El manganeso es uno de los metales más importantes para la metalurgia. Además, generalmente es un elemento bastante inusual, con el que se asocian hechos interesantes. Importante para los organismos vivos, necesario en la producción de muchas aleaciones, productos químicos. Manganeso, cuya foto se puede ver a continuación. Son sus propiedades y características las que consideraremos en este artículo.
Si hablamos de manganeso como elemento, en primer lugar es necesario caracterizar su posición en él.
Se ubica entre el cromo y el hierro, lo que explica su similitud con ellos en características físicas y químicas.
Si consideramos la configuración electrónica del átomo reducido, entonces su fórmula tendrá la forma: 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 5. Resulta obvio que el elemento en consideración es de la familia d. Cinco electrones en el subnivel 3d indican la estabilidad del átomo, que se manifiesta en sus propiedades químicas.
Como metal, el manganeso es un agente reductor, sin embargo, la mayoría de sus compuestos son capaces de exhibir capacidades oxidantes bastante fuertes. Esto se debe a los distintos estados de oxidación y valencias que posee este elemento. Ésta es la peculiaridad de todos los metales de esta familia.
Así, el manganeso es un elemento químico ubicado entre otros átomos y que tiene características especiales propias. Consideremos cuáles son estas propiedades con más detalle.
Ya hemos dado la fórmula electrónica del átomo. Según ella, este elemento es capaz de presentar varios estados de oxidación positivos. Eso:
La valencia del átomo es IV. Los más estables son aquellos compuestos en los que los valores de +2, +4, +6 aparecen en el manganeso. El estado de oxidación más alto permite que los compuestos actúen como los agentes oxidantes más fuertes. Por ejemplo: KMnO 4, Mn 2 O 7.
Los compuestos con +2 son agentes reductores, el hidróxido de manganeso (II) tiene propiedades anfóteras, con predominio de las básicas. Los estados de oxidación intermedios forman compuestos anfóteros.
El manganeso es un elemento químico que no fue descubierto de forma inmediata, sino gradual y por diferentes científicos. Sin embargo, la gente ha utilizado sus compuestos desde la antigüedad. Se usó óxido de manganeso (IV) para fundir vidrio. Un italiano afirmó que la adición de este compuesto en la producción química de vidrios tiñe su color de púrpura. Junto a esto, la misma sustancia ayuda a eliminar la turbidez en los vidrios de colores.
Posteriormente en Austria, el científico Kaym logró obtener un trozo de manganeso metálico aplicando alta temperatura a piurolisita (óxido de manganeso (IV)), potasa y carbón. Sin embargo, esta muestra tenía muchas impurezas, que no pudo eliminar, por lo que el descubrimiento no se produjo.
Más tarde, otro científico también sintetizó una mezcla, en la que una proporción significativa era de metal puro. Fue Bergman, quien previamente había descubierto el elemento níquel. Sin embargo, no estaba destinado a completar el asunto.
El manganeso es un elemento químico, que Karl Scheele pudo obtener y aislar por primera vez en forma de una sustancia simple en 1774. Sin embargo, lo hizo junto con I. Gan, quien completó el proceso de fundición de una pieza de metal. Pero incluso ellos no lograron deshacerse completamente de las impurezas y obtener un rendimiento del producto del 100%.
Sin embargo, fue esta vez que se convirtió en el descubrimiento de este átomo. Los mismos científicos intentaron dar el nombre, como los descubridores. Eligieron el término manganesio. Sin embargo, después del descubrimiento del magnesio, comenzó la confusión y el nombre del manganeso se cambió por uno moderno (H. David, 1908).
Dado que el manganeso es un elemento químico cuyas propiedades son muy valiosas para muchos procesos metalúrgicos, con el tiempo se hizo necesario buscar la forma de obtenerlo en la forma más pura posible. Este problema fue resuelto por científicos de todo el mundo, pero logró resolverse solo en 1919 gracias a los trabajos de R. Agladze, un químico soviético. Fue él quien encontró la manera de obtener metal puro con un contenido de sustancia del 99,98% a partir de sulfatos y cloruros de manganeso por electrólisis. Ahora, este método se utiliza en todo el mundo.
El manganeso es un elemento químico, a continuación se puede ver una foto de una sustancia simple. En la naturaleza, hay muchos isótopos de este átomo, cuyo número de neutrones fluctúa fuertemente. Por lo tanto, los números de masa varían de 44 a 69. Sin embargo, el único isótopo estable es un elemento con un valor de 55 Mn, todos los demás tienen una vida media insignificantemente corta o existen en cantidades demasiado pequeñas.
Dado que el manganeso es un elemento químico, cuyo estado de oxidación es muy diferente, también forma muchos compuestos en la naturaleza. En su forma pura, este elemento no ocurre en absoluto. En minerales y menas, su vecino constante es el hierro. En total, se pueden identificar varias de las rocas más importantes, entre las que se encuentra el manganeso.
Además, se pueden designar varios minerales más, que también incluyen el elemento en cuestión. Eso:
Además de rocas y rocas sedimentarias, minerales, el manganeso es un elemento químico que forma parte de los siguientes objetos:
En general, es el decimocuarto elemento más común de todos en nuestro planeta. Entre los metales pesados, es el segundo después del hierro.
Desde el punto de vista de las propiedades del manganeso como sustancia simple, se pueden distinguir varias características físicas básicas.
En metalurgia, se utilizan tres formas principales de manganeso: β, γ, σ. Alfa es menos común, ya que es demasiado frágil en sus propiedades.
Desde el punto de vista de la química, el manganeso es un elemento químico cuya carga iónica varía mucho de +2 a +7. Esto deja huella en su actividad. En forma libre en el aire, el manganeso reacciona muy débilmente con el agua y se disuelve en ácidos diluidos. Sin embargo, tan pronto como aumenta la temperatura, la actividad del metal aumenta bruscamente.
Entonces, puede interactuar con:
Cuando se calienta sin acceso de aire, el metal se convierte fácilmente en un estado de vapor. Dependiendo del estado de oxidación que presente el manganeso, sus compuestos pueden ser tanto agentes reductores como oxidantes. Algunos exhiben propiedades anfóteras. Entonces, los principales son típicos de compuestos en los que es +2. Anfótero - +4, y ácido y oxidante fuerte en el valor más alto +7.
A pesar de que el manganeso es un metal de transición, los compuestos complejos para él son pocos. Esto se debe a la configuración electrónica estable del átomo, porque su subnivel 3d contiene 5 electrones.
Hay tres formas principales en las que se obtiene el manganeso (elemento químico) en la industria. Como dice el nombre en latín, ya lo hemos designado - manganum. Si lo traduce al ruso, será "sí, realmente aclaro, decolore". El manganeso debe este nombre a las propiedades manifiestas conocidas desde la antigüedad.
Sin embargo, a pesar de la fama, lograron obtenerlo en su forma pura para su uso solo en 1919. Esto se hace mediante los siguientes métodos.
La producción de este metal es fundamental para muchos procesos de la metalurgia. Incluso una pequeña adición de manganeso puede afectar en gran medida las propiedades de las aleaciones. Se ha comprobado que en él se disuelven muchos metales, llenando su red cristalina.
Para la extracción y producción de este elemento, Rusia ocupa el primer lugar en el mundo. Asimismo, este proceso se lleva a cabo en países como:
El manganeso es un elemento químico, cuyo uso es importante no solo en la metalurgia. pero también en otras áreas. Además del metal puro, también son de gran importancia varios compuestos de un átomo dado. Designemos los principales.
El requerimiento diario de manganeso para humanos es de 3-5 mg. La deficiencia de este elemento conduce a la depresión del sistema nervioso, trastornos del sueño y ansiedad, mareos. Su papel aún no se ha estudiado a fondo, pero está claro que, en primer lugar, influye:
Este elemento está presente en todas las plantas, animales, seres humanos, lo que demuestra su importante papel biológico.
El manganeso es un elemento químico, datos interesantes sobre los que puede impresionar a cualquier persona, y también hacerles entender lo importante que es. Aquí están los más básicos que han encontrado su huella en la historia de este metal.
Por supuesto, esto no es todo lo que se puede decir sobre este metal. El manganeso es un elemento químico, cuyos datos interesantes son bastante diversos. Sobre todo si hablamos de las propiedades que le confiere a diversas aleaciones.
El manganeso es un elemento de la tabla periódica, un metal ferroso, así como el hierro. No se presenta en su forma pura, existe principalmente en forma de óxidos en minerales de manganeso y hierro. El manganeso es un oligoelemento: se encuentra en cantidades muy pequeñas en el suelo, en las plantas y en los organismos animales. Casi no está contenido en agua; los ríos se transportan desde la tierra hasta el Océano Mundial, donde se acumula en lugares profundos.
Metal no magnético de color plateado claro, cubierto rápidamente con una película de óxido, quebradizo, duro. Reacciona activamente (cuando se calienta) con no metales, ácido clorhídrico y sulfúrico diluido, presenta valencia de 2 a 7. Reacciona mal con agua. Forma ácidos y álcalis, sus correspondientes sales, aleaciones con muchos metales.
El manganeso juega un papel importante en la vida humana: participa en el trabajo de los sistemas nervioso, inmunológico y reproductivo; en el metabolismo de proteínas, carbohidratos y grasas; en los procesos de hematopoyesis, digestión, crecimiento; necesario para la correcta formación del feto. Con la inhalación prolongada (aproximadamente 3 años) de polvo en la producción industrial, es posible la intoxicación por manganeso.
En varias áreas de producción, el reactivo se usa tanto en forma pura como en forma de compuestos.
- Casi el 90% de todo el metal se consume en la metalurgia ferrosa. En forma de ferromanganeso, una aleación con hierro, se agrega al acero para aumentar su ductilidad, fuerza y resistencia al desgaste. Chem. el reactivo es necesario para los procesos de aleación, desulfuración, "desoxidación" de aceros.
- Agregado al acero Hadfield (hasta un 13%) con una dureza sobresaliente. Máquinas de movimiento de tierra y trituradoras de piedras, elementos de armadura están hechos de él.
- En metalurgia no ferrosa, se incluye en la composición de las aleaciones libres de hierro, en bronce, latón, la mayoría de las aleaciones de aluminio y magnesio para mejorar su resistencia y resistencia a la corrosión.
- Se utiliza en la fabricación de una aleación de manganeso, cobre y níquel, que se caracteriza por una alta resistencia. Esta aleación tiene demanda en la ingeniería eléctrica.
- Se utiliza para crear recubrimientos galvanizados resistentes a la corrosión de productos metálicos.
En síntesis orgánica como oxidantes y catalizadores; 
en impresión y producción de pintura; en la industria del vidrio y la cerámica.
- En agricultura como microfertilizante, para tratamiento de semillas.
- El dióxido de manganeso se utiliza en varios campos: en la fabricación de pilas electroquímicas; esmaltes y esmaltes de colores para cerámica; en la industria química, en síntesis orgánica e inorgánica; El polvo fino se utiliza para absorber las impurezas dañinas del aire.
- El telururo de manganeso se utiliza en termoelectricidad.
- El arseniuro de manganeso tiene un efecto magnetocalorístico pronunciado, sobre cuya base se basa un método prometedor para crear unidades de refrigeración compactas y económicas de un nuevo tipo.
- Permanganato de potasio: un antiséptico popular en la medicina, un antídoto para el envenenamiento por cianuro y alcaloides; agente blanqueador en la industria textil; agente oxidante en síntesis orgánica.
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Recibió pintura, que ahora se llama "Scheele greens", arsina (AsH 3), glicerina, ácidos úrico y cianhídrico. Es cierto que Scheele no aisló ni manganeso, ni molibdeno, ni tungsteno en forma pura; solo indicó que los minerales que investigó contenían estos nuevos elementos.
El elemento No. 25 se encontró en el mineral pirolusita MnO 2 -H 2 O, que también era conocido por Plinny el Viejo. Plinio lo consideró una especie de mineral de hierro magnético, aunque la pirolusita no es atraída por un imán. Plinio dio una explicación de esta contradicción. Nos parece divertido, pero no debemos olvidarlo en el siglo I. ANUNCIO los científicos sabían mucho menos sobre sustancias que los escolares de hoy. Pero para Plinio, la pirolusita es "lapis magnesio" (mineral de hierro magnético), solo él es mujer, y por eso el imán es "indiferente" para él. Sin embargo, la "magnesia negra" (como entonces se llamaba pirolusita) comenzó a usarse en la fundición de vidrio, ya que tiene una propiedad notable para aclarar el vidrio. Esto se debe al hecho de que a altas temperaturas el dióxido de manganeso cede parte de su oxígeno y se convierte en un óxido de composición Mn 2 O 3. El oxígeno liberado oxida los compuestos de azufre del hierro, que le dan al vidrio un color oscuro. La pirolusita todavía se utiliza como "clarificante" para el vidrio.
En los manuscritos del famoso alquimista Alberto el Grande (siglo XIII), este mineral se llama "magnesia". En el siglo XVI. ya existe el nombre "manganeso", que, quizás, fue dado por los vidrieros y proviene de la palabra "manganidzein" - limpiar.
Cuando Scheele estaba investigando la pirolusita en 1774, envió muestras de este mineral a su amigo Johan Gottlieb Hahn. Hahn, más tarde profesor, un destacado químico de su tiempo, hizo rodar bolas de pirolusita, añadió aceite al mineral y las calentó fuertemente en un crisol revestido con carbón. El resultado fueron bolas de metal que pesaban tres veces menos que las bolas de mineral. Esto fue manganeso. El nuevo metal se llamó al principio "magnesia", pero como en ese momento ya se conocía la magnesia blanca (óxido de magnesio), el metal pasó a llamarse "magnesnum"; este nombre fue adoptado por la comisión de nomenclatura francesa en 1787. Pero en 1808 Humphrey Davy descubrió el magnesio y también lo llamó "magnesio"; luego, para evitar confusiones, el manganeso comenzó a llamarse "manganum".
En Rusia, la pirolusita se llamó manganeso durante mucho tiempo, hasta que en 1807 L. I. Sherer propuso llamar manganeso al metal obtenido de la pirolusita, y el mineral en sí se llamó manganeso negro en esos años.
El manganeso no se encuentra en su forma pura en la naturaleza. En los minerales, está presente en forma de óxidos, hidróxidos y carbonatos. El principal mineral que contiene manganeso es la misma pirolusita, una piedra de color gris oscuro relativamente suave. Contiene 63,2% de manganeso. También hay otros minerales de manganeso: psilomelan, brownita, hausmanita, manganita. Todos estos son óxidos y silicatos del elemento No. 25. La valencia de manganeso en ellos es igual a 2, 3 y 4. Existe otra fuente potencial de elemento No. 25 - nódulos que se encuentran en el fondo del océano y acumulan manganeso y otros rieles. Pero hay una conversación especial sobre ellos.
Los minerales de manganeso se dividen en químicos y metalúrgicos. Los primeros contienen al menos un 80% de MnO 2. Se utilizan en celdas galvánicas (el dióxido de manganeso es un excelente despolarizador), en la producción de vidrio, cerámica, tintes minerales, "permanganato de potasio" (KMnO 4) y algunos otros productos de la industria química.
Y el hierro no solo es vecino según la tabla periódica, el hierro siempre está presente en los minerales de manganeso. Pero en los minerales de hierro, el manganeso (en cantidades suficientes), desafortunadamente, no siempre está presente. Desafortunadamente, porque el elemento nº 25 es una de las adiciones de aleación más importantes.
Hay depósitos de minerales de manganeso en todos los continentes. Nuestro país representa aproximadamente el 50% de la producción mundial de minerales de manganeso. India, Ghana, Marruecos, Brasil, República de Sudáfrica también son ricos en manganeso. La mayoría de los países industrialmente desarrollados se ven obligados a importar mineral de manganeso del extranjero, ya que sus propios depósitos no satisfacen las necesidades de la metalurgia ferrosa ni en cantidad ni en calidad del mineral. Nuestro país no solo provee a su metalurgia completamente con mineral de manganeso de alta calidad, sino que también lo exporta en cantidades significativas.
Antes de la Segunda Guerra Mundial en la URSS, el mineral de manganeso se extraía en dos regiones: en Chiatura (Georgia) y cerca de Nikopol (Ucrania). Cuando, durante la guerra, la cuenca de Nikopol fue ocupada por los nazis, se desarrollaron nuevos depósitos de minerales de manganeso en los Urales y Kazajstán en un tiempo inaudito. La metalurgia ferrosa soviética recibió suficiente manganeso y pudo proporcionar acero de alta calidad para blindaje de tanques y piezas de artillería.
Ya se ha mencionado que el primer manganeso metálico se obtuvo reduciendo pirolusita con carbón vegetal: MnO2 + C → Mn + 2CO. Pero no era manganeso elemental. Al igual que sus vecinos en la tabla periódica, el cromo y el hierro, el manganeso reacciona con el carbono y siempre contiene una mezcla de carburo. Esto significa que no se puede obtener manganeso puro con la ayuda del carbono. Actualmente se utilizan tres métodos para la obtención de manganeso metálico: silicotérmico (reducción con silicio), aluminotérmico (reducción con aluminio) y electrolítico.
El más extendido es el método aluminotérmico, desarrollado a finales del siglo XIX. En este caso, es mejor utilizar no pirolusita como materia prima de manganeso, sino óxido-óxido de manganeso Mn 3 O 4. La pirolusita reacciona con el aluminio para generar tanto calor que la reacción puede volverse incontrolable fácilmente. Por lo tanto, antes de reducir la pirolusita, se cuece y el óxido nitroso ya obtenido se mezcla con polvo de aluminio y se prende fuego en un recipiente especial. La reacción 3Mn 3 O 4 + 8-l → 9Mn + 4Al 2 O 3 comienza - bastante rápido y no requiere consumo de energía adicional. La masa fundida resultante se enfría, la escoria frágil se escinde y el lingote de manganeso se tritura y se envía para su posterior procesamiento.
Sin embargo, el método aluminotérmico, como el silicotérmico, no produce manganeso de alta pureza. El manganeso aluminotérmico se puede purificar por sublimación, pero este método es ineficaz y caro. Por lo tanto, los metalúrgicos han estado buscando durante mucho tiempo nuevas formas de obtener manganeso metálico puro y, naturalmente, esperaban en primer lugar el refinado electrolítico. Pero a diferencia del cobre, el níquel y otros metales, el manganeso depositado en los electrodos no era puro: estaba contaminado con impurezas de óxido. Además, se obtuvo un metal frágil, poroso, inconveniente para el procesamiento.
Muchos científicos famosos han intentado encontrar el modo óptimo de electrólisis de los compuestos de manganeso, pero sin éxito. Este problema fue resuelto en 1939 por el científico soviético R. I. Agladze (más tarde miembro de pleno derecho de la Academia de Ciencias de la República Socialista Soviética de Georgia). De acuerdo con la tecnología de electrólisis desarrollada por él, se obtiene un metal bastante denso a partir de sales de cloruro y ácido sulfúrico, que contiene hasta un 99,98% del elemento No. 25. Este método formó la base para la producción industrial de manganeso metálico.
Exteriormente, este metal es similar al hierro, solo que más duro que él. Se oxida en el aire, pero, como el aluminio, la película de óxido cubre rápidamente toda la superficie del metal y evita una mayor oxidación. El manganeso reacciona rápidamente con los ácidos, forma nitruros con nitrógeno y carburos con carbono. En general, un metal típico.
El manganeso generalmente se agrega al acero junto con otros elementos: cromo, silicio, tungsteno. Sin embargo, hay acero que, aparte del hierro, el manganeso y el carbono, no contiene nada. Este es el llamado acero Hadfield. Contiene 1-1,5% de carbono y 11-15% de manganeso. El acero de este grado tiene una gran resistencia al desgaste y dureza. Se utiliza para la fabricación de trituradoras, que muelen las rocas más duras, partes de excavadoras y topadoras. La dureza de este acero es tal que no se presta al procesamiento mecánico; las piezas de él solo se pueden fundir. En general, existen bastantes aceros que contienen manganeso. Más precisamente, no hay un solo acero que no contenga manganeso en determinadas cantidades. Después de todo, el manganeso se convierte en acero a partir de hierro fundido. Sin embargo, a veces sus cantidades son tan pequeñas que la letra G no se inserta en el grado de acero. Sin embargo, no es solo el hierro el que mejora las propiedades del manganeso. Por lo tanto, las aleaciones de manganeso-cobre tienen una alta resistencia y resistencia a la corrosión. Las palas de las turbinas están hechas de estas aleaciones, y las hélices de los aviones y otras partes de los aviones están hechas de bronce al manganeso.
El manganeso no brilla como el oro, no se vierte como el sodio, no brilla en el aire como el sodio. Pero este metal gris aparentemente anodino es vital: mientras el hierro domine la tecnología, también será necesario su fiel compañero, el manganeso.
A principios del siglo pasado, se sabía que el manganeso forma parte de los organismos vivos. Ahora se ha establecido que están presentes cantidades insignificantes de manganeso en todos los organismos vegetales y animales. Está ausente solo en la proteína de un huevo de gallina y muy poco en la leche. El manganeso se distribuye de manera desigual en el cuerpo. Por ejemplo, 100 g de materia seca de tallos de uva contienen 191 mg de manganeso, raíces - 130 mg y bayas - solo 70 mg. En la sangre de los seres humanos y la mayoría de los animales, el contenido de manganeso es de aproximadamente 0,02 mg / l. La excepción son las ovejas, cuya sangre es más rica en manganeso: 0,06 mg / l. Se ha establecido que el manganeso juega un papel importante en el metabolismo. En las plantas, acelera la formación de clorofila y aumenta su capacidad para sintetizar vitamina C. Por lo tanto, la introducción de manganeso en el suelo aumenta significativamente el rendimiento de muchos cultivos, en particular el trigo de invierno y el algodón.
La falta de manganeso en los alimentos para animales afecta su crecimiento y vitalidad. Los ratones alimentados solo con leche que contenía muy poco manganeso perdieron su capacidad de reproducción. Cuando se añadió cloruro de manganeso a sus alimentos, esta capacidad se restauró.
El elemento número 25 también afecta los procesos de hematopoyesis. Además, acelera la formación de anticuerpos que neutralizan los efectos nocivos de las proteínas extrañas. Uno de los científicos alemanes inyectó a los conejillos de indias dosis letales de la bacteria del tétanos y la disentería. Si después de eso solo se administró suero antitetánico y anti-disentérico, entonces ya no ayudó a los animales. La introducción de suero y cloruro de manganeso curó a los conejillos de indias. La infusión intravenosa de solución de sulfato de manganeso logra salvar a los mordidos por karakurt, la más venenosa de las arañas de Asia Central.
Los minerales de manganeso, en particular la pirolusita, se conocen desde la antigüedad. La pirolusita se consideraba un tipo de mineral de hierro magnético y se usaba en la fusión del vidrio para su clarificación. El hecho de que un mineral, a diferencia de un imán de mineral de hierro magnético real, no sea atraído por un imán, se explicó de manera bastante divertida: se creía que la pirolusita es un mineral femenino y es indiferente a un imán.
En el siglo XVIII, el manganeso se aisló en su forma más pura. Y hoy hablaremos de ello en detalle. Entonces, discutiremos si el manganeso es dañino de qué manera, dónde se puede comprar, cómo obtener manganeso y si obedece a GOST.
El manganeso pertenece a un grupo similar 7 del grupo 4 del período. El elemento es común: ocupa el puesto 14.
El elemento pertenece a los metales pesados - su masa atómica es más de 40. Está pasivado en el aire - está cubierto con una película densa de óxido que evita una mayor reacción con el oxígeno. Gracias a esta película, está inactivo en condiciones normales.
Cuando se calienta, el manganeso reacciona con muchas sustancias simples, ácidos y bases, formando compuestos con estados de oxidación muy diferentes: -1, -6, +2, +3, +4, +7. El metal es un metal de transición, por lo tanto, exhibe propiedades tanto reductoras como oxidantes con igual facilidad. Con metales, por ejemplo, con, forma soluciones sólidas sin reaccionar.
Este video le informará sobre qué es el manganeso:
El manganeso es un metal de color blanco plateado, denso, duro, con una estructura inusualmente compleja. Este último es el motivo de la fragilidad de la sustancia. Hay 4 modificaciones de manganeso conocidas. Las aleaciones con metal permiten estabilizar cualquiera de ellas y obtener soluciones sólidas con propiedades muy diferentes.
Manganeso (foto)
Las propiedades físicas y químicas del metal son tales que en la práctica no se trata del manganeso en sí, sino de sus numerosos compuestos y aleaciones, por lo que las ventajas y desventajas del material deben considerarse desde este punto de vista.
Las desventajas del metal están asociadas a las peculiaridades de su estructura, que no permiten el uso del propio metal como material estructural.
Hablaremos más sobre las propiedades químicas y físicas del manganeso.
Las características físicas del metal dependen notablemente de la temperatura. Teniendo en cuenta la presencia de hasta 4 modificaciones, esto no es sorprendente.
Las principales características de la sustancia son las siguientes:
El manganeso es paramagnético, es decir, se magnetiza en un campo magnético externo y es atraído por un imán. El metal se transforma en un estado antiferromagnético a bajas temperaturas, y la temperatura de transición es diferente para cada modificación.
La estructura y composición del manganeso se describen a continuación.
El manganeso y sus compuestos es el tema del video a continuación:
Se describen cuatro modificaciones estructurales de la sustancia, cada una de las cuales es estable en un cierto rango de temperatura. La fusión con ciertos metales puede estabilizar cualquier fase.
Las transiciones de fase son de gran importancia en la preparación de varias aleaciones, especialmente porque las características físicas de las modificaciones estructurales difieren.
La producción de manganeso se describe a continuación.
Básicamente, pero también hay depósitos independientes. Así, hasta el 40% de las reservas mundiales de mineral de manganeso se concentran en el territorio del depósito Chiatura.
El elemento se dispersa en casi todas las rocas y se lava fácilmente. Su contenido en agua de mar es pequeño, pero en el fondo de los océanos forma concreciones junto con el hierro, en las que el contenido del elemento alcanza el 45%. Estos depósitos se consideran prometedores para un mayor desarrollo.
En el territorio de Rusia, hay pocos depósitos grandes de manganeso, por lo tanto, para la Federación de Rusia, es una materia prima extremadamente escasa.
Los minerales más famosos son pirolusita, magnetita, brownita, espato de manganeso, etc. El contenido del elemento en ellos varía del 62 al 69%. Se extraen por cantera o método de mina. Como regla general, el mineral se beneficia previamente.
La obtención de manganeso está directamente relacionada con su uso. Su principal consumidor es la industria del acero, y sus necesidades no requieren el metal en sí, sino su combinación con el hierro - ferromanganeso. Por lo tanto, al hablar de la producción de manganeso, a menudo se refieren a un compuesto necesario en la metalurgia ferrosa.
El ferromanganeso se producía anteriormente en altos hornos. Pero debido a la escasez de coque y la necesidad de utilizar minerales pobres en manganeso, los productores cambiaron a la fundición en hornos eléctricos.
Para la fusión, se utilizan hornos abiertos y cerrados revestidos de carbón, por lo que se obtiene ferromanganeso de carbono. La fusión se lleva a cabo a un voltaje de 110-160 V, por dos métodos: flujo y no flujo. El segundo método es más económico, ya que permite una extracción más completa del elemento, sin embargo, con un alto contenido de sílice en el mineral, solo es posible el método del fundente.
El 90% de la producción mundial de manganeso se destina a las necesidades de la industria del acero. Además, se requiere que la mayoría de los metales no obtengan aleaciones de manganeso propiamente dichas, sino para e incluye el 1% del elemento. Además, puede reemplazar completamente al níquel si su contenido se incrementa al 4-16%. El caso es que el manganeso estabiliza la fase austenítica en el acero.
El manganeso es un metal que es interesante no tanto por sí mismo como por las propiedades de sus muchos compuestos. Sin embargo, es difícil sobreestimar su importancia como elemento de aleación.
La reacción del óxido de manganeso con el aluminio se demuestra en este video:
El manganeso es un elemento químico con una masa atómica de 54,9380 y un número atómico de 25, un tono blanco plateado, con una gran masa, existe en la naturaleza como un isótopo estable de 35 Mn. La primera mención del metal fue registrada por el antiguo científico romano Plinio, quien lo llamó "piedra negra". En aquellos días, el manganeso se usaba como clarificador de vidrio; durante el proceso de fusión, se agregaba pirolusita de manganeso MnO 2 a la masa fundida.
En Georgia, la pirolusita de manganeso se ha utilizado durante mucho tiempo como aditivo durante la producción de hierro, se la llamó magnesia negra y se consideró una de las variedades de magnetita (mineral de hierro magnético). Recién en 1774 el científico sueco Scheele demostró que se trata de un compuesto de un metal desconocido para la ciencia, y unos años más tarde Yu Gan, mientras calentaba una mezcla de carbón y pirolusita, obtuvo el primer manganeso contaminado con átomos de carbono.
En la naturaleza, el elemento químico manganeso no está muy extendido, en la corteza terrestre contiene solo 0.1%, en lava volcánica 0.06-0.2%, el metal en la superficie está en estado disperso, tiene la forma Mn 2+. Los óxidos de manganeso se forman rápidamente en la superficie de la tierra bajo la influencia del oxígeno, los minerales Mn 3+ y Mn 4+ están muy extendidos, en la biosfera el metal está inactivo en un ambiente oxidante. El manganeso es un elemento químico que migra activamente en presencia de condiciones reductoras; el metal es muy móvil en cuerpos de agua naturales ácidos de la tundra y paisajes forestales, donde prevalece un ambiente oxidante. Por esta razón, las plantas cultivadas tienen un contenido excesivo de metales, se forman en los suelos nódulos de ferromanganeso, marismas y minerales lacustres de bajo porcentaje.
En regiones con clima seco, prevalece un ambiente oxidante alcalino, que limita la movilidad del metal. Hay una falta de manganeso en las plantas cultivadas; la producción agrícola no puede prescindir del uso de microaditivos complejos especiales. En los ríos, el elemento químico no está muy extendido, pero la remoción total puede alcanzar valores elevados. El manganeso es especialmente abundante en las zonas costeras en forma de precipitación natural. En el fondo de los océanos, hay grandes depósitos de metal que se formaron en períodos geológicos antiguos cuando el fondo era tierra seca.
El manganeso pertenece a la categoría de metales activos, a temperaturas elevadas reacciona activamente con los no metales: nitrógeno, oxígeno, azufre, fósforo y otros. Como resultado, se forman varios óxidos de manganeso. A temperatura ambiente, el manganeso es un elemento químico de poca actividad, cuando se disuelve en ácidos forma sales divalentes. Cuando se calienta al vacío a altas temperaturas, un elemento químico puede evaporarse incluso de aleaciones estables. Los compuestos de manganeso son similares en muchos aspectos a los compuestos de hierro, cobalto y níquel, que se encuentran en el mismo estado de oxidación.
Existe una gran similitud entre el manganeso y el cromo, el subgrupo de metales también tiene una mayor estabilidad en estados de oxidación más altos con un aumento en el número ordinal del elemento. Los permanganatos son agentes menos oxidantes que los permanganatos.
En base a la composición de los compuestos de manganeso (II) se permite la formación de un metal con estados de oxidación más altos, tales transformaciones pueden ocurrir tanto en soluciones como en sales fundidas.
Estabilización de los estados de oxidación del manganeso. La existencia de un gran número de estados de oxidación para el manganeso de un elemento químico se explica por el hecho de que en los elementos de transición durante la formación de enlaces con orbitales d, sus niveles de energía se dividen en la disposición tetraédrica, octaédrica y cuadrada de ligandos. A continuación se muestra una tabla de los estados de oxidación actualmente conocidos de algunos metales en el primer período de transición.
Destacan los estados de oxidación bajos, que se encuentran en un gran número de complejos. La tabla contiene una lista de compuestos en los que los ligandos son moléculas químicamente neutras CO, NO y otras.
Debido a la complejación, los estados de alta oxidación del manganeso se estabilizan; los ligandos más adecuados para esto son el oxígeno y el flúor. Si tenemos en cuenta que el número de coordinación estabilizadora es igual a seis, entonces la estabilización máxima es cinco. Si el elemento químico manganeso forma complejos oxo, entonces se pueden estabilizar estados de oxidación más altos.
Estabilización del manganeso en estados de oxidación más bajos.
La teoría de ácidos y bases blandos y duros permite explicar la estabilización de diferentes estados de oxidación de los metales debido a la complejación por exposición a ligandos. Los elementos del tipo blando estabilizan con éxito los estados de baja oxidación del metal, mientras que los duros estabilizan positivamente los estados de alta oxidación.
La teoría explica completamente los enlaces metal-metal, formalmente estos enlaces se consideran como interacción ácido-base.
Aleaciones de manganeso Las propiedades químicas activas del manganeso le permiten formar aleaciones con muchos metales, mientras que una gran cantidad de metales pueden disolverse en ciertas modificaciones del manganeso y estabilizarlo. El cobre, el hierro, el cobalto, el níquel y algunos otros metales pueden estabilizar la modificación γ, el aluminio y la plata pueden expandir las regiones β y σ del magnesio en las aleaciones binarias. Estas características juegan un papel importante en la metalurgia. El manganeso es un elemento químico que permite obtener aleaciones con altos valores de ductilidad, aptas para estampación, forja y laminación.
En los compuestos químicos, la valencia del manganeso varía entre 2 y 7, un aumento en el estado de oxidación provoca un aumento en las características oxidativas y ácidas del manganeso. Todos los compuestos de Mn (+2) son reductores. El óxido de manganeso tiene propiedades reductoras, de color gris verdoso, no se disuelve en agua y álcalis, pero se disuelve perfectamente en ácidos. El hidróxido de manganeso Mn (OH) 3 no se disuelve en agua; es de color blanco. La formación de Mn (+4) puede ser tanto un agente oxidante (a) como un agente reductor (b).
MnO 2 + 4HCl = Cl 2 + MnCl 2 + 2H 2 O (a)
Esta reacción se utiliza cuando es necesario obtener cloro en el laboratorio.
MnO 2 + KClO 3 + 6KOH = KCl + 3K 2 MnO 4 + 3H 2 O (b)
Esta reacción tiene lugar en la fusión de metales. El MnO 2 (óxido de manganeso) tiene un color marrón, el hidróxido correspondiente es un poco más oscuro.
Propiedades físicas del manganeso El manganeso es un elemento químico con una densidad de 7.2-7.4 g / cm 3, punto de fusión + 1245 ° C, hierve a una temperatura de + 1250 ° C. Hay cuatro modificaciones polimórficas inherentes al metal:
Temperaturas de transformación del manganeso: α = β en t ° + 705 ° С; β = γ en t ° + 1090 ° С; γ = δ en t ° + 1133С. La modificación más frágil, α, rara vez se usa en metalurgia. La modificación γ se distingue por los indicadores más significativos de plasticidad; se usa con mayor frecuencia en metalurgia. La modificación β es parcialmente plástica, rara vez se usa en la industria. El radio atómico del elemento químico manganeso es 1.3 A, los radios iónicos, dependiendo de la valencia, varían de 0.46 a 0.91. El manganeso es paramagnético, coeficientes de expansión térmica 22,3 × 10 -6 grados -1. Las propiedades físicas se pueden ajustar ligeramente según la pureza del metal y su valencia real.
Método de producción de manganeso La industria moderna recibe manganeso según el método desarrollado por el electroquímico VI Agladze mediante electrohidrólisis de soluciones acuosas de metales con la adición de (NH 4) 2SO 4, durante el proceso la acidez de la solución debe estar dentro del rango de pH = 8.0-8.5 . Los ánodos y cátodos de plomo hechos de una aleación a base de titanio AT-3 se sumergen en la solución; los cátodos de titanio se pueden reemplazar por otros de acero inoxidable. La industria utiliza polvo de manganeso, que, una vez finalizado el proceso, se elimina de los cátodos, el metal se asienta en forma de escamas. El método de obtención se considera energéticamente caro, esto tiene un impacto directo en el aumento del costo. Si es necesario, el manganeso recolectado se vuelve a fundir, lo que facilita su uso en metalurgia.
El manganeso es un elemento químico que también se puede obtener mediante el proceso de halógeno mediante cloración del mineral y reducción adicional de los haluros formados. Esta tecnología proporciona a la industria manganeso con una cantidad de impurezas tecnológicas extrañas de no más del 0,1%. Se obtiene un metal más contaminado mediante el curso de una reacción aluminotérmica:
3Mn 3 O 4 + 8Al = 9Mn + 4A l2 O 3
O por electrotermia. Para eliminar las emisiones nocivas en las naves de producción, se instala una potente ventilación forzada: conductos de aire de PVC, ventiladores centrífugos. La frecuencia del intercambio de aire está regulada por normativa y debe garantizar la estancia segura de las personas en las áreas de trabajo.
Uso de manganeso El principal consumidor de manganeso es la metalurgia ferrosa. El metal también se usa ampliamente en la industria farmacéutica. Una tonelada de acero fundido requiere de 8 a 9 kilogramos; antes de la introducción de un elemento químico en la aleación de manganeso, se alea preliminarmente con hierro para obtener ferromanganeso. En la aleación, la proporción de manganeso de un elemento químico es hasta 80%, carbono hasta 7%, el resto está ocupado por hierro y diversas impurezas tecnológicas. Debido al uso de aditivos, las características físicas y mecánicas de los aceros fundidos en altos hornos aumentan significativamente. La tecnología también es adecuada para el uso de aditivos en hornos eléctricos de acero modernos. Debido a la adición de ferromanganeso con alto contenido de carbono, el acero se desoxida y desulfura. Con la adición de ferromanganeso de carbono medio y bajo, la metalurgia recibe aceros aleados.
El acero de baja aleación contiene 0,9-1,6% de manganeso, acero de alta aleación hasta un 15%. El acero con 15% de manganeso y 14% de cromo tiene altos indicadores de resistencia física y resistencia a la corrosión. El metal es resistente al desgaste, puede trabajar en condiciones de temperatura extremas y no teme el contacto directo con compuestos químicos agresivos. Estas elevadas características permiten utilizar acero para la fabricación de las estructuras y unidades industriales más críticas que operan en condiciones difíciles.
El manganeso es un elemento químico que también se utiliza en la fundición de aleaciones sin hierro. Durante la producción de palas de turbinas industriales de alta velocidad, se utiliza una aleación de cobre y manganeso, para las hélices se utilizan bronces con un contenido de manganeso. Además de estas aleaciones, el manganeso como elemento químico está presente en el aluminio y el magnesio. Mejora en gran medida las características de rendimiento de las aleaciones no ferrosas, las hace bien deformables, sin miedo a los procesos de corrosión y resistentes al desgaste.
Los aceros aleados son el material principal para la industria pesada, insustituible durante la producción de varios tipos de armas. Son ampliamente utilizados en la construcción naval y aeronáutica. La presencia de una reserva estratégica de manganeso es una condición para la alta capacidad de defensa de cualquier estado. En este sentido, la producción de metales aumenta anualmente. Además, el manganeso es un elemento químico utilizado durante la producción de vidrio, agricultura, impresión, etc.
En la naturaleza viva, el manganeso es un elemento químico que juega un papel importante en el desarrollo. Afecta las características de crecimiento, la composición de la sangre y la intensidad del proceso de fotosíntesis. En las plantas, su cantidad es diez milésimas de un por ciento, y en animales, cien milésimas de un por ciento. Pero incluso este contenido insignificante tiene un efecto notable en la mayoría de sus funciones. Activa la acción de las enzimas, influye en la función de la insulina, el metabolismo mineral y hematopoyético. La falta de manganeso provoca la aparición de diversas enfermedades, tanto agudas como crónicas.
El manganeso es un elemento químico muy utilizado en medicina. La falta de manganeso reduce la resistencia física, causa algunos tipos de anemia y altera los procesos metabólicos en los tejidos óseos. Las características desinfectantes del manganeso son ampliamente conocidas; sus soluciones se utilizan durante el procesamiento de tejidos necróticos.
Una cantidad insuficiente de manganeso en los alimentos para animales provoca una disminución en el aumento de peso diario. Para las plantas, esta situación se convierte en la causa de manchas, quemaduras, clorosis y otras enfermedades. Si se detectan signos de intoxicación, se prescribe una terapia con medicamentos especiales. Una intoxicación grave puede provocar la aparición del síndrome de parkinsonismo de manganeso, una enfermedad intratable que tiene un efecto negativo sobre el sistema nervioso central humano.
El requerimiento diario de manganeso es de hasta 8 mg, la principal cantidad que una persona obtiene de los alimentos. En este caso, la dieta debe estar equilibrada en todos los nutrientes. Con una carga aumentada y una luz solar insuficiente, la dosis de manganeso se ajusta en función de un análisis de sangre general. Una cantidad significativa de manganeso se encuentra en hongos, nueces de agua, lenteja de agua, moluscos y crustáceos. El contenido de manganeso en ellos puede alcanzar varias décimas de porcentaje.
Cuando el manganeso ingresa al cuerpo en dosis excesivas, pueden ocurrir enfermedades de los tejidos musculares y óseos, el tracto respiratorio se ve afectado, el hígado y el bazo sufren. Se necesita mucho tiempo para eliminar el manganeso del cuerpo; durante este período, las características tóxicas aumentan con el efecto de acumulación. La concentración de manganeso en el aire permitida por las autoridades sanitarias debe ser ≤ 0,3 mg / m 3, los parámetros se controlan en laboratorios especiales mediante muestreo de aire. El algoritmo de selección se rige por las regulaciones gubernamentales.
