelektrodepotentialen en worden gekenmerkt door een lage chemische reactiviteit.

Platinametalen worden gebruikt bij de instrumentenbouw, als katalysator bij de organische synthese en voor de productie van corrosiebestendige legeringen.

De elementen van de ijzerfamilie bevinden zich in de vierde periode van het periodiek systeem van chemische elementen. Fe, Co zijn zilverwitte metalen, Ni heeft een geelachtig witte kleur.

Voor ijzer en kobalt in complexe stoffen zijn de meest karakteristieke oxidatietoestanden +2 en +3, en voor nikkel +2. Net als elementen van de mangaansubgroep zijn ze in staat verbindingen te vormen met oxidatietoestand 0 (carbonylen):

Mangaan (Latijn – Manganum, Mn) wordt in kleine hoeveelheden in ons lichaam aangetroffen. Daarom wordt het geclassificeerd als een micro-element. Het gehalte aan dit micro-element in ons lichaam is laag. Mangaan is echter, samen met andere stoffen, betrokken bij het metabolisme van vetten, koolhydraten en eiwitten.

Mangaan werd ontdekt in de 18e eeuw, wat naar historische maatstaven nog niet zo lang geleden is. Mensen zijn echter al sinds de oudheid bekend met mangaanverbindingen. Eén van deze verbindingen is mangaandioxide of pyrolusiet, MnO 2. Het werd gebruikt bij het maken van glas en leer. In die tijd werden veel minerale verbindingen magnesiumoxide genoemd. MnO 2 kreeg dus de naam zwarte magnesia vanwege de gelijkenis met een ander mineraal, magnetiet.

Deze mineralen hadden echter verschillen. Magnetiet is een ijzeroxide, Fe 3 O 4, en werd aangetrokken door een magneet. Daarentegen werkte de magneet niet op zwart magnesiumoxide en kon er geen ijzer uit worden gehaald. Daarom kreeg dit mineraal een andere naam: manganium van het oudgriekse woord bedrog. Deze term is naar veel Europese talen gemigreerd.

In het Duits wordt het mineraal Mangan of Manganerz genoemd. Hier komt de Russische naam mangaan vandaan. Mangaan zelf werd echter pas in 1778 verkregen. Vervolgens concludeerde de Zweedse scheikundige Scheele dat pyrolusiet in plaats van ijzer een ander, tot nu toe onbekend metaal bevat. In hetzelfde jaar, Gan

ook een Zweedse wetenschapper, geïsoleerd mangaan uit pyrolusiet.

Eigenschappen

In het periodiek systeem der elementen van Mendelejev bevindt Mn zich in groep VII van de IV-periode en staat vermeld op nummer 25. Dit betekent dat 25 elektronen rond de atoomkern van Mn roteren, en 7 daarvan bevinden zich in de buitenste baan.

Bij interactie met verschillende stoffen kan mangaan deze elektronen opgeven of andere verkrijgen. Dienovereenkomstig is de valentie variabel en varieert van 1 tot 7. Meestal is deze gelijk aan 2, 4 en 7. Bij de minimale valentie prevaleren de eigenschappen van mangaan als reductiemiddel, en bij het maximum, als oxidatiemiddel. .

In veel van zijn kenmerken lijkt mangaan op ijzer, en samen met ijzer wordt het geclassificeerd als een ferrometaal. Het is een zilverwit metaal met een atoommassa van 55. Dit metaal is behoorlijk zwaar, de dichtheid is 7,4 g/cm 3 . Smelt- en kookpunten zijn ook hoog: 1245 0 C en 2150 0 C. Mangaan reageert gemakkelijk met zuurstof om oxiden te vormen.

Omdat de valentie van mangaan variabel is, verschillen de oxiden van elkaar. Eén daarvan is het hierboven genoemde pyrolusiet. Op het oppervlak van metallisch mangaan vormt zich een oxidefilm, die het tegen verdere oxidatie beschermt. Omdat mangaan, afhankelijk van zijn valentie, zowel een oxidatiemiddel als een reductiemiddel kan zijn, reageert het met zowel metalen als niet-metalen, en zijn de verbindingen ervan divers.

Samen met zuurstof vormt het het zure residu van permangaanzuur. Dit residu maakt deel uit van de zouten van dit zuur, manganaten. Eén van deze zouten is kaliumpermanganaat, KMnO 4, het bekende kaliumpermanganaat. Over het algemeen komen mangaanverbindingen vrij veel voor in de natuur. Er zijn er vooral veel op de bodem van de oceanen, waar mangaan met ijzer wordt gecombineerd. Mangaan is goed voor ongeveer 0,1% van de massa van de aardkorst. Volgens deze indicator staat het op de 11e plaats van alle elementen van het periodiek systeem van Mendelejev.

Fysiologische actie

Het mangaangehalte in het volwassen menselijke lichaam is laag, 10-20 mg. Dit is veel minder dan het gehalte aan andere metalen - kalium, calcium, ijzer, natrium, koper, zink. Daarom werd Mn aanvankelijk niet als een essentieel element beschouwd en men geloofde dat de aanwezigheid ervan in het lichaam helemaal niet nodig was. Niet alle varianten van dit sporenelement zijn voor ons interessant. Tweewaardig en driewaardig mangaan, Mn (II) en Mn (III), zijn betrokken bij fysiologische processen.

De fysiologische waarde van mangaan is dat het de opname van vele andere heilzame stoffen (voedingsstoffen) reguleert. Tot deze voedingsstoffen behoren koper, B-vitamines, in het bijzonder vit. B 1 (Thiamine) en vit. B4 (Choline). Daarnaast heeft mangaan een positief effect op de opname van vit. E (Tocoferol) en vit. C (Ascorbinezuur). Deze vitamines zijn sterke antioxidanten.

Dienovereenkomstig heeft mangaan ook een antioxiderende werking. Omdat het een antioxidant is, bindt het vrije radicalen en voorkomt het dat ze cellen beschadigen. Mangaan versterkt dus het immuunsysteem en voorkomt de vorming van kwaadaardige tumoren.

Bovendien maakt mangaan deel uit van veel enzymsystemen. Het grootste deel van dit micro-element wordt aangetroffen in de mitochondriën, waar het deelneemt aan de accumulatie van energie in de vorm van ATP-moleculen. Daarnaast zorgt mangaan voor de stofwisseling (stofwisseling) van koolhydraten, eiwitten en lipiden (vetten). Het stimuleert katabole processen met de afbraak van stoffen en versnelling van metabolische reacties.

Tijdens het gebruik van eiwitten onder invloed van mangaan worden ze afgebroken onder vorming van stikstofhoudende eindproducten, ureum en creatinine. Hierdoor komt er energie vrij. Dit proces is van groot praktisch belang bij het uitvoeren van fysieke arbeid.

Mangaan bevordert de synthese van vetzuren, vergemakkelijkt de opname van lipiden en is betrokken bij de afbraak ervan. Lipiden zijn energie-intensieve verbindingen en dankzij mangaan worden ze volledig geconsumeerd, waardoor de maximale hoeveelheid energie vrijkomt. Tegelijkertijd voorkomt mangaan de afzetting van vetmassa's in de onderhuidse laag met de ontwikkeling van obesitas.

Door de consumptie van vet neemt de productie van cholesterol met lage dichtheid af en wordt het niet in de vorm van atherosclerotische plaques op de wanden van bloedvaten afgezet. Bovendien voorkomt mangaan aanzienlijk de vetinfiltratie van de lever (vette hepatosis). Dankzij Mn verbetert de functie van de lever bij het binden en uitscheiden van veel giftige stoffen samen met gal.

Bovendien zet Mn glycogeen af ​​en accumuleert het in de lever en de skeletspieren. Over het algemeen is het effect van mangaan op het koolhydraatmetabolisme divers. Mangaan heeft een insuline-achtige werking, bevordert het transport van glucose naar de cel en de daaropvolgende afbraak ervan met de vorming van ATP. Daarom is het geconcentreerd in de mitochondriën.

Tegelijkertijd is het volgens sommige gegevens in staat om in geval van glucosetekort de processen van gluconeogenese, de synthese van glucose uit eiwit- en lipideverbindingen, op gang te brengen. Mangaan bevordert ook de verspreiding van zenuwimpulsen, omdat neemt deel aan de synthese van neurotransmitterstoffen.

Stimulatie van metabolische processen in spierweefsel door mangaan leidt tot verhoogde spierkracht en uithoudingsvermogen. Bovendien versterkt mangaan de botten. Het vormt ook kraakbeen en reguleert de samenstelling van intra-articulaire of synoviale vloeistof. Zo verbetert Mn de conditie en functie van gewrichten en voorkomt het de ontwikkeling van degeneratieve en ontstekingsprocessen daarin.

Samen met koper is mangaan betrokken bij de hematopoëse en stimuleert het de bloedstolling. Dit micro-element heeft ook een verjongende werking. De huid onder invloed ervan wordt stevig en elastisch. Natuurlijke processen die verband houden met veroudering vertragen. Bovendien verhoogt mangaan de weerstand van de huid tegen ultraviolette straling en voorkomt het de ontwikkeling van kwaadaardige huidkanker.

De invloed van mangaan op de toestand van organen en systemen wordt voor een groot deel gerealiseerd via het endocriene systeem. Het versterkt de werking van insuline. Dankzij dit wordt glucose geabsorbeerd en wordt het risico op diabetes mellitus verminderd. Dit micro-element heeft ook een stimulerend effect op het hypofyse-bijniersysteem. Mangaan verhoogt de productie van schildklierhormonen.

Mn werkt op dezelfde manier op mannelijke en vrouwelijke geslachtshormonen. Het activeert de spermatogenese bij mannen, neemt deel aan de regulering van de menstruatiecyclus bij vrouwen en voorkomt onvruchtbaarheid bij beide geslachten. Wanneer de zwangerschap zich ontwikkelt, vormt mangaan, samen met andere voedingsstoffen, organen en weefsels in de foetus. Na de bevalling stimuleert mangaan de borstvoeding.

Dagelijkse behoefte

De behoefte aan Mn hangt niet alleen af ​​van de leeftijd, maar ook van een aantal andere factoren.

Tijdens fysieke activiteit en ernstige ziekten neemt de behoefte aan mangaan toe tot 11 mg per dag.

Oorzaken en tekenen van een tekort

Er wordt gezegd dat er sprake is van een tekort aan mangaan in gevallen waarin de dagelijkse inname in het lichaam van een volwassene minder dan 1 mg bedraagt. De belangrijkste reden is het lage gehalte aan natuurlijk voedsel dat mangaan bevat in de voeding, het overwicht van geraffineerd voedsel of voedsel dat een grote hoeveelheid synthetische ingrediënten bevat.

Bovendien zal bij veel ziekten van het maagdarmkanaal (maagdarmkanaal) de opname van mangaan in de dunne darm verslechteren. Dit wordt ook vergemakkelijkt door het nemen van medicijnen die calcium en ijzer bevatten. Feit is dat deze twee mineralen de opname van mangaan belemmeren. Met de leeftijd verslechtert de opname van mangaan en bij oudere mensen wordt vaak een tekort aan dit micro-element waargenomen.

Sommige aandoeningen gaan gepaard met een verhoogde consumptie van mangaan:

• lichamelijke activiteit (hard werken, sporten)
• mentale en mentale stress
• suikerziekte
• chronische intoxicatie in gevaarlijke industrieën, leven in ecologisch ongunstige regio's
• alcoholisme
• zwangerschap
• periode van snelle groei
• “vrouwelijke” ziekten met verstoring van de hormoonproducerende functie van de eierstokken.

Deze omstandigheden zelf leiden niet altijd tot mangaantekort. Als ze echter met elkaar worden gecombineerd, evenals met slechte voeding, gastro-intestinale aandoeningen, zal hoogstwaarschijnlijk het mangaangehalte in het lichaam worden verminderd.

Tekenen van mangaantekort zijn niet-specifiek en komen in veel opzichten overeen met tekenen van een tekort aan andere voedingsstoffen. Er is algemene zwakte, verslechtering van mentale functies en mentale instabiliteit. Patiënten klagen over duizeligheid en slechte coördinatie van bewegingen. De spiertonus neemt af en in sommige gevallen worden spierkrampen waargenomen.

Er treden veranderingen op in het botweefsel die vergelijkbaar zijn met die veroorzaakt door calciumgebrek. De botdichtheid neemt af, osteoporose ontwikkelt zich en het risico op fracturen neemt toe. Artrose ontstaat in de gewrichten als gevolg van degeneratie van het gewrichtskraakbeen. Andere pathologische aandoeningen die verband houden met mangaantekort zijn onder meer bloedarmoede, atherosclerose en verminderde immuniteit.

Het risico op diabetes, hart- en vaatziekten en kanker, allergische reacties met huiduitslag, zwelling en bronchospasme neemt toe. Tekenen van veroudering verschijnen vroeg; losse gerimpelde huid met pigmentvlekken, haaruitval, langzame nagelgroei. Onvruchtbaarheid komt vaak voor als gevolg van hormonale onbalans.

Bij kinderen is een tekort aan mangaan meestal van nutritionele aard en gaat het vaak gepaard met een tekort aan andere voedingsstoffen. Dergelijke kinderen lopen achter in de mentale en fysieke ontwikkeling. Ze lijden vaak aan infectieziekten en allergieën. Soms is er sprake van een convulsiesyndroom.

Bronnen van inkomsten

Mangaan komt voornamelijk uit plantaardige producten naar ons toe. De hoeveelheid in dierlijk voedsel is klein.

Houd er rekening mee dat tijdens het raffineren een aanzienlijke hoeveelheid mangaan verloren gaat. Hetzelfde geldt voor warmtebehandeling, vooral koken. Daarom moet de voorkeur worden gegeven aan rauw voedsel dat mangaan bevat.

Synthetische analogen

Het bekendste mangaanbevattende geneesmiddel is kaliumpermanganaat, KMnO 4, of eenvoudigweg kaliumpermanganaat. Het is waar dat kaliumpermanganaat alleen wordt gebruikt als een extern antisepticum voor de behandeling van wonden, brandwonden op de huid en het spoelen van de orofarynx bij verkoudheid.

Soms wordt kaliumpermanganaat als braakmiddel ingenomen tijdens maagspoeling voor sommige vergiftigingen. Hoewel het gebruik van het medicijn in deze hoedanigheid zeer controversieel is. Ten eerste is het erg moeilijk om de optimale concentratie te vinden. Geconcentreerd kaliumpermanganaat kan brandwonden aan de slijmvliezen van de mond, slokdarm en maag veroorzaken. En ten tweede wordt een deel van het mangaan geabsorbeerd als het oraal wordt ingenomen, en er kan mangaanvergiftiging optreden.

Wat mangaanbevattende preparaten voor orale toediening in de vorm van capsules en tabletten betreft, dit zijn geen farmaceutische producten, maar voedingssupplementen.

Hier worden mangaanverbindingen vaak gecombineerd met andere mineralen en vitamines. Deze medicijnen worden gebruikt als aanvulling op immunodeficiëntie, osteoporose, bloedarmoede, mentale en fysieke vermoeidheid en andere aandoeningen die verband houden met een verhoogde behoefte aan mangaan.

Metabolisme

Absorptie van ingenomen Mn(II) vindt plaats in de hele dunne darm. Het is typisch dat de absorptie laag is, ongeveer 5%. De rest wordt uitgescheiden via de ontlasting. Het geabsorbeerde mangaan komt de lever binnen via de poortader, waar het in vrije vorm wordt aangetroffen of door globulinen aan plasma-eiwitten wordt gebonden.

Een bepaalde hoeveelheid Mn (II) wordt geoxideerd tot Mn (III) en wordt in combinatie met een dragereiwit naar organen en weefsels getransporteerd. Hier kan de inhoud aanzienlijk variëren. Het maximale mangaan bevindt zich in de weefsels van organen waarvan de cellen een groot aantal mitochondriën bevatten. Dit zijn de lever, pancreas, nieren.

Het myocardium en de hersenstructuren bevatten ook een aanzienlijke hoeveelheid mangaan. Ondertussen is het niveau in het bloedplasma laag, omdat mangaan wordt vrij snel vanuit het bloed naar de weefsels getransporteerd. Mangaan wordt voornamelijk via de ontlasting uitgescheiden en, in mindere mate, via de urine. Het komt voornamelijk via gal de darmen binnen. In dit geval kan een deel ervan opnieuw in de darm worden opgenomen.

Bovendien kan Mn uit bloedplasma rechtstreeks in de darm worden uitgescheiden. Bij ziekten die gepaard gaan met cholestase (stagnatie van gal) wordt de afgifte van mangaan moeilijk. In deze gevallen wordt het met pancreassap in de twaalfvingerige darm uitgescheiden. Tijdens de borstvoeding gaat een kleine hoeveelheid van het sporenelement verloren in de moedermelk.

Interactie met andere stoffen

Mn verbetert de opname van veel B-vitamines, evenals vit. E en C. Het versterkt de werking van koper en zink. Samen met koper en ijzer is mangaan betrokken bij de hematopoëse. In grote hoeveelheden maakt het het echter moeilijk om ijzer op te nemen. IJzer schaadt op zijn beurt de opname van mangaan. Hetzelfde geldt voor calcium en fosfor. Bij voedingsmiddelen wordt het Mn-gehalte negatief beïnvloed door snoep, cafeïne en alcohol. Ze belemmeren de opname ervan of verhogen de consumptie.

Tekenen van overdaad

We kunnen praten over een overmatige inname van mangaan als de dagelijkse dosering hoger is dan 40 mg. Het is onrealistisch om dit te bereiken door alleen voedsel te eten dat rijk is aan mangaan. Overdosis mangaanhoudende producten ook. Mn wordt immers vertegenwoordigd door voedingssupplementen en het gehalte aan micro-elementen daarin is laag.

In zeldzame gevallen is echter acute vergiftiging met kaliumpermanganaat mogelijk. Kortom, mangaanvergiftiging is chronisch. De belangrijkste oorzaak is industriële inhalatievergiftiging, waarbij verbindingen die mangaan bevatten, worden ingeademd. Als u water consumeert dat verontreinigd is met mangaanverbindingen, kunt u ook vergiftigd raken.

Mangaanintoxicatie manifesteert zich door algemene zwakte, verminderde spiertonus en coördinatiestoornissen. Bloedarmoede ontwikkelt zich vaak. Er is geen eetlust, de spijsvertering is verstoord, de lever is vergroot. Neurologische aandoeningen zijn van dezelfde aard als bij de ziekte van Parkinson. In geval van ernstige vergiftiging, de zogenaamde mangaangekte – ontoereikendheid, prikkelbaarheid en hallucinaties met motorische agitatie.

Een ander kenmerkend kenmerk van chronische mangaanintoxicatie is mangaanrachitis. Het wordt gevormd vanwege het feit dat mangaan, dat in overmatige hoeveelheden in het botweefsel aanwezig is, calcium van daaruit verdringt. Deze aandoening wordt behandeld met Vit. D- en calciumsupplementen.

Wij proberen de meest relevante en nuttige informatie voor u en uw gezondheid te verstrekken. De materialen op deze pagina zijn informatief van aard en bedoeld voor educatieve doeleinden. Bezoekers van de site mogen ze niet gebruiken als medisch advies. Het vaststellen van de diagnose en het kiezen van een behandelmethode blijft het exclusieve voorrecht van uw behandelend arts! Wij zijn niet verantwoordelijk voor mogelijke negatieve gevolgen die voortvloeien uit het gebruik van informatie die op de website is geplaatst

Een van de belangrijkste metalen voor de metallurgie is mangaan. Bovendien is het over het algemeen een nogal ongebruikelijk element waar interessante feiten aan verbonden zijn. Belangrijk voor levende organismen, nodig bij de productie van veel legeringen en chemicaliën. Mangaan - waarvan een foto hieronder te zien is. Het zijn de eigenschappen en kenmerken die we in dit artikel zullen bespreken.

Kenmerken van een chemisch element

Als we het hebben over mangaan als element, moeten we allereerst de positie ervan karakteriseren.

1. Gelegen in de vierde grote periode, zevende groep, secundaire subgroep.
2. Het serienummer is 25. Mangaan is een chemisch element waarvan de atomen gelijk zijn aan +25. Het aantal elektronen is hetzelfde, neutronen - 30.
3. De atomaire massawaarde is 54,938.
4. Het chemische elementsymbool voor mangaan is Mn.
5. De Latijnse naam is mangaan.

Het bevindt zich tussen chroom en ijzer, wat de gelijkenis ervan verklaart qua fysische en chemische eigenschappen.

Mangaan - chemisch element: overgangsmetaal

Als we de elektronische configuratie van het gegeven atoom bekijken, ziet de formule er als volgt uit: 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 5. Het wordt duidelijk dat het element dat we overwegen afkomstig is uit de d-familie. Vijf elektronen in het 3D-subniveau geven de stabiliteit van het atoom aan, wat tot uiting komt in zijn chemische eigenschappen.

Als metaal is mangaan een reductiemiddel, maar de meeste verbindingen ervan kunnen tamelijk sterke oxiderende eigenschappen vertonen. Dit komt door de verschillende oxidatietoestanden en valenties die een bepaald element heeft. Dit is de eigenaardigheid van alle metalen van deze familie.

Mangaan is dus een chemisch element dat zich tussen andere atomen bevindt en zijn eigen speciale kenmerken heeft. Laten we eens kijken naar wat deze eigenschappen in meer detail zijn.

Mangaan is een chemisch element. Oxidatie toestand

We hebben de elektronische formule van het atoom al gegeven. Volgens dit element kan dit element verschillende positieve oxidatietoestanden vertonen. Dit:

De valentie van het atoom is IV. De meest stabiele verbindingen zijn die waarin mangaan waarden van +2, +4, +6 vertoont. De hoogste mate van oxidatie zorgt ervoor dat verbindingen als sterke oxidatiemiddelen kunnen werken. Bijvoorbeeld: KMnO 4, Mn 2 O 7.

Verbindingen met +2 zijn reductiemiddelen; mangaan (II) hydroxide heeft amfotere eigenschappen, met een overwicht aan basische eigenschappen. Tussenliggende oxidatietoestanden vormen amfotere verbindingen.

Geschiedenis van ontdekking

Mangaan is een chemisch element dat niet onmiddellijk, maar geleidelijk door verschillende wetenschappers werd ontdekt. Mensen gebruiken de verbindingen echter al sinds de oudheid. Mangaan(IV)oxide werd gebruikt om glas te maken. Een Italiaan verklaarde dat de toevoeging van deze verbinding tijdens de chemische productie van glazen hun kleur paars kleurt. Daarnaast helpt dezelfde stof waas in gekleurde glazen te elimineren.

Later kon de wetenschapper Keim in Oostenrijk een stuk mangaanmetaal verkrijgen door purolysiet (mangaan(IV)oxide), potas en steenkool bloot te stellen aan hoge temperaturen. Dit monster bevatte echter veel onzuiverheden die hij niet kon verwijderen, dus de ontdekking vond niet plaats.

Nog later synthetiseerde een andere wetenschapper ook een mengsel waarin een aanzienlijk deel uit puur metaal bestond. Het was Bergman die eerder het element nikkel had ontdekt. Hij was echter niet voorbestemd om de zaak af te ronden.

Mangaan is een chemisch element dat voor het eerst werd verkregen en geïsoleerd in de vorm van een eenvoudige substantie door Karl Scheele in 1774. Hij deed dit echter samen met I. Gan, die het proces van het smelten van een stuk metaal voltooide. Maar zelfs zij waren niet in staat om de onzuiverheden volledig te verwijderen en een opbrengst van 100% van het product te verkrijgen.

Toch was het juist deze keer dat het atoom werd ontdekt. Deze zelfde wetenschappers probeerden het als ontdekkers te benoemen. Ze kozen voor de term manganium. Na de ontdekking van magnesium ontstond er echter verwarring en werd de naam mangaan veranderd in de moderne naam (H. David, 1908).

Omdat mangaan een chemisch element is waarvan de eigenschappen zeer waardevol zijn voor veel metallurgische processen, werd het in de loop van de tijd noodzakelijk om een ​​manier te vinden om het in de zuiverst mogelijke vorm te verkrijgen. Dit probleem werd door wetenschappers over de hele wereld opgelost, maar werd pas in 1919 opgelost dankzij het werk van R. Agladze, een Sovjet-chemicus. Hij was het die een manier vond om door elektrolyse puur metaal met een stofgehalte van 99,98% uit mangaansulfaten en chloriden te winnen. Nu wordt deze methode over de hele wereld gebruikt.

In de natuur zijn

Mangaan is een chemisch element, waarvan je hieronder een foto van een eenvoudige stof kunt zien. In de natuur zijn er veel isotopen van dit atoom, waarvan het aantal neutronen sterk varieert. De massagetallen variëren dus van 44 tot 69. De enige stabiele isotoop is echter het element met een waarde van 55 Mn; alle andere hebben een verwaarloosbaar korte halfwaardetijd of bestaan ​​in te kleine hoeveelheden.

Omdat mangaan een chemisch element is waarvan de oxidatietoestand heel anders is, vormt het ook veel verbindingen in de natuur. Dit element wordt nooit in zijn pure vorm gevonden. In mineralen en ertsen is ijzer de constante buur. In totaal kunnen we enkele van de belangrijkste gesteenten identificeren die mangaan bevatten.

1. Pyrolusiet. Samengestelde formule: MnO 2 *nH 2 O.
2. Psilomelan, MnO2*mMnO*nH2O molecuul.
3. Manganiet, formule MnO*OH.
4. Browniet komt minder vaak voor dan de andere. Formule Mn 2 O 3.
5. Hausmanniet, formule Mn*Mn 2 O 4.
6. Rhodoniet Mn 2 (SiO 3) 2.
7. Mangaancarbonaatertsen.
8. Karmozijnrode spar of rhodochrosiet - MnCO 3.
9. Purpuriet - Mn 3 PO 4.

Daarnaast kunnen nog een aantal mineralen worden geïdentificeerd, die ook het betreffende element bevatten. Dit:

• calciet;
• sideriet;
• kleimineralen;
• chalcedoon;
• opaal;
• zand-slibverbindingen.

Naast gesteenten en afzettingsgesteenten, mineralen, is mangaan een chemisch element dat deel uitmaakt van de volgende objecten:

1. Plantaardige organismen. De grootste reservoirs van dit element zijn: waterkastanje, kroos en diatomeeën.
2. Roest paddestoelen.
3. Sommige soorten bacteriën.
4. De volgende dieren: rode mieren, schaaldieren, weekdieren.
5. Mensen - de dagelijkse behoefte is ongeveer 3-5 mg.
6. De wateren van de Wereldoceaan bevatten 0,3% van dit element.
7. Het totale gehalte in de aardkorst bedraagt ​​0,1 gewichtsprocent.

Over het geheel genomen is het het 14e meest voorkomende element op onze planeet. Van de zware metalen komt het na ijzer op de tweede plaats.

Fysieke eigenschappen

Vanuit het oogpunt van de eigenschappen van mangaan als eenvoudige stof kunnen er verschillende belangrijke fysieke kenmerken voor worden geïdentificeerd.

1. In de vorm van een eenvoudige substantie is het een vrij hard metaal (op de schaal van Mohs is de indicator 4). De kleur is zilverwit, in de lucht wordt het bedekt met een beschermende oxidefilm en glanst het bij het snijden.
2. Het smeltpunt is 1246 0 C.
3. Kookpunt - 2061 0 C.
4. De geleidende eigenschappen zijn goed, het is paramagnetisch.
5. De dichtheid van het metaal is 7,44 g/cm3.
6. Het bestaat in de vorm van vier polymorfe modificaties (α, β, γ, σ), die verschillen in de structuur en vorm van het kristalrooster en de atomaire pakkingsdichtheid. Hun smeltpunten verschillen ook.

Er zijn drie hoofdvormen van mangaan die in de metallurgie worden gebruikt: β, γ, σ. Alfa komt minder vaak voor, omdat het te kwetsbaar is qua eigenschappen.

Chemische eigenschappen

Vanuit scheikundig oogpunt is mangaan een chemisch element waarvan de ionenlading sterk varieert van +2 tot +7. Dit drukt zijn stempel op zijn activiteit. In zijn vrije vorm in de lucht reageert mangaan zeer zwak met water en lost op in verdunde zuren. Zodra de temperatuur echter wordt verhoogd, neemt de activiteit van het metaal sterk toe.

Het kan dus communiceren met:

• stikstof;
• koolstof;
• halogenen;
• silicium;
• fosfor;
• zwavel en andere niet-metalen.

Bij verhitting zonder toegang tot lucht gaat het metaal gemakkelijk in damptoestand. Afhankelijk van de mate van oxidatie die mangaan vertoont, kunnen de verbindingen ervan zowel reductie- als oxidatiemiddelen zijn. Sommige vertonen amfotere eigenschappen. De belangrijkste zijn dus kenmerkend voor verbindingen waarin het +2 is. Amfoteer - +4, en zuur en sterk oxiderend op de hoogste waarde +7.

Ondanks het feit dat mangaan een overgangsmetaal is, zijn er weinig complexe verbindingen voor. Dit komt door de stabiele elektronische configuratie van het atoom, omdat het 3D-subniveau 5 elektronen bevat.

Methoden om te verkrijgen

Er zijn drie belangrijke manieren waarop mangaan (een chemisch element) industrieel wordt geproduceerd. Omdat de naam in het Latijn wordt gelezen, hebben we deze al aangeduid als manganum. Als je het in het Russisch vertaalt, zal het zijn: "Ja, ik verduidelijk het echt, ik verkleur." Mangaan dankt zijn naam aan zijn eigenschappen, die al sinds de oudheid bekend zijn.

Ondanks zijn populariteit was het echter pas in 1919 mogelijk om het in zijn pure vorm te verkrijgen voor gebruik. Dit gebeurt met behulp van de volgende methoden.

1. Elektrolyse, productopbrengst is 99,98%. Mangaan wordt op deze manier verkregen in de chemische industrie.
2. Silicothermisch, of reductie met silicium. Bij deze methode worden silicium- en mangaan(IV)oxide versmolten, waardoor puur metaal ontstaat. De opbrengst bedraagt ​​ongeveer 68%, omdat mangaan zich met silicium verbindt en silicide als bijproduct vormt. Deze methode wordt gebruikt in de metallurgische industrie.
3. Aluminothermische methode - reductie met behulp van aluminium. Het levert ook geen al te hoge productopbrengst op; mangaan wordt gevormd, verontreinigd met onzuiverheden.

De productie van dit metaal is belangrijk voor veel processen die in de metallurgie worden uitgevoerd. Zelfs een kleine toevoeging van mangaan kan de eigenschappen van legeringen sterk beïnvloeden. Het is bewezen dat veel metalen erin oplossen en het kristalrooster vullen.

Rusland staat op de eerste plaats ter wereld wat betreft de winning en productie van dit element. Dit proces wordt ook uitgevoerd in landen zoals:

• China.
• Kazachstan.
• Georgië.
• Oekraïne.

Industrieel gebruik

Mangaan is een chemisch element waarvan het gebruik niet alleen belangrijk is in de metallurgie. maar ook op andere terreinen. Naast het metaal in zuivere vorm zijn ook diverse verbindingen van een bepaald atoom van groot belang. Laten we de belangrijkste schetsen.

1. Er zijn verschillende soorten legeringen die dankzij mangaan unieke eigenschappen hebben. Het is bijvoorbeeld zo sterk en slijtvast dat het wordt gebruikt voor het smelten van onderdelen voor graafmachines, steenbewerkingsmachines, brekers, kogelmolens en pantseronderdelen.
2. Mangaandioxide is een essentieel oxiderend element bij galvaniseren; het wordt gebruikt bij het maken van depolarisatoren.
3. Er zijn veel mangaanverbindingen nodig om organische syntheses van verschillende stoffen uit te voeren.
4. Kaliumpermanganaat (of kaliumpermanganaat) wordt in de geneeskunde gebruikt als een sterk ontsmettingsmiddel.
5. Dit element is onderdeel van brons, messing en vormt een eigen legering met koper, dat wordt gebruikt voor de vervaardiging van vliegtuigturbines, bladen en andere onderdelen.

Biologische rol

De dagelijkse behoefte aan mangaan voor mensen is 3-5 mg. Een tekort aan dit element leidt tot depressie van het zenuwstelsel, slaapstoornissen, angst en duizeligheid. De rol ervan is nog niet volledig bestudeerd, maar het is duidelijk dat deze in de eerste plaats van invloed is op:

• hoogte;
• activiteit van de geslachtsklieren;
• het werk van hormonen;
• vorming van bloed.

Dit element is aanwezig in alle planten, dieren en mensen, wat zijn belangrijke biologische rol bewijst.

Mangaan is een chemisch element, waarvan interessante feiten indruk kunnen maken op iedereen en hem ook kunnen laten begrijpen hoe belangrijk het is. Laten we de meest fundamentele ervan presenteren, die hun stempel hebben gevonden in de geschiedenis van dit metaal.

1. Tijdens de moeilijke tijden van de burgeroorlog in de USSR was een van de eerste exportproducten erts dat grote hoeveelheden mangaan bevatte.
2. Als mangaandioxide wordt versmolten met salpeter en het product vervolgens wordt opgelost in water, zullen verbazingwekkende transformaties beginnen. Eerst wordt de oplossing groen, daarna verandert de kleur in blauw en vervolgens in violet. Uiteindelijk zal het karmozijnrood worden en zal zich geleidelijk een bruin neerslag vormen. Als je het mengsel schudt, wordt de groene kleur weer hersteld en gebeurt alles opnieuw. Het is hiervoor dat kaliumpermanganaat zijn naam kreeg, wat zich vertaalt als "minerale kameleon".
3. Als meststoffen die mangaan bevatten aan de bodem worden toegevoegd, zal de productiviteit van de planten toenemen en zal de fotosynthesesnelheid toenemen. Wintertarwe vormt beter granen.
4. Het grootste blok van het mangaanmineraal rhodoniet woog 47 ton en werd gevonden in de Oeral.
5. Er is een ternaire legering genaamd manganine. Het bestaat uit elementen zoals koper, mangaan en nikkel. Het unieke is dat het een hoge elektrische weerstand heeft, die niet afhankelijk is van de temperatuur, maar wordt beïnvloed door druk.

Dit is natuurlijk niet alles wat over dit metaal kan worden gezegd. Mangaan is een chemisch element, waarvan de interessante feiten behoorlijk uiteenlopend zijn. Vooral als we het hebben over de eigenschappen die het aan verschillende legeringen verleent.