Марганец

IМа́рганец (лат. Manganum) Mn, химический элемент VII группы периодической системы Менделеева. Атомный номер 25, атомная масса 54,9380. Тяжёлый серебристо-белый металл. В природе элемент представлен одним стабильным изотопом 55Mn. Историческая справка. Минералы М. Известны издавна. Древнеримский натуралист Плиний упоминает о чёрном камне, который использовали для обесцвечивания жидкой стеклянной массы. Речь шла о минерале пиролюзите MnO2. В Грузии пиролюзит с древнейших времён служил присадочным материалом при получении железа. Долгое время пиролюзит называли чёрной магнезией и считали разновидностью магнитного железняка (Магнетита). В 1774 К. Шееле показал, что это соединение неизвестного металла, а другой шведский учёный Ю.

Ган, сильно нагревая смесь пиролюзита с углём, получил М., загрязнённый углеродом. Название М. Традиционно производят от немецкого Manganerz — марганцевая руда. Распространение в природе. Среднее содержание М. В земной коре 0,1 %, в большинстве изверженных пород 0,06—0,2 % по массе, где он находится в рассеянном состоянии в форме Mn2+ (аналог Fe2+). На земной поверхности Mn2+ легко окисляется, здесь известны также минералы Mn3+ и Mn4+ (см. Марганцевые руды). В биосфере М. Энергично мигрирует в восстановительных условиях и малоподвижен в окислительной среде. Наиболее подвижен М. В кислых водах тундры и лесных ландшафтов, где он находится в форме Mn2+. Содержание М. Здесь часто повышено и культурные растения местами страдают от избытка М.

В почвах, озёрах, болотах образуются железо-марганцевые конкреции, озёрные и болотные руды. В сухих степях и пустынях в условиях щелочной окислительной среды М. Малоподвижен, организмы бедны М., культурные растения часто нуждаются в марганцевых микроудобрениях. Речные воды бедны М. (10-6—10-5 г/л), однако суммарный вынос этого элемента реками огромен, причём основная его масса осаждается в прибрежной зоне. Ещё меньше М. В воде озёр, морей и океанов. Во многих местах океанического дна распространены железо-марганцевые конкреции, образовавшиеся в прошлые геологические периоды. Физические и химические свойства. Плотность М. 7,2—7,4 г/см3, tпл 1245 °С. Tкип 2150 °C. М. Имеет 4 полиморфные модификации. Α-Mn (кубическая объёмноцентрированная решётка с 58 атомами в элементарной ячейке), β-Mn (кубическая объёмноцентрированная с 20 атомами в ячейке), γ-Mn (тетрагональная с 4 атомами в ячейке) и δ-Mn (кубическая объёмноцентрированная).

Температура превращений. α-модификация хрупка. Γ (и отчасти β) пластична, что имеет важное значение при создании сплавов. Атомный радиус М. 1,30 Å. Ионные радиусы (в Å). Mn2+ 0,91, Mn4+ 0,52, Mn7+ 0,46. Прочие физические свойства α-Mn. Удельная теплоёмкость(при 25 °С) 0,478 кдж/(кг·К) [то есть 0,114 кал/ (г·°С)]. Температурный коэффициент линейного расширения (при 20 °С) 22,3․10-6 град -1 теплопроводность (при 25 °С) 66,57 вт/(м․К) [то есть 0,159 кал/(см·сек °С)]. Удельное объёмное электрическое сопротивление 1,5—2,6 мком·м (то есть 150—260 мком·см). Температурный коэффициент электрического сопротивления (2—3)․10-4 град -1 М. Парамагнитен. Химически М. Достаточно активен, при нагревании энергично взаимодействует с неметаллами — кислородом (образуется смесь окислов М.

Разной валентности), азотом (Mn4N, Mn2N1, Mn3N2), серой (MnS, MnS2), углеродом (Mn3C, Mn23C6, Mn7C3, Mn5C6), фосфором (Mn2P, MnP) и др. При комнатной температуре М. На воздухе не изменяется. Очень медленно реагирует с водой. В кислотах (соляной, разбавленной серной) легко растворяется, образуя соли двухвалентного М. При нагревании в вакууме М. Легко испаряется даже из сплавов. М. Образует сплавы со многими химическими элементами. Большинство металлов растворяется в отдельных его модификациях и стабилизирует их. Так, Cu, Fe, Со, Ni и другие стабилизируют γ-модификацию. Al, Ag и другие расширяют области β- и σ-Mn в двойных сплавах. Это имеет важное значение для получения сплавов на основе М., поддающихся пластической деформации (ковке, прокатке, штамповке).

В соединениях М. Обычно проявляет валентность от 2 до 7 (наиболее устойчивы степени окисления +2, +4 и +7). С увеличением степени окисления возрастают окислительные и кислотные свойства соединений М. Соединения Mn(+2) — восстановители. Окись MnO — порошок серо-зелёного цвета. Обладает основными свойствами, нерастворима в воде и щелочах, хорошо растворима в кислотах. Гидроокись Mn(OH)2 — белое вещество, нерастворимое в воде. Соединения Mn(+4) могут выступать и как окислители (а) и как восстановители (б). MnO2+4HCl = MnCl2 + Cl2 + 2H2O (a) (по этой реакции в лабораториях получают Хлор) MnO2 + KClO3 + 6KOH = ЗК2МnO4 + KCl + ЗН2О (б) (реакция идёт при сплавлении). Двуокись MnO2 — черно-бурого цвета, соответствующая гидроокись Mn(OH)4 — темно-бурого цвета.

Оба соединения в воде нерастворимы, оба амфотерны с небольшим преобладанием кислотной функции. Соли типа K4MnO4 называются манганитами. Из соединений Mn(+6) наиболее характерны Марганцовистая кислота и её соли манганаты. Весьма важны соединения Mn(+7) — марганцовая кислота, марганцовый ангидрид и Перманганаты. Получение. Наиболее чистый М. Получают в промышленности по способу советского электрохимика Р. И. Агладзе (1939) электролизом водных растворов MnSO4 с добавкой (NH4)2SO4 при pH = 8,0—8,5. Процесс ведут с анодами из свинца и катодами из титанового сплава АТ-3 или нержавеющей стали. Чешуйки М. Снимают с катодов и, если необходимо, переплавляют. Галогенным процессом, например хлорированием руды Mn, и восстановлением галогенидов получают М.

С суммой примесей около 0,1 %. Менее чистый М. Получают алюминотермией (См. Алюминотермия) по реакции. 3Мn3O4 + 8Al = 9Mn + 4Al2O3, а также электротермией (См. Электротермия). Применение. Основной потребитель М. — чёрная металлургия, расходующая в среднем около 8—9 кг М. На 1 т выплавляемой стали. Для введения М. В сталь применяют чаще всего его сплавы с железом — ферромарганец (70—80 % М., 0,5—7,0 % углерода, остальное железо и примеси). Выплавляют его в доменных и электрических печах (см. Ферросплавы). Высокоуглеродистый ферромарганец служит для раскисления и десульфурации стали. Средне- и малоуглеродистый — для легирования стали. Малолегированная конструкционная и рельсовая сталь содержит 0,9—1,6 % Mn. Высоколегированная, очень износоустойчивая сталь с 15 % Mn и 1,25 % C (изобретена английским металлургом Р.

Гейрилдом в 1883) была одной из первых легированных сталей. В СССР производится безникелевая нержавеющая сталь, содержащая 14 % Cr и 15 % Mn. М. Используется также в сплавах на нежелезной основе (см., например, Манганин). Сплавы меди с М. Применяют для изготовления турбинных лопаток. Марганцовые бронзы — при производстве пропеллеров и других деталей, где необходимо сочетание прочности и коррозионной устойчивости. Почти все промышленные Алюминиевые сплавы и Магниевые сплавы содержат М. Разработаны деформируемые сплавы на основе М., легированные медью, никелем и другими элементами. Гальваническое покрытие М. Применяется для защиты металлических изделий от коррозии. Соединения М. Применяют и при изготовлении гальванических элементов.

В производстве стекла и в керамической промышленности. В красильной и полиграфической промышленности, в сельском хозяйстве (см. Микроудобрения) и т. Д. Ф. Н. Тавадзе. Марганец в организме. М. Широко распространён в природе, являясь постоянной составной частью растительных и животных организмов. Содержание М. В растениях составляет десятитысячные — сотые, а в животных — стотысячные — тысячные доли процента. Беспозвоночные животные богаче М., чем позвоночные. Среди растений значительное количество М. Накапливают некоторые ржавчинные грибы, водяной орех, ряска, бактерии родов Leptothrix, Crenothrix и некоторые диатомовые водоросли (Cocconeis) (до нескольких процентов в золе), среди животных — рыжие муравьи, некоторые моллюски и ракообразные (до сотых долей процента).

М. — активатор ряда ферментов, участвует в процессах дыхания, фотосинтезе, биосинтезе нуклеиновых кислот и др., усиливает действие инсулина и других гормонов, влияет на кроветворение и Минеральный обмен. Недостаток М. У растений вызывает Некрозы, хлороз яблони и цитрусовых, пятнистость злаков, ожоги у картофеля, ячменя и т. П. М. Обнаружен во всех органах и тканях человека (наиболее богаты им печень, скелет и щитовидная железа). Суточная потребность животных и человека в М. — несколько мг (ежедневно с пищей человек получает 3—8 мг М.). Потребность в М. Повышается при физической нагрузке, при недостатке солнечного света. Дети нуждаются в большем количестве М., чем взрослые. Показано, что недостаток М. В пище животных отрицательно влияет на их рост и развитие, вызывает анемию, так называемую лактационную тетанию, нарушение минерального обмена костной ткани.

Для предотвращения указанных заболеваний в корм вводят соли М. Г. Я. Жизневская. В медицине некоторые соли М. (например, KMnO4) применяют как дезинфицирующие средства (см. Перманганат калия). Соединения М., применяемые во многих отраслях промышленности, могут оказывать токсическое действие на организм. Поступая в организм главным образом через дыхательные пути, М. Накапливается в паренхиматозных органах (печень, селезёнка), костях и мышцах и выводится медленно, в течение многих лет. Предельно допустимая концентрация соединений М. В воздухе — 0,3 мг/м3. При выраженных отравлениях наблюдается поражение нервной системы с характерным синдромом марганцевого Паркинсонизма. Лечение. Витаминотерапия, холинолитические средства и др.

Профилактика. Соблюдение правил гигиены труда. Лит. Салли А. Х., Марганец, перевод с английского, М., 1959. Производство ферросплавов, 2 изд., М., 1957. Пирсон А., Марганец и его роль в фотосинтезе, в сборнике. Микроэлементы, перевод с английского, М., 1962.IIМа́рганец город в Днепропетровской области УССР. Расположен на берегу Каховского водохранилища. Железнодорожная станция на линии Кривой Рог — Запорожье. 48,9 тысячи жителей (1973). Основан в 1883—86 как рабочий посёлок в связи с началом разработки марганцевого месторождения. Преобразован в город в 1938. К 1940 в городе было 20 шахт и 4 обогатительных фабрики. В годы Великой Отечественной войны 1941—45 М. С 17 августа 1941 до 5 февраля 1944 был оккупирован немецко-фашистскими войсками, нанёсшими городу большой урон.

В первую послевоенную пятилетку город и его промышленные предприятия были полностью восстановлены. В последующие десятилетия получили развитие экономика, наука и культура. Современный М. — крупный центр Никопольского марганцеворудного бассейна. Имеется горно-обогатительный комбинат по добыче и переработке марганцевой руды, который является поставщиком марганцевого концентрата для металлургических предприятий страны и экспорта. Заводы. Рудоремонтный, строительных материалов. Фабрики. Кондитерская, швейная, мебельная, лентоткацкая. Предприятия пищевой промышленности. Лесомелиоративная станция. Вечернее отделение Криворожского горнорудного института, горный техникум. Историко-краеведческий музей..