محتوى المقال

المنغنيز- العنصر الكيميائي للمجموعة السابعة من النظام الدوري ، العدد الذري 25 ، الكتلة الذرية 54.938. يقع المنغنيز في الفترة الرابعة بين الكروم والحديد. إنه رفيق دائم لهذا الأخير في الطبيعة. لا يوجد سوى نظير واحد مستقر ، 55 Mn. يتكون المنغنيز الطبيعي بالكامل من نظير 55 Mn. وجد أن النوى غير المستقرة ذات الأعداد الكتلية 51 و 52 و 54 و 57 يتم الحصول عليها عن طريق قصف العناصر المجاورة (بالنقطة) بالديوترونات أو النيوترونات أو البروتونات أو جسيمات ألفا أو الفوتونات. على سبيل المثال ، تم عزل النظير المشع 57 Mn بالفصل الكيميائي عن منتجات القصف وله عمر نصف يبلغ 1.7 ± 0.1 دقيقة.

يُظهر المنغنيز ، وفقًا لرقم المجموعة ، حالة أكسدة قصوى تبلغ +7 ، ولكن يمكن أن يوجد أيضًا في جميع حالات الأكسدة المنخفضة من 0 إلى +7. أهمها اثنان وأربعة وسبعة.

بعض مركبات المنجنيز معروفة منذ العصور القديمة. يعتبر ثاني أكسيد المنغنيز (بيرولوزيت) نوعًا من خام الحديد المغناطيسي (المغنطيسات) وكان يستخدم "كصابون لصناعة الزجاج" نظرًا لقدرته على تغيير لون الزجاج المحتوي على الحديد. تم اكتشاف خاصية بيرولوزيت هذه منذ وقت طويل جدًا ، وفي المخطوطات القديمة يمكن التعرف على المعدن ليس من خلال أسمائه العديدة والمتنوعة ، ولكن من خلال هذه الخاصية المميزة الفردية. وصف المؤرخ الروماني القديم بليني الأكبر ، الذي توفي في ثوران بركان فيزوف ، البيرولوزيت الأسود غير المغناطيسي بأنه "مغناطيس أنثوي" على عكس خام الحديد المغناطيسي البني. في العصور الوسطى ، كان صانعو الزجاج يميزون بالفعل بين اللازورد المغنطيسي - خام الحديد المغناطيسي والمغناطيسات الكاذبة (المغناطيس المزيف) - البيرولوزيت. أُطلق على هذا المعدن اسم البيرولوزيت لأول مرة من قبل V. Heidenger في عام 1826 ، والذي جاء من استخدامه في إنتاج الزجاج: من الكلمة اليونانية pur - fire and luen - ليغسل. يمكن العثور على أسباب مماثلة في وصف هذا المعدن بواسطة Roger de L "Ilem ، الذي أطلق عليه اسم le savon des verrier أو sapo vitriorum (صابون glazier). في الواقع ، كما ذكر أعلاه ، وصف بليني المعدن قبل ذلك بكثير تحت اسم المغنيسيوس اللازورد والكيميائي باسل فالنتين تحت اسم براونشتاين ، الذي أطلق عليه اسم ذلك لأن هذا المعدن (في معظم الحالات ، أسود ورمادي) أعطى طلاء بني على منتجات الطين. تاريخ مثير للاهتمام لأصل اسم المعدن - Magnesius lapis ، الذي اشتق منه الاسم الحديث للعنصر ، والذي أدركه بليني أيضًا ، وافق على اعتباره اللازورد ماغنيسيوس بسبب تشابهه الخارجي ، موضحًا اختلافه عن المعادن الأخرى التي ينجذب إليها الحديد بالاختلاف في الجنس: المنغنيز الحديدي المغنيسيوس اللازورد هو أنثوي ، وبالتالي ، حسب القدماء ، أكثر جاذبية. كما أوضح استخدام كلمة magnes ، وربطها باسم الراعي Magnes ، على لاحظ أن مسامير حذائه والرأس الحديدي لعصا انجذبت إلى الأرض في المكان الذي عثر فيه على خام الحديد المغناطيسي. ومع ذلك ، فمن الممكن أن يرجع هذا الاسم إلى حقيقة أن أحد أصناف اللازورد ، الذي له لون أبيض ، تم العثور عليه في آسيا في منطقة تسمى Magnesia. وفقًا لفرضية أخرى طرحها L. Delatre ، يُفترض أن المصطلح يرجع أصله إلى الكلمة اليونانية magganon - وهم ؛ ويرجع ذلك إلى السلوك الهش وغير المستقر للمعدن الذي يتم الحصول عليه من الركاز والمشابه ظاهريًا لخام الحديد. اقترح Delatre أيضًا أن المصطلح مرتبط بمنطقة Mangana في شرق الهند. يوجد مصطلح manganesis الأكثر شيوعًا في كتابات Albertus Magnus (1193-1280). في المواد اللاحقة ، تم تعديل المصطلح إلى حد ما: بدلاً من "المغنيسيا" - "المنغنيز" (المنغنيز). فقط في عام 1774 ، أثبت الكيميائي السويدي العظيم كارل فيلهلم شيل أن خام المنجنيز وتركيزه يحتويان على معدن غير معروف سابقًا. في دراسته الشهيرة لخصائص البيرولوزيت ، التي قُدمت إلى أكاديمية ستوكهولم للعلوم ، أفاد مع ذلك باكتشاف عنصر جديد آخر ، وهو الكلور. على الرغم من اكتشاف Scheele لهذا المعدن ، إلا أنه لم يتمكن من عزله في شكله النقي. في نفس العام ، حصل يوهان جانج على برونشتاين ميتال عن طريق تكليس خليط من البيرولوزيت والفحم. قام هان بتدوير كرات من أكسيد المنغنيز ، وتسخينها في بوتقة مبطنة بالفحم ، وبذلك حصل على عدد كبير من الكريات المعدنية الصغيرة ، وهو ما يمثل ثلث وزن المعدن المستخدم. يُعتقد أيضًا أن هان هو من اقترح اسم المنغنيز للمادة الجديدة ، ولكن لفترة طويلة استمر تسمية المعدن الناتج بنفس اسم خام براونشتاين. أصبح مصطلح المنغنيز عالميًا فقط في بداية القرن التاسع عشر. كان اسمه المنغنيزيوم. في وقت لاحق ، تم تغيير اسم هذا المعدن إلى المنغنيوم لتجنب الخلط بينه وبين المغنيسيوم (المغنسيوم) ، والذي تم اكتشافه في نفس الوقت. في روسيا ، في النصف الأول من القرن التاسع عشر. تم استخدام اسم المنغنيز ، وبعد ذلك كان من الممكن العثور على اسم آخر - المنجانيز ، المرتبط بصناعة المينا الأرجواني.

يوجد المنغنيز في جميع القارات في العديد من الصخور البلورية ، حيث يذوب ، مثل الحديد ، ويعاد فصله على شكل أكاسيد وكربونات وهيدروكسيدات وتنجستات وسيليكات وكبريتات ومركبات أخرى. المنجنيز بعد الحديد هو الأكثر انتشارًا بين المعادن الثقيلة والخامس عشر بين جميع عناصر الجدول الدوري. يبلغ محتواها في القشرة الأرضية 0.1٪ بالكتلة أو 0.03٪ من إجمالي عدد الذرات. تنتشر رواسب خام المنغنيز في كل مكان تقريبًا ، لكن أكبرها يقع في أراضي الاتحاد السوفيتي السابق - الدولة الوحيدة المنتجة للمنغنيز في العالم والتي تلبي احتياجاتها الضخمة للتركيز بمواردها الداخلية الخاصة. تحدث الرواسب الأكثر أهمية في منطقتين رئيسيتين: بالقرب من شياتوري (جورجيا) وبالقرب من نيكوبول ، على نهر الدنيبر. في عام 1913 ، زودت روسيا القيصرية 52٪ من صادرات المنغنيز العالمية ، حوالي 76٪ منها (مليون طن) تم تعدينها في شياتوري. خدم ودائع شياتورا كمصدر للنقد الأجنبي في عشرينيات القرن الماضي. بعد الثورة ، أعيد بناء المنجم في عام 1923 ، ومنذ ذلك الحين ، تم تجميع عشرات السفن الأجنبية في أرصفة بوتي لنقل الخام. مع انهيار الاتحاد السوفيتي ، ظلت الرواسب الرئيسية خارج روسيا - في أوكرانيا وكازاخستان وجورجيا. تبلغ كمية خام المنجنيز المستورد إلى روسيا الآن 1.6 مليون طن من خام المنغنيز التجاري ، ويقدر طلب الصناعة الروسية حاليًا بنحو 6.0 مليون طن من خام المنغنيز (أو 1.7-1.8 مليون طن). طن من المركز). تمتلك الصين والهند وغانا والبرازيل وجنوب إفريقيا والجابون والمغرب والولايات المتحدة الأمريكية وأستراليا وإيطاليا والنمسا رواسب كبيرة من خام المنغنيز. يبلغ إجمالي الإنتاج العالمي من المنغنيز 20-25 مليون طن سنويًا من المعدن. هناك العديد من المعادن التي تحتوي على المنجنيز على الأرض ، وأهمها البيرولوزيت (ثاني أكسيد المنجنيز المائي ، MnO 2) ، براونيت (Mn 2 O 3) ، المنجانيت (MnOOH) ، رودوكروزيت (MnCO 3). تم تزيين الأعمدة التي تدعم أقبية محطة مترو ماياكوفسكايا في موسكو بإطار رفيع مصنوع من معدن وردي - الرودونيت (سيليكات المنغنيز). تجعل المرونة واللون الدقيق هذا الحجر مادة مواجهة ممتازة. يتم الاحتفاظ بعناصر الرودونيت في متحف الأرميتاج الحكومي والعديد من المتاحف الأخرى في روسيا. تم العثور على رواسب كبيرة من هذا المعدن في جبال الأورال ، حيث تم العثور على كتلة من الرودونيت تزن سبعة وأربعين طناً. رواسب الأورال رودونيت هي الأكبر في العالم.

تتركز كمية هائلة من معادن المنغنيز في قاع المحيط العالمي. في المحيط الهادئ وحده ، تصل موارد هذا العنصر ، وفقًا لتقديرات مختلفة ، من عدة عشرات إلى عدة مئات من مليارات الأطنان. عقيدات الحديد والمنغنيز (هكذا تسمى رواسب هذين العنصرين في قاع المحيط) ناتجة عن الأكسدة المستمرة (بسبب الأكسجين المذاب في الماء) للمركبات القابلة للذوبان من المنغنيز ثنائي التكافؤ. في عام 1876 ، جلبت السفينة الشراعية البريطانية ذات الصواري الثلاثة "تشالنجر" ، عائدة من بعثة علمية ، عينات من "براعم المنغنيز". أظهرت الرحلات الاستكشافية اللاحقة أن كمية هائلة من عقيدات الحديد والمنغنيز تتركز في قاع المحيط العالمي. حتى منتصف القرن العشرين ، لم يجذبوا الكثير من الاهتمام لأنفسهم ، وعندها فقط ، عندما تعرضت بعض الرواسب "البرية" للتهديد بالنضوب ، بدأوا يعتبرون مصادر حقيقية لتركيز المنغنيز. يصل محتوى المنغنيز في مثل هذا الخام "تحت الماء" أحيانًا إلى 50٪. تشبه العقيدات في شكلها عقيدات البطاطس ولها لون من البني إلى الأسود ، اعتمادًا على العنصر السائد فيها - الحديد أو المنغنيز. تتراوح أحجام معظم هذه التكوينات من مليمتر إلى عدة عشرات من السنتيمترات ، ولكن هناك أيضًا تكوينات محيطية أكبر. يوجد في معهد سكريبس لعلوم المحيطات (الولايات المتحدة الأمريكية) عقدة تزن 57 كيلوجرامًا ، وجدت بالقرب من جزر هاواي في المحيط الهادئ. أروع المعروضات تزن حوالي طن.

المنغنيز المعدني.في روسيا ، بدأ صهر المنغنيز في الربع الأول من القرن التاسع عشر. على شكل سبيكة مع الحديد - المنغنيز الحديدي. المنغنيز النقي ظاهريًا يشبه الحديد ، لكنه يختلف عنه في الصلابة والضعف. إنه معدن أبيض فضي يأخذ اللون الرمادي من شوائب الكربون. كثافة المنجنيز - 7200 كجم / م 3 - قريبة من كثافة الحديد ، ولكن درجة انصهارها أقل بكثير من كثافة الحديد وتبلغ 1247 درجة مئوية. يحمي من مزيد من الأكسدة. في الهواء الرطب ، تحدث الأكسدة في الحجم. في حالة الانقسام الدقيق ، يتأكسد المنغنيز بسهولة ، وفي ظل ظروف معينة يصبح قابل للاشتعال (يشتعل ذاتيًا في الهواء). بشكل عام ، تعتمد تفاعلية معدن المنغنيز بشكل كبير على نقاوتها. لذا فإن 99.9٪ من المنجنيز عمليًا لا يتفاعل مع الماء ويتفاعل ببطء مع بخار الماء ، بينما المعدن الملوث بشوائب من الكربون أو الأكسجين أو النيتروجين يتفاعل ببطء مع الماء الموجود بالفعل في درجة حرارة الغرفة وبسرعة مع السخونة:

Mn + 2H 2 O = Mn (OH) 2 + H 2.

يذوب المنغنيز بسهولة في الأحماض المخففة ، ولكنه يخمد مع تركيز H 2 SO 4 المركّز على البارد:

Mn + H 2 SO 4 (تخفيف) = MnSO 4 + H 2.

يتفاعل المنغنيز مع الكلور والبروم واليود لتكوين ثنائي الهاليدات:

Mn + Hal 2 = MnHal 2 ، حيث Hal = Cl ، Br ، I.

في درجات الحرارة المرتفعة ، يتفاعل المنجنيز أيضًا مع النيتروجين والكربون والبورون والفوسفور والسيليكون. على سبيل المثال ، عند درجة حرارة 1200 درجة مئوية ، يحترق المنغنيز في النيتروجين:

3Mn + N 2 = Mn 3 N 2 (مع خليط من Mn 5 N 2).

يحتوي المنغنيز المعدني على أربعة تعديلات: a-Mn (at تيТ = 1100 درجة مئوية) ، d-Mn (عند تي> 1137 درجة مئوية). تحتوي خلية الوحدة للشبكة البلورية لألفا منغنيز على 58 ذرة ، وبالتالي ، وفقًا للتعبير المجازي للكيميائي البلوري الرائع للأستاذ بجامعة موسكو جي بي بوكي ، فإن هذا التعديل هو "معجزة عظيمة للطبيعة".

هناك عدة طرق صناعية لإنتاج معدن المنغنيز.

الاختزال بالفحم أو الألومنيوم في بوتقات MgO أو CaO في الأفران الكهربائية. تعمل هذه العملية بشكل أساسي على الحصول على المنغنيز الحديدي عن طريق تقليل خليط من أكاسيد الحديد والمنغنيز عند درجة حرارة 1000-1100 درجة مئوية:

3Mn 3 O 4 + 8Al = 9Mn + 4Al 2 O 3.

بنفس الطريقة ، يمكن الحصول على المنغنيز المعدني في المختبر عن طريق إشعال خليط من أكسيد المنغنيز ومسحوق الألومنيوم باستخدام شريط من المغنيسيوم.

يستخدم الحد من هاليدات المنغنيز اللامائي (II) بالصوديوم أو المغنيسيوم أو الهيدروجين للحصول على بلورات المنغنيز.

يتم الحصول على المنجنيز الأكثر نقاءًا (99.98٪) عن طريق التحليل الكهربائي لمحاليل MnSO4 في وجود (NH 4) 2 SO 4 عند الأس الهيدروجيني 8-8.5 ، بينما يتم إطلاق شكل جاما من المعدن أثناء عملية التحليل الكهربائي. لتنقية المنجنيز من الشوائب الغازية ، يتم استخدام التقطير المزدوج في فراغ عالي ، متبوعًا بإعادة الصهر في الأرجون والتبريد. تحتل جنوب إفريقيا المرتبة الأولى في العالم في إنتاج وتصدير المنغنيز المعدني (نقاء 99.9٪). بحلول نهاية القرن العشرين. بلغ حجم الصهر في هذا البلد 35 ألف طن سنويًا ، أي ما يقرب من 42٪ من إجمالي الإنتاج العالمي. في السوق العالمية ، يتراوح سعر المنغنيز المعدني من 1500 دولار أمريكي إلى 3000 دولار أمريكي للطن ، اعتمادًا على درجة نقاء المعدن.

مركبات المنجنيز.

يشكل المنغنيز عددًا كبيرًا من المركبات المختلفة التي يحتوي عليها في حالات أكسدة مختلفة من 0 إلى +7 ، ولكن المواد التي يكون فيها المنغنيز ثنائي ، وأربعة ، وسبعي التكافؤ لها أهمية عملية.

أكسيد المنغنيز(ثانيًا) - مسحوق من الرمادي والأخضر إلى الأخضر العشبي. يتم الحصول عليها إما عن طريق تكليس كربونات المنغنيز (II) في جو غاز خامل ، أو عن طريق الاختزال الجزئي لـ MnO2 بالهيدروجين. في حالة الأرض الدقيقة ، يتأكسد بسهولة. في الطبيعة ، نادرًا ما يوجد في شكل المنجانوسيت المعدني ، وهو محفز لبعض التفاعلات المهمة صناعيًا لنزع الهيدروجين من المركبات العضوية.

كلوريد المنغنيز(ثانيًا) - في الحالة اللامائية ، هي أوراق ذات لون وردي فاتح ويتم الحصول عليها عن طريق معالجة المنجنيز أو أكسيده أو كربوناته بكلوريد الهيدروجين الجاف:

MnCO 3 + 2HCl = MnCl 2 + CO 2 + H 2 O.

يتم تحضير رباعي هيدرات كلوريد المنغنيز (II) بشكل ملائم عن طريق إذابة كربونات المنغنيز (II) في حمض الهيدروكلوريك وتبخير المحلول الناتج. MnCl 2 اللامائي شديد الرطوبة.

كبريتات المنغنيز(ثانيًا) - في الحالة اللامائية ، مسحوق عديم اللون تقريبًا ، مر في الذوق وينتج عن جفاف الهيدرات البلورية المقابلة (MnSO 4 · nH 2 O ، حيث n = 1،4،5،7). تتواجد كبريتات المنغنيز في بعض الأحيان بشكل طبيعي على شكل معدن ميلاردايت ومستقر عند درجات حرارة أقل من 9 درجات مئوية. في الصناعة ، يتم الحصول على كبريتات المنغنيز عن طريق إذابة البيرولوزيت في حامض الكبريتيك المركز على الساخن:

2MnO 2 + 2H 2 SO 4 = 2MnSO 4 + O 2 + 2H 2 O.

أو عن طريق تكليس MnO 2 مع FeSO 4 اللامائي:

4MnO 2 + 4FeSO 4 = 4MnSO 4 + 2Fe 2 O 3 + O 2.

تعمل أملاح المنغنيز ثنائية التكافؤ بشكل تحفيزي على مسار بعض العمليات المؤكسدة ، خاصة تلك التي تحدث تحت تأثير الأكسجين الجوي ، وهذا هو الأساس لاستخدامها كمجففات - المواد التي ، عند إذابتها في زيت بذر الكتان ، تسرع من أكسدة الأكسجين الجوي و ، وبالتالي ، تعزيز التجفيف الأسرع ... زيت بذر الكتان الذي يحتوي على مادة مجففة يسمى زيت التجفيف. تستخدم بعض أملاح المنغنيز العضوية كمجففات.

من أهم مركبات المنجنيز (IV) ثاني أكسيد المنجنيز ، وهو أهم معدن في المنجنيز. هناك عدة أشكال لثاني أكسيد المنجنيز الطبيعي: بيرولوزيت ، رامسديلايت ، سيلوميلان وكريبتوميلان.

يمكن الحصول على ثاني أكسيد المنغنيز في المختبر عن طريق تكليس Mn (NO 3) 2 في الهواء:

Mn (NO 3) 2 = MnO 2 + 2NO 2 ؛

أكسدة مركبات المنغنيز (II) في وسط قلوي بالكلور ، هيبوكلوريت الصوديوم:

Mn (OH) 2 + Cl 2 + 2KOH = MnO 2 + 2KCl + 2H 2 O

Mn (OH) 2 + NaOCl = MnO 2 + NaCl + H 2 O.

ثاني أكسيد المنغنيز عبارة عن مسحوق مذبذب أسود يعرض خصائص مؤكسدة ومختزلة:

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

MnO 2 + Cl 2 + 4KOH = K 2 MnO 4 + 2KCl + 2H 2 O.

يزيل ثاني أكسيد المنغنيز المضاف إلى الزجاج اللون الأخضر الناتج عن سيليكات الحديد ويعطي الزجاج لونًا ورديًا (أو أسود إذا تمت إضافة الكثير من MnO 2). يحتوي المسحوق الناعم لثاني أكسيد المنغنيز على خصائص امتصاص: يمتص الكلور وأملاح الباريوم والراديوم وبعض المعادن الأخرى.

على الرغم من الأهمية الكبيرة للبيرولوزيت ، في الحياة اليومية علينا أن نلتقي بمادة يكون فيها المنغنيز سباعي التكافؤ - برمنجنات البوتاسيوم ("برمنجنات البوتاسيوم") ، والتي أصبحت منتشرة على نطاق واسع بسبب خصائصها المطهرة الواضحة. الآن يتم الحصول على برمنجنات البوتاسيوم عن طريق الأكسدة الإلكتروليتية لمحاليل منغنات البوتاسيوم (VI). هذا المركب عبارة عن بلورات حمراء أرجوانية ومستقرة في الهواء وقابلة للذوبان في الماء بشكل معتدل. ومع ذلك ، فإن حلوله في الماء تتحلل بسرعة في الضوء وببطء في الظلام مع إطلاق الأكسجين. برمنجنات البوتاسيوم عامل مؤكسد قوي. فيما يلي بعض الأمثلة على نشاطها المؤكسد:

2KMnO 4 + 10HCl + 3H 2 SO 4 = 2MnSO 4 + 5Cl 2 + K 2 SO 4 + 8H 2 O

2KMnO 4 + 5H 2 O 2 + 3H 2 SO 4 = 2MnSO 4 + 5O 2 + 8H 2 O

8KMnO 4 + 5PH 3 + 12 H 2 SO 4 = 8MnSO 4 + 5H 3 PO 4 + 4K 2 SO 4 + 12H 2 O.

يستخدم برمنجنات البوتاسيوم على نطاق واسع في الطب والطب البيطري والممارسات المختبرية.

برمنجنات البوتاسيوم هو ملح لحمض المنغنيز HMnO 4 ، والذي يوجد فقط في محلول بتركيز أقصى يبلغ حوالي 20٪. يشبه لون حلولها لون محلول KMnO 4. يعد حمض البرمنجانيك من أقوى الأحماض. يعتبر تفاعل تكوين حمض المنغنيز تحت تأثير ثاني أكسيد الرصاص أو بسموتات الصوديوم على أملاح المنغنيز (II) مهمًا في الكيمياء التحليلية ، حيث يمكن حتى اكتشاف آثار من المنغنيز بسبب اللون الوردي الشديد الذي ينشأ.

أكسيد المنغنيز (VII) Mn 2 O 7 - أنهيدريد المنغنيز هو زيت ثقيل بني أخضر اللون يتم الحصول عليه بتأثير حمض الكبريتيك المركز على برمنجنات البوتاسيوم الصلب:

2KMnO 4 + H 2 SO 4 = Mn 2 O 7 + K 2 SO 4 + H 2 O.

هذه المادة هي عامل مؤكسد قوي للغاية وتنفجر عند الاصطدام أو التسخين. تشتعل العديد من المواد ، مثل الكبريت والفوسفور ورقائق الخشب والكحول عند أدنى تلامس معها. عندما يذوب بكميات كبيرة من الماء ، يتكون حمض المنغنيز.

استخدام المنغنيز في علم المعادن. المنغنيز ضروري في صناعة الصلب ولا يوجد اليوم بديل فعال له. مع إدخال المنجنيز في الحمام المنصهر ، له عدة وظائف. عند إزالة الأكسدة وتنقية الفولاذ ، يقلل المنجنيز من أكاسيد الحديد ، ويتحول إلى أكسيد المنغنيز ، والذي يتم التخلص منه في شكل خبث. يتفاعل المنغنيز مع الكبريت ، كما تنتقل الكبريتيدات المتكونة إلى الخبث. الألومنيوم والسيليكون ، على الرغم من أنهما يعملان كمزيل للأكسدة مع المنغنيز ، إلا أنهما غير قادرين على أداء وظيفة إزالة الكبريت. يؤدي إدخال العنصر رقم 25 إلى تباطؤ معدل نمو الحبوب أثناء التسخين ، مما يؤدي إلى إنتاج صلب ناعم الحبيبات. ومن المعروف أيضًا أن الألمنيوم والسيليكون ، على العكس من ذلك ، يعملان على تسريع نمو الحبوب.

يمكن إضافة المنغنيز إلى الفولاذ أثناء عملية الصهر باستخدام السبائك الحديدية. مرة أخرى في القرن التاسع عشر. لقد تعلم علماء المعادن أن يصهروا الحديد الزهر المرآوي الذي يحتوي على 5-20٪ منجنيز و 3.5-5.5٪ كربون. الرائد في هذا المجال كان عالم المعادن الإنجليزي هنري بسمر. الحديد الزهر المرآة ، مثل المنغنيز النقي ، لديه القدرة على إزالة الأكسجين والكبريت من الفولاذ المصهور. في تلك الأيام ، تم الحصول على الحديد الزهر المرآة في فرن الصهر عن طريق تقليل خام الحديد الصاري المحتوي على المنجنيز والمستورد من راينلاند بروسيا - من ستالبيرج.

رحب بسمر بالتطور الإضافي في إنتاج سبائك المنغنيز ، ونظم هندرسون تحت قيادته في عام 1863 في مصنع فينيكس في غلاسكو إنتاج الحديد والمنغنيز ، وهو سبيكة تحتوي على 25-35٪ منجنيز. يتمتع المنغنيز الحديدي بمزايا على الحديد الزهر المرآة في إنتاج الفولاذ ، لأنه يمنحه مزيدًا من المتانة والليونة. الطريقة الأكثر فعالية من حيث التكلفة لإنتاج المنغنيز الحديدي هي الصهر في فرن الصهر.

على الرغم من حقيقة أن إنتاج هندرسون للمنغنيز الحديدي كان عملية تقدمية تقنيًا ، إلا أن هذه السبيكة لم تجد تطبيقًا لفترة طويلة بسبب الصعوبات التي واجهتها في الصهر. بدأ الصهر الصناعي للمنغنيز الحديدي في روسيا عام 1876 في أفران الصهر في مصنع نيجني تاجيل. عالم المعادن الروسي A.P. Anosov مرة أخرى في عام 1841 في عمله حول بولاتوصف إضافة المنغنيز الحديدي إلى الفولاذ. بالإضافة إلى المنغنيز الحديدي ، يستخدم المنغنيز السليكي على نطاق واسع في علم المعادن (15-20٪ منغنيز ، وحوالي 10٪ سي ، وأقل من 5٪ كربون).

في عام 1878 بدأ عالم المعادن في شيفيلد روبرت هادفيلد البالغ من العمر تسعة عشر عامًا بدراسة سبائك الحديد مع معادن أخرى وفي عام 1882 صهر الفولاذ بنسبة 12٪ من المنجنيز. في عام 1883 ، مُنح هادفيلد أول براءة اختراع بريطانية لصلب المنغنيز. اتضح أن تبريد حديد هادفيلد في الماء يمنحه خصائص رائعة مثل مقاومة التآكل وزيادة الصلابة في ظل التحميل لفترات طويلة. وجدت هذه الخصائص على الفور تطبيقًا في تصنيع قضبان السكك الحديدية ومسارات الجرارات والخزائن والأقفال والعديد من المنتجات الأخرى.

في التكنولوجيا ، تستخدم السبائك الثلاثية من المنغنيز والنحاس والنيكل والمنغنيز على نطاق واسع. لديهم مقاومة كهربائية عالية ، بغض النظر عن درجة الحرارة ، ولكنها تعتمد على الضغط. لذلك ، يتم استخدام المنجانين في تصنيع أجهزة قياس الضغط الكهربائية. في الواقع ، لا يمكن لمقياس ضغط الدم العادي قياس ضغط 10 آلاف ضغط جوي ؛ يمكن القيام بذلك باستخدام مقياس ضغط كهربائي ، مع العلم مسبقًا باعتماد مقاومة المنجانين على الضغط.

سبائك المنغنيز مع النحاس مثيرة للاهتمام (خاصة 70٪ Mn و 30٪ Cu) ، يمكنها امتصاص طاقة الاهتزاز ، وتستخدم عندما يكون ذلك ضروريًا لتقليل الضوضاء الصناعية الضارة.

كما أوضح جيزلر في عام 1898 ، فإن المنغنيز يشكل سبائك مع بعض المعادن ، على سبيل المثال ، مع الألومنيوم والأنتيمون والقصدير والنحاس ، والتي تتميز بقدرتها على أن تكون ممغنطة ، على الرغم من أنها لا تحتوي على مكونات مغناطيسية حديدية. ترتبط هذه الخاصية بوجود مركبات بين الفلزات في هذه السبائك. باسم المكتشف ، تسمى هذه المواد سبائك جيزلر.

الدور البيولوجي للمنغنيز.

المنغنيز هو أحد أهم العناصر النزرة الحيوية ويشارك في تنظيم أهم العمليات البيوكيميائية. ثبت وجود كميات صغيرة من العنصر رقم 25 في جميع الكائنات الحية. يشارك المنغنيز في العمليات الكيميائية العصبية الرئيسية في الجهاز العصبي المركزي ، وفي تكوين العظام والأنسجة الضامة ، وفي تنظيم التمثيل الغذائي للدهون والكربوهيدرات ، وفي استقلاب فيتامينات ج ، هـ ، الكولين وفيتامين ب.

في دم الإنسان ومعظم الحيوانات ، يبلغ محتوى المنجنيز حوالي 0.02 مجم / لتر. المتطلب اليومي للكائن البالغ هو 3-5 ملغ منجنيز. يؤثر المنغنيز على عمليات تكون الدم والدفاعات المناعية للجسم. يمكن إنقاذ الشخص الذي تعرض للعض من قبل karakurt (عنكبوت آسيا الوسطى السام) إذا تم حقن محلول كبريتات المنغنيز عن طريق الوريد.

يؤثر التراكم المفرط للمنغنيز في الجسم ، أولاً وقبل كل شيء ، على عمل الجهاز العصبي المركزي. يتجلى هذا في التعب والنعاس وتدهور وظائف الذاكرة ويلاحظ بشكل رئيسي في العمال المرتبطين بإنتاج المنغنيز وسبائكه.

يعد نقص المنغنيز أحد أكثر الانحرافات شيوعًا في عملية التمثيل الغذائي للعناصر عند الإنسان الحديث. ويرجع ذلك إلى انخفاض كبير في استهلاك الأطعمة الغنية بالمنغنيز (الأطعمة النباتية الخشنة ، والخضراوات) ، وزيادة كمية الفوسفات في الجسم (عصير الليمون ، والأطعمة المعلبة ، وما إلى ذلك) ، وتدهور الوضع البيئي في المدن الكبيرة والإرهاق النفسي والعاطفي. تصحيح نقص المنغنيز له تأثير إيجابي على صحة الإنسان.

يوري كروتياكوف

المنغنيز عنصر من عناصر الجدول الدوري ، معدن حديد ، وكذلك حديد. لا يحدث في شكله النقي ، فهو موجود بشكل أساسي في شكل أكاسيد في خامات المنغنيز والحديد. المنغنيز عنصر مبعثر: يوجد بكميات قليلة جدًا في التربة والنباتات والكائنات الحية. يكاد لا يتم احتواؤه في الماء ؛ يتم نقل الأنهار من اليابسة إلى المحيط العالمي ، حيث تتراكم في أماكن عميقة.

الخصائص

معدن غير مغناطيسي من اللون الفضي الفاتح ، مغطى بسرعة بفيلم أكسيد ، هش ، صلب. يدخل بنشاط في تفاعلات (عند تسخينه) مع غير الفلزات ، الهيدروكلوريك وحمض الكبريتيك المخفف ، يظهر التكافؤ من 2 إلى 7. يتفاعل بشكل سيئ مع الماء. تشكل الأحماض والقلويات والأملاح المقابلة لها وسبائك مع العديد من المعادن.

يلعب المنغنيز دورًا مهمًا في حياة الإنسان: فهو يشارك في عمل الجهاز العصبي والمناعة والجهاز التناسلي ؛ في التمثيل الغذائي للبروتينات والكربوهيدرات والدهون. في عمليات تكون الدم والهضم والنمو. ضروري لتكوين الجنين بشكل صحيح. مع استنشاق الغبار لفترة طويلة (حوالي 3 سنوات) في الإنتاج الصناعي ، يكون التسمم بالمنغنيز ممكنًا.

في مختلف مجالات الإنتاج ، يتم استخدام الكاشف في شكل نقي وفي شكل مركبات.

تطبيق المنغنيز

- يستهلك ما يقرب من 90٪ من المعادن الحديدية. في شكل المنغنيز الحديدي - سبيكة بالحديد ، يضاف إلى الفولاذ لزيادة ليونة وقوة ومقاومة التآكل. تشيم. الكاشف ضروري لعمليات صناعة السبائك ، وإزالة الكبريت ، و "إزالة الأكسدة" من الفولاذ.
- يضاف إلى حديد هادفيلد (حتى 13٪) بصلابة متميزة. آلات تحريك التربة وتكسير الحجارة ، مصنوعة من عناصر مدرعة.
- في علم المعادن غير الحديدية ، يتم تضمينه في تكوين السبائك الخالية من الحديد ، في البرونز والنحاس الأصفر ومعظم سبائك الألومنيوم والمغنيسيوم لتحسين قوتها ومقاومتها للتآكل.
- يستخدم في صناعة سبيكة من المنجنيز والنحاس والنيكل والتي تتميز بمقاومتها العالية. هذه السبيكة مطلوبة في الهندسة الكهربائية.
- يتم استخدامه لإنشاء طلاءات مطلية بالكهرباء مقاومة للتآكل للمنتجات المعدنية.

استخدام مركبات المنجنيز

- في التركيب العضوي كمؤكسدات ومحفزات ؛ في الطباعة وإنتاج الطلاء. في صناعة الزجاج والسيراميك.
- في الزراعة كسماد دقيق لمعالجة البذور.
- يستخدم ثاني أكسيد المنغنيز في مجالات مختلفة: في تصنيع الخلايا الكهروكيميائية. الطلاء الزجاجي والمينا الملونة للسيراميك ؛ في الصناعة الكيميائية ، في التخليق العضوي وغير العضوي ؛ يستخدم المسحوق الناعم لامتصاص الشوائب الضارة من الهواء.
- يستخدم تيلورايد المنغنيز في الكهرباء الحرارية.
- لزرنيخ المنغنيز تأثير مغناطيسي واضح ، تقوم على أساسه طريقة واعدة لإنشاء وحدات تبريد مدمجة واقتصادية من نوع جديد.
- برمنجنات البوتاسيوم - مطهر شعبي في الطب ، ترياق لتسمم السيانيد والقلويدات ؛ عامل التبييض في صناعة النسيج. عامل مؤكسد في التوليف العضوي.

في Prime Chemicals Group ، يمكنك شراء العديد من مركبات المنجنيز ، وكذلك المواد الكيميائية الأخرى والأواني الزجاجية والمعدات اللازمة للمختبرات والصناعات. سيساعدك مديرينا على فهم مجموعة واسعة من المنتجات واختيار المنتجات المناسبة وإتمام عملية الشراء. الأسعار والخدمة الجيدة تجعل التعاون معنا مريحًا.

تعريف

المنغنيز- العنصر الخامس والعشرون من الجدول الدوري. التسمية هي Mn من اللاتينية "manganum". تقع المجموعة السابعة في الفترة الرابعة. يشير إلى المعادن. النواة لديها شحنة 25.

ينتمي المنغنيز إلى عناصر شائعة إلى حد ما ، حيث يمثل 0.1٪ (كتلة) من قشرة الأرض. من المركبات التي تحتوي على المنجنيز ، أكثر المعادن شيوعًا هو البيرولوزيت ، وهو ثاني أكسيد المنجنيز MnO 2. المعادن hausmanite Mn 3 O 4 والبراونايت Mn 2 O 3 هي أيضا ذات أهمية كبيرة.

يعتبر المنغنيز ، كمادة بسيطة ، معدنًا صلبًا هشًا أبيض فضي (الشكل 1). كثافته 7.44 جم / سم 3 ، ونقطة انصهاره 1245 درجة مئوية.

أرز. 1. المنغنيز. مظهر خارجي.

الوزن الذري والجزيئي للمنغنيز

الوزن الجزيئي النسبي للمادة(M r) هو رقم يوضح عدد المرات التي تكون فيها كتلة جزيء معين أكبر من 1/12 من كتلة ذرة كربون ، و الكتلة الذرية النسبية للعنصر(أ ص) - كم مرة يزيد متوسط ​​كتلة ذرات عنصر كيميائي عن 1/12 من كتلة ذرة كربون.

نظرًا لأن المنغنيز في الحالة الحرة موجود في شكل جزيئات Mn أحادية الذرة ، فإن قيم كتلته الذرية والجزيئية تتطابق. إنها تساوي 54.9380.

التآصل والتعديلات المتآصلة من المنغنيز

هناك أربعة تعديلات بلورية معروفة للمنغنيز ، كل منها مستقر ديناميكيًا حراريًا في نطاق درجة حرارة معينة. أقل من 707 درجة مع منجنيز ألفا مستقر ، له هيكل معقد - تشتمل خليته على 58 ذرة. يحدد تعقيد بنية المنغنيز عند درجات حرارة أقل من 707 درجة مئوية هشاشته.

نظائر المنغنيز

من المعروف أنه في الطبيعة يمكن العثور على المنغنيز في شكل النظير المستقر الوحيد 55 Mn. العدد الكتلي هو 55 ، ونواة الذرة تحتوي على 25 بروتونًا وثلاثين نيوترونًا.

هناك نظائر اصطناعية للمنغنيز بأعداد كتلتها من 44 إلى 69 ، بالإضافة إلى سبع حالات متساوية للنواة. أطول النظائر عمرا من بين النظائر المذكورة أعلاه هو 53 Mn مع نصف عمر 3.74 مليون سنة.

أيونات المنغنيز

على مستوى الطاقة الخارجية لذرة المنغنيز ، هناك سبعة إلكترونات ، وهي التكافؤ:

1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 5 4s 2.

نتيجة للتفاعل الكيميائي ، يتخلى المنغنيز عن إلكترونات التكافؤ ، أي هو المتبرع بهم ، ويتحول إلى أيون موجب الشحنة:

Mn 0 -2e → Mn 2+ ؛

Mn 0 -3e → Mn 3+ ؛

Mn 0 -4e → Mn 4+ ؛

Mn 0 -6e → Mn 6+ ؛

Mn 0 -7e → Mn 7+.

جزيء وذرة المنغنيز

في الحالة الحرة ، يوجد المنغنيز في شكل جزيئات أحادية الذرة Mn. فيما يلي بعض الخصائص التي تميز ذرة وجزيء المنغنيز:

سبائك المنغنيز

يستخدم المنغنيز بشكل رئيسي في إنتاج سبائك الفولاذ. يحتوي فولاذ المنغنيز الذي يحتوي على ما يصل إلى 15٪ Mn على صلابة وقوة عالية. يتم تصنيع أجزاء العمل من آلات التكسير والمطاحن الكروية وقضبان السكك الحديدية منها. بالإضافة إلى ذلك ، فإن المنغنيز هو أحد مكونات السبائك القائمة على المغنيسيوم. يزيد من مقاومتها للتآكل. سبيكة من النحاس مع المنغنيز والنيكل - المنجنيز لها معامل درجة حرارة منخفضة للمقاومة الكهربائية. بكميات صغيرة ، يتم تضمين المنغنيز في العديد من سبائك الألومنيوم.

أمثلة على حل المشكلات

مثال 1

مثال 2

المنغنيز عنصر كيميائي كتلته الذرية 54.9380 وعدده الذري 25 ، لون أبيض فضي ، ذو كتلة كبيرة ، موجود في الطبيعة كنظير مستقر يبلغ 35 Mn. تم تسجيل أول ذكر للمعدن من قبل العالم الروماني القديم بليني ، الذي أطلق عليه اسم "الحجر الأسود". في تلك الأيام ، تم استخدام المنجنيز كمنقي للزجاج ؛ أثناء عملية الذوبان ، تمت إضافة المنجنيز بيرولوزيت MnO 2 إلى المصهور.

في جورجيا ، استخدم بيرولوزيت المنغنيز منذ فترة طويلة كمادة مضافة أثناء إنتاج الحديد ، وكان يطلق عليه المغنيسيا السوداء وكان يعتبر أحد أنواع المغنتيت (خام الحديد المغناطيسي). في عام 1774 فقط ، أثبت العالم السويدي شيل أن هذا مركب من معدن غير معروف للعلم ، وبعد بضع سنوات ، حصل يو جان ، أثناء تسخين خليط من الفحم والبيرولوزيت ، على أول منجنيز ملوث بذرات الكربون.

التوزيع الطبيعي للمنجنيز

في الطبيعة ، عنصر المنغنيز الكيميائي غير منتشر ، في قشرة الأرض يحتوي فقط على 0.1٪ ، في الحمم البركانية 0.06-0.2٪ ، المعدن الموجود على السطح في حالة مشتتة ، له شكل Mn 2+. على سطح الأرض ، تحت تأثير الأكسجين ، تتشكل أكاسيد المنغنيز بسرعة ، وتنتشر المعادن Mn 3+ و Mn 4+ ، وفي المحيط الحيوي يكون المعدن غير نشط في بيئة مؤكسدة. المنغنيز عنصر كيميائي يهاجر بنشاط في ظل ظروف الاختزال ، المعدن متحرك للغاية في المسطحات المائية الطبيعية الحمضية في التندرا والمناظر الطبيعية للغابات ، حيث تسود بيئة مؤكسدة. لهذا السبب ، تحتوي النباتات المزروعة على نسبة عالية من المعادن ، وعقيدات المنغنيز الحديدي ، وتتشكل الخامات منخفضة النسبة في المستنقعات واللكوسترين في التربة.

في المناطق ذات المناخ الجاف ، تسود بيئة مؤكسدة قلوية ، مما يحد من حركة المعدن. هناك نقص في المنغنيز في النباتات المزروعة ، ولا يمكن للإنتاج الزراعي الاستغناء عن استخدام الإضافات الدقيقة المعقدة الخاصة. في الأنهار ، لا ينتشر العنصر الكيميائي على نطاق واسع ، لكن الإزالة الكلية يمكن أن تصل إلى قيم كبيرة. يتواجد المنغنيز بكثرة بشكل خاص في المناطق الساحلية على شكل ترسيب طبيعي. في قاع المحيطات ، توجد رواسب كبيرة من المعدن تكونت في العصور الجيولوجية القديمة ، عندما كان القاع أرضًا جافة.

الخواص الكيميائية للمنغنيز

ينتمي المنغنيز إلى فئة المعادن النشطة ؛ في درجات الحرارة المرتفعة ، يتفاعل بنشاط مع غير المعادن: النيتروجين والأكسجين والكبريت والفوسفور وغيرها. نتيجة لذلك ، تتشكل أكاسيد المنغنيز المختلفة. في درجة حرارة الغرفة ، يعتبر المنجنيز عنصرًا كيميائيًا ذا نشاط ضئيل ؛ عندما يذوب في الأحماض ، فإنه يشكل أملاحًا ثنائية التكافؤ. عند تسخينها في الفراغ إلى درجات حرارة عالية ، يمكن أن يتبخر عنصر كيميائي حتى من السبائك المستقرة. تتشابه مركبات المنغنيز من نواحٍ كثيرة مع مركبات الحديد والكوبالت والنيكل ، والتي تكون في نفس حالة الأكسدة.

هناك تشابه كبير بين المنغنيز والكروم ، كما زادت المجموعة الفرعية المعدنية من الثبات في حالات الأكسدة الأعلى مع زيادة في العدد الترتيبي للعنصر. البرمنجنات هي عوامل مؤكسدة أقل من البرمنجنات.

بناءً على تكوين مركبات المنغنيز (II) ، يُسمح بتكوين معدن ذي حالات أكسدة أعلى ؛ يمكن أن تحدث مثل هذه التحولات في كل من المحاليل والأملاح المنصهرة.
استقرار حالات أكسدة المنغنيزيفسر وجود عدد كبير من حالات الأكسدة للمنغنيز لعنصر كيميائي من خلال حقيقة أنه في العناصر الانتقالية أثناء تكوين الروابط مع المدارات d ، يتم تقسيم مستويات طاقتها عند ترتيب رباعي السطوح وثماني السطوح ومربع من الروابط. يوجد أدناه جدول لحالات الأكسدة المعروفة حاليًا لبعض المعادن في الفترة الانتقالية الأولى.

حالات الأكسدة المنخفضة ، الموجودة في عدد كبير من المجمعات ، جديرة بالملاحظة. يحتوي الجدول على قائمة بالمركبات التي تكون فيها الروابط عبارة عن جزيئات محايدة كيميائيًا CO و NO وغيرها.

بسبب التعقيد ، يتم تثبيت حالات الأكسدة العالية للمنغنيز ؛ الأكسجين والفلور هما أنسب الروابط لذلك. إذا أخذنا في الاعتبار أن رقم تنسيق التثبيت يساوي ستة ، فإن أقصى استقرار يساوي خمسة. إذا كان العنصر الكيميائي المنغنيز يشكل معقدات أوكسو ، فيمكن تثبيت حالات الأكسدة الأعلى.

استقرار المنجنيز في حالات الأكسدة المنخفضة

تجعل نظرية الأحماض والقواعد اللينة والصلبة من الممكن تفسير استقرار حالات الأكسدة المختلفة للمعادن بسبب التعقيد عند تعرضها للروابط. تعمل عناصر النوع اللين بنجاح على تثبيت حالات الأكسدة المنخفضة للمعدن ، بينما تعمل العناصر الصلبة على استقرار حالات الأكسدة العالية بشكل إيجابي.

تشرح النظرية بشكل كامل الروابط المعدنية المعدنية ؛ رسميًا ، تُعتبر هذه الروابط تفاعلًا بين الحمض والقاعدة.

سبائك المنغنيز تسمح الخصائص الكيميائية النشطة للمنغنيز بتكوين سبائك مع العديد من المعادن ، في حين أن كمية كبيرة من المعادن يمكن أن تذوب في تعديلات معينة من المنغنيز وتثبيتها. النحاس والحديد والكوبالت والنيكل وبعض المعادن الأخرى قادرة على تثبيت تعديل γ ، والألمنيوم والفضة قادران على توسيع مناطق المغنيسيوم β و في السبائك الثنائية. تلعب هذه الخصائص دورًا مهمًا في علم المعادن. المنغنيز عنصر كيميائي يجعل من الممكن الحصول على سبائك ذات قيم عالية من اللدونة ؛ فهي قابلة للختم والتزوير والدرفلة.

في المركبات الكيميائية ، يختلف تكافؤ المنغنيز في غضون 2-7 ، تؤدي الزيادة في حالة الأكسدة إلى زيادة الخصائص المؤكسدة والحمضية للمنغنيز. جميع مركبات المنغنيز (+2) مختزلة. أكسيد المنغنيز له خصائص مختزلة ، لونه رمادي-أخضر ، لا يذوب في الماء والقلويات ، لكنه يذوب بشكل مثالي في الأحماض. هيدروكسيد المنغنيز Mn (OH) 3 لا يذوب في الماء بل لونه أبيض. يمكن أن يكون تكوين Mn (+4) عامل مؤكسد (أ) وعامل اختزال (ب).

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

يستخدم هذا التفاعل عندما يكون من الضروري الحصول على الكلور في المختبر.

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

يحدث هذا التفاعل في اندماج المعادن. MnO 2 (أكسيد المنغنيز) له لون بني ، والهيدروكسيد المقابل أغمق قليلاً في اللون.
الخصائص الفيزيائية للمنغنيزالمنغنيز عنصر كيميائي بكثافة 7.2-7.4 جم / سم 3 ، نقطة انصهار + 1245 درجة مئوية ، يغلي عند درجة حرارة + 1250 درجة مئوية. هناك أربعة تعديلات متعددة الأشكال متأصلة في المعدن:

1. α-Mn. لها شبكة شعرية مكعبة مركزها الجسم ، توجد 58 ذرة في خلية واحدة.
2. β- مين. لها شبكة شعرية مكعبة مركزها الجسم ، وهناك 20 ذرة في خلية واحدة.
3. γ- مين. لها شبكة رباعي الزوايا ، وهناك 4 ذرات في خلية واحدة.
4. δ- مين. لديه شعرية مكعبة محور الجسم.

درجات حرارة تحول المنغنيز: α = عند درجة حرارة +705 درجة مئوية ؛ β = γ عند درجة حرارة الغرفة + 1090 درجة مئوية ؛ γ = δ عند درجة حرارة الغرفة + 1133 درجة مئوية. نادرًا ما يستخدم التعديل الأكثر هشاشة ، α في علم المعادن. يتميز التعديل بأهم مؤشرات اللدونة ؛ وغالبًا ما يستخدم في علم المعادن. يعد التعديل β بلاستيكيًا جزئيًا ، ونادرًا ما يستخدم في الصناعة. نصف القطر الذري للمنغنيز لعنصر كيميائي هو 1.3 أ ، يتراوح نصف القطر الأيوني ، اعتمادًا على التكافؤ ، من 0.46 إلى 0.91. المنغنيز هو معامل تمدد حراري مغناطيسي 22.3 × 10 -6 درجة -1. يمكن تعديل الخصائص الفيزيائية بشكل طفيف اعتمادًا على نقاء المعدن وتكافؤه الفعلي.
طريقة إنتاج المنغنيزتستقبل الصناعة الحديثة المنجنيز وفقًا للطريقة التي طورها الكيميائي الكهربي VI Agladze عن طريق التحليل الكهربي لمحاليل المعادن المائية مع إضافة (NH 4) 2SO 4 ؛ أثناء العملية ، يجب أن تكون حموضة المحلول في نطاق درجة الحموضة = 8.0– 8.5 يتم غمر أنودات الرصاص والكاثودات المصنوعة من سبيكة تعتمد على التيتانيوم AT-3 في المحلول ؛ ويمكن استبدال كاثودات التيتانيوم بأخرى غير قابلة للصدأ. تستخدم الصناعة مسحوق المنغنيز ، والذي بعد انتهاء العملية يتم إزالته من الكاثودات ، يستقر المعدن على شكل رقائق. تعتبر طريقة الحصول عليها مكلفة من حيث الطاقة ، وهذا له تأثير مباشر على زيادة التكلفة. إذا لزم الأمر ، يتم إعادة صهر المنجنيز الذي تم جمعه ، مما يسهل استخدامه في علم المعادن.

المنغنيز هو عنصر كيميائي يمكن الحصول عليه من خلال عملية الهالوجين عن طريق كلورة الركاز وتقليل الهاليدات المتكونة. تزود هذه التقنية الصناعة بالمنجنيز بكمية من الشوائب التكنولوجية الدخيلة لا تزيد عن 0.1٪. يتم الحصول على المزيد من المعدن الملوث من خلال تفاعل الألمنيوم:

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

أو عن طريق الحرارة الكهربائية. لإزالة الانبعاثات الضارة في قاعات الإنتاج ، يتم تركيب تهوية قوية: مجاري الهواء البلاستيكية ، ومراوح الطرد المركزي. يتم تنظيم وتيرة تبادل الهواء من خلال اللوائح ويجب أن تضمن الإقامة الآمنة للأشخاص في مناطق العمل.
استخدام المنغنيزالمستهلك الرئيسي للمنغنيز هو علم المعادن الحديدية. كما يستخدم المعدن على نطاق واسع في صناعة الأدوية. يتطلب طن واحد من الفولاذ المصهور 8-9 كجم ؛ قبل إدخال عنصر كيميائي في سبيكة المنغنيز ، يتم خلطه مبدئيًا بالحديد للحصول على المنغنيز الحديدي. في السبيكة ، تصل نسبة المنجنيز لعنصر كيميائي إلى 80٪ ، والكربون يصل إلى 7٪ ، والباقي مشغول بالحديد والشوائب التكنولوجية المختلفة. بسبب استخدام المواد المضافة ، يتم زيادة الخصائص الفيزيائية والميكانيكية للفولاذ المصهور في أفران الصهر بشكل كبير. هذه التقنية مناسبة أيضًا لاستخدام المواد المضافة في أفران الصلب الكهربائية الحديثة. نظرًا لإضافة المنغنيز الحديدي عالي الكربون ، يتم إزالة الأكسدة وإزالة الكبريت من الفولاذ. مع إضافة المنغنيز الحديدي ذي الكربون المتوسط ​​والمنخفض ، تستقبل المعادن سبائك الفولاذ.

يحتوي الفولاذ منخفض السبائك على 0.9-1.6٪ منجنيز ، وسبائك فولاذية عالية تصل إلى 15٪. يحتوي الفولاذ الذي يحتوي على 15٪ منجنيز و 14٪ كروم على مؤشرات عالية للقوة البدنية ومقاومة التآكل. المعدن مقاوم للاهتراء ، ويمكن أن يعمل في ظروف درجات الحرارة القاسية ، ولا يخاف من الاتصال المباشر بالمركبات الكيميائية العدوانية. هذه الخصائص العالية تجعل من الممكن استخدام الفولاذ لتصنيع الهياكل والوحدات الصناعية الأكثر أهمية التي تعمل في ظروف صعبة.

المنغنيز عنصر كيميائي يستخدم أيضًا في صهر السبائك الخالية من الحديد. أثناء إنتاج شفرات التوربينات الصناعية عالية السرعة ، يتم استخدام سبيكة من النحاس والمنغنيز ، للمراوح ، يتم استخدام البرونز مع محتوى المنغنيز. بالإضافة إلى هذه السبائك ، يوجد المنغنيز كعنصر كيميائي في الألومنيوم والمغنيسيوم. إنه يحسن بشكل كبير خصائص أداء السبائك غير الحديدية ، ويجعلها قابلة للتشوه بشكل جيد ، ولا تخاف من عمليات التآكل ومقاومة التآكل.

سبائك الصلب هي المادة الرئيسية للصناعات الثقيلة ، ولا يمكن الاستغناء عنها أثناء إنتاج أنواع مختلفة من الأسلحة. تستخدم على نطاق واسع في بناء السفن وبناء الطائرات. إن وجود احتياطي استراتيجي من المنجنيز شرط للقدرة الدفاعية العالية لأي دولة. في هذا الصدد ، يتزايد إنتاج المعادن سنويًا. بالإضافة إلى ذلك ، المنجنيز عنصر كيميائي يستخدم أثناء إنتاج الزجاج ، الزراعة ، الطباعة ، إلخ.

المنغنيز في النباتات والحيوانات

في الطبيعة الحية ، يعتبر المنغنيز عنصرًا كيميائيًا يلعب دورًا مهمًا في التنمية. يؤثر على خصائص النمو وتكوين الدم وشدة عملية التمثيل الضوئي. في النباتات ، تبلغ قيمته عشرة آلاف من النسبة المئوية ، وفي الحيوانات ، مائة جزء من الألف في المائة. ولكن حتى هذا المحتوى الضئيل له تأثير ملحوظ على معظم وظائفهم. ينشط تأثيرات الإنزيمات ، ويؤثر على وظيفة الأنسولين والمعادن والتمثيل الغذائي المكون للدم. يسبب نقص المنجنيز ظهور أمراض مختلفة ، حادة ومزمنة.

المنغنيز عنصر كيميائي يستخدم على نطاق واسع في الطب. يقلل نقص المنجنيز من القدرة على التحمل ، ويسبب بعض أنواع فقر الدم ، ويعطل عمليات التمثيل الغذائي في أنسجة العظام. إن خصائص المنغنيز المطهرة معروفة على نطاق واسع ؛ حيث تستخدم محاليلها أثناء علاج الأنسجة الميتة.

تؤدي كمية المنجنيز غير الكافية في الغذاء الحيواني إلى انخفاض الوزن اليومي المكتسب. بالنسبة للنباتات ، يصبح هذا الموقف سببًا للإصابة بالحروق والتخضر وأمراض أخرى. إذا تم الكشف عن علامات التسمم ، يتم وصف علاج دوائي خاص. يمكن أن يتسبب التسمم الحاد في ظهور متلازمة باركنسون المنغنيز - وهو مرض مستعصي له تأثير سلبي على الجهاز العصبي المركزي للشخص.

تصل الاحتياجات اليومية من المنجنيز إلى 8 مجم ، وهي الكمية الأساسية التي يحصل عليها الشخص من الطعام. في هذه الحالة ، يجب أن يكون النظام الغذائي متوازنًا في جميع العناصر الغذائية. مع زيادة الحمل وعدم كفاية ضوء الشمس ، يتم تعديل جرعة المنجنيز بناءً على فحص الدم العام. توجد كمية كبيرة من المنجنيز في الفطر وجوز الماء والطحلب البط والرخويات والقشريات. يمكن أن يصل محتوى المنغنيز فيها إلى عدة أعشار من المائة.

عندما يدخل المنجنيز الجسم بجرعات زائدة ، يمكن أن تحدث أمراض أنسجة العضلات والعظام ، ويتأثر الجهاز التنفسي ، ويعاني الكبد والطحال. يستغرق إزالة المنجنيز من الجسم وقتًا طويلاً ؛ وخلال هذه الفترة تزداد الخصائص السامة مع تأثير التراكم. يجب أن يكون تركيز المنجنيز في الهواء المسموح به من قبل السلطات الصحية 0.3 مجم / م 3 ، ويتم رصد المعلمات في مختبرات خاصة عن طريق أخذ عينات من الهواء. تخضع خوارزمية الاختيار للوائح الحكومية.

تلقي الطلاء ، والذي يسمى الآن "Scheele greens" ، Arsine (AsH 3) ، الجلسرين ، حمض البوليك والهيدروسيانيك. صحيح أن سكيل لم يعزل المنغنيز ولا الموليبدينوم ولا التنغستن في شكل نقي ؛ وأشار فقط إلى أن المعادن التي فحصها تحتوي على هذه العناصر الجديدة.

تم العثور على العنصر رقم 25 في معدن البيرولوزيت MnO 2 -H 2 O ، والذي كان معروفًا أيضًا لـ Plinny the Elder. اعتبره بليني نوعًا من خام الحديد المغناطيسي ، على الرغم من أن البيرولوزيت لا ينجذب بواسطة المغناطيس. قدم بليني تفسيرا لهذا التناقض. يبدو الأمر مضحكا بالنسبة لنا ، لكن يجب ألا ننسى ذلك في القرن الأول. ميلادي يعرف العلماء عن المواد أقل بكثير مما يعرفه أطفال المدارس اليوم. لكن بالنسبة إلى بليني ، فإن البيرولوزيت هو "اللازورد المغنطيسي" (خام الحديد المغناطيسي) ، فهو أنثى فقط ، ولهذا السبب فإن المغناطيس "غير مكترث" بالنسبة له. ومع ذلك ، فقد بدأ استخدام "المغنيسيا السوداء" (كما كان يطلق عليه البيرولوزيت آنذاك) في صهر الزجاج ، حيث إنها تتمتع بخاصية رائعة لتفتيح الزجاج. ويرجع ذلك إلى حقيقة أن ثاني أكسيد المنغنيز في درجات الحرارة العالية يتخلى عن جزء من الأكسجين ويتحول إلى أكسيد من التركيبة Mn 2 O 3. يؤكسد الأكسجين المتحرر مركبات الكبريت في الحديد ، مما يعطي الزجاج لونًا داكنًا. لا يزال البيرولوزيت يستخدم "كمنقي" للزجاج.

تاريخ المنغنيز

في مخطوطات الخيميائي الشهير ألبرت الكبير (القرن الثالث عشر) ، يُطلق على هذا المعدن اسم "المغنيسيا". في القرن السادس عشر. يوجد بالفعل اسم "المنجنيز" ، والذي ربما أطلقه صانعو الزجاج ويأتي من كلمة "مانجانيدزين" - للتنظيف.

عندما كان شيل يبحث عن بيرولوزيت عام 1774 ، أرسل عينات من هذا المعدن إلى صديقه يوهان جوتليب هان. هان ، الذي أصبح فيما بعد أستاذًا كيميائيًا بارزًا في عصره ، دحرج الكرات من البيرولوزيت ، مضيفًا الزيت إلى الخام ، وقام بتسخينها بقوة في بوتقة مبطنة بالفحم. وكانت النتيجة كرات معدنية تزن ثلاث مرات أقل من كرات الركاز. كان هذا منجنيز. كان يطلق على المعدن الجديد في البداية اسم "المغنيسيا" ، ولكن منذ ذلك الوقت كان المغنيسيا الأبيض - أكسيد المغنيسيوم - معروفًا بالفعل ، تمت إعادة تسمية المعدن باسم "المغنسيوم" ؛ تم تبني هذا الاسم من قبل لجنة التسمية الفرنسية في عام 1787. ولكن في عام 1808 اكتشف همفري ديفي المغنيسيوم وأطلق عليه أيضًا اسم "المغنيسيوم" ؛ بعد ذلك ، لتجنب الارتباك ، بدأ يطلق على المنغنيز اسم "المنغنيز".

في روسيا ، كان يُطلق على البيرولوزيت اسم المنغنيز لفترة طويلة ، حتى عام 1807 م ، اقترح شيرير استدعاء المعدن الذي تم الحصول عليه من المنغنيز البيرولوزيت ، وكان المعدن نفسه يسمى المنغنيز الأسود في تلك السنوات.

خام المنغنيز

لا يوجد المنغنيز في شكله النقي في الطبيعة.يوجد في الخامات على شكل أكاسيد وهيدروكسيدات وكربونات. المعدن الرئيسي الذي يحتوي على المنغنيز هو نفس البيرولوزيت ، وهو حجر رمادي غامق ناعم نسبيًا. يحتوي على 63.2٪ منجنيز. هناك أيضا خامات المنغنيز الأخرى: psilomelan ، براونيت ، hausmanite ، المنجانيت. كل هذه أكاسيد وسيليكات للعنصر رقم 25. تكافؤ المنغنيز فيها يساوي 2 و 3 و 4. هناك مصدر آخر محتمل للعنصر رقم 25 - العقيدات التي تقع في قاع المحيطات وتتراكم المنغنيز وغيره. المعادن. لكن هناك محادثة خاصة عنهم.

تنقسم خامات المنغنيز إلى مواد كيميائية ومعدنية. الأول يحتوي على ما لا يقل عن 80٪ MnO 2. يتم استخدامها في الخلايا الجلفانية (ثاني أكسيد المنغنيز مزيل استقطاب ممتاز) ، في إنتاج الزجاج ، السيراميك ، الأصباغ المعدنية ، "برمنجنات البوتاسيوم" (KMnO 4) وبعض المنتجات الأخرى للصناعة الكيميائية.

والحديد ليس فقط جيرانًا وفقًا للجدول الدوري ، بل يوجد الحديد دائمًا في خامات المنغنيز. لكن في خامات الحديد ، لا يوجد المنغنيز (بكميات كافية) ، للأسف ، دائمًا. لسوء الحظ - لأن العنصر رقم 25 هو أحد أهم إضافات صناعة السبائك.

توجد رواسب من خامات المنغنيز في جميع القارات. يمثل بلدنا حوالي 50 ٪ من الإنتاج العالمي لخامات المنغنيز. الهند وغانا والمغرب والبرازيل وجمهورية جنوب إفريقيا غنية أيضًا بالمنجنيز. تضطر معظم الدول المتقدمة صناعيًا إلى استيراد خام المنجنيز من الخارج ، نظرًا لأن رواسبها الخاصة لا تلبي احتياجات المعادن الحديدية سواء من حيث الكمية أو الجودة. لا يوفر بلدنا علمه المعدني الكامل بخام المنغنيز عالي الجودة فحسب ، بل يصدره أيضًا بكميات كبيرة.

قبل الحرب العالمية الثانية في الاتحاد السوفياتي ، تم استخراج خام المنغنيز في منطقتين - في شياتورا (جورجيا) وبالقرب من نيكوبول (أوكرانيا). عندما احتل النازيون حوض نيكوبول أثناء الحرب ، تم تطوير رواسب جديدة من خامات المنجنيز في جبال الأورال وكازاخستان في وقت قصير للغاية. تلقت المعادن الحديدية السوفيتية ما يكفي من المنغنيز وتمكنت من توفير فولاذ عالي الجودة لدروع الدبابات وقطع المدفعية.

منجنيز نقي

لقد تم بالفعل ذكر أن المنغنيز المعدني الأول تم الحصول عليه عن طريق تقليل البيرولوزيت بالفحم: MnO2 + C → Mn + 2CO. لكنها لم تكن عنصر المنغنيز. مثل جيرانه في الجدول الدوري - الكروم والحديد ، يتفاعل المنغنيز مع الكربون ويحتوي دائمًا على خليط من الكربيد. هذا يعني أنه لا يمكن الحصول على المنجنيز النقي بمساعدة الكربون. في الوقت الحاضر ، يتم استخدام ثلاث طرق للحصول على المنجنيز المعدني: السليكوثرميك (الاختزال بالسيليكون) ، الألمنيوم (الاختزال بالألمنيوم) ، والإلكتروليت.

الطريقة الأكثر انتشارًا هي طريقة الألمنيوم الحرارية ، التي تم تطويرها في نهاية القرن التاسع عشر. في هذه الحالة ، من الأفضل عدم استخدام بيرولوزيت كمادة خام منجنيز ، ولكن استخدام أكسيد أكسيد المنغنيز Mn 3 O 4. يتفاعل البيرولوزيت مع الألمنيوم لتوليد قدر كبير من الحرارة بحيث يصبح التفاعل بسهولة لا يمكن السيطرة عليه. لذلك ، قبل تقليل البيرولوزيت ، يتم إطلاقه ، ويتم خلط أكسيد النيتروز الذي تم الحصول عليه بالفعل بمسحوق الألومنيوم وإشعال النار فيه في حاوية خاصة. يبدأ التفاعل 3Mn 3 O 4 + 8Al → 9Mn + 4Al 2 O 3 - سريعًا إلى حد ما ولا يتطلب استهلاكًا إضافيًا للطاقة. يتم تبريد المصهور الناتج ، ويتم شق الخبث الهش ، ويتم تكسير سبيكة المنغنيز وإرسالها لمزيد من المعالجة.

ومع ذلك ، فإن طريقة الألمنيوم الحرارية ، مثل الطريقة الحرارية السليكونية ، لا تنتج منجنيز عالي النقاء. يمكن تنقية المنغنيز الألوميني الحراري عن طريق التسامي ، لكن هذه الطريقة غير فعالة ومكلفة. لذلك ، كان علماء المعادن يبحثون منذ فترة طويلة عن طرق جديدة للحصول على المنجنيز المعدني النقي ، وبطبيعة الحال ، يأملون في المقام الأول في التكرير بالتحليل الكهربائي. ولكن على عكس النحاس والنيكل والمعادن الأخرى ، فإن المنغنيز المترسب على الأقطاب الكهربائية لم يكن نقيًا: لقد كان ملوثًا بشوائب الأكسيد. علاوة على ذلك ، كان المعدن الناتج مساميًا وهشًا وغير مناسب للمعالجة.

حاول العديد من العلماء المشهورين إيجاد الطريقة المثلى للتحليل الكهربائي لمركبات المنغنيز ، لكن دون جدوى. تم حل هذه المشكلة في عام 1939 من قبل العالم السوفيتي R. I. وفقًا لتقنية التحليل الكهربائي التي طورها ، يتم الحصول على معدن كثيف إلى حد ما من أملاح الكلوريد وحمض الكبريتيك ، والتي تحتوي على ما يصل إلى 99.98 ٪ من العنصر رقم 25. شكلت هذه الطريقة الأساس للإنتاج الصناعي للمنغنيز المعدني.

ظاهريا ، هذا المعدن مشابه للحديد ، إلا أنه أصعب منه. يتأكسد في الهواء ، ولكن ، مثل الألمنيوم ، يغطي فيلم الأكسيد سطح المعدن بالكامل ويمنع المزيد من الأكسدة. يتفاعل المنغنيز بسرعة مع الأحماض ، ويشكل النيتريد مع النيتروجين ، والكربيدات مع الكربون. بشكل عام ، معدن نموذجي.

عادة ما يضاف المنغنيز إلى الفولاذ مع عناصر أخرى - الكروم والسيليكون والتنغستن. ومع ذلك ، يوجد الفولاذ الذي لا يحتوي إلا على الحديد والمنغنيز والكربون. هذا هو ما يسمى الصلب هادفيلد. يحتوي على 1-1.5٪ كربون و 11-15٪ منجنيز. الصلب من هذه الدرجة لديه مقاومة تآكل كبيرة وصلابة. يتم استخدامه لتصنيع الكسارات التي تطحن أصعب الصخور وأجزاء الحفارات والجرافات. تصل صلابة هذا الفولاذ إلى حد أنه لا يصلح للمعالجة الآلية ؛ ويمكن فقط صب أجزاء منه. بشكل عام ، هناك عدد غير قليل من الفولاذ الذي يحتوي على المنغنيز. بتعبير أدق ، لا يوجد فولاذ واحد لا يحتوي على المنجنيز بكميات معينة. بعد كل شيء ، يأتي المنغنيز إلى الفولاذ من الحديد الزهر. ومع ذلك ، في بعض الأحيان تكون كمياته صغيرة جدًا بحيث لا يتم إدخال الحرف G في درجة الفولاذ. ومع ذلك ، ليس الحديد وحده هو الذي يحسن خصائص المنغنيز. وبالتالي ، فإن سبائك النحاس والمنغنيز لديها قوة عالية ومقاومة للتآكل. تتكون شفرات التوربينات من هذه السبائك ، كما أن مراوح الطائرات وأجزاء الطائرات الأخرى مصنوعة من برونز المنغنيز.

المنغنيز لا يلمع كالذهب ، لا يتدفق مثل ، لا يومض في الهواء مثل الصوديوم. لكن هذا المعدن الرمادي غير الملحوظ ظاهريًا أمر حيوي: طالما أن الحديد يهيمن على التكنولوجيا ، فستكون هناك حاجة أيضًا إلى رفيقه الأمين ، المنغنيز.

المنغنيز في الجسم

في بداية القرن الماضي ، كان من المعروف أن المنغنيز جزء من الكائنات الحية. لقد ثبت الآن وجود كميات ضئيلة من المنجنيز في جميع الكائنات الحية النباتية والحيوانية. إنه غائب فقط في بروتين بيضة الدجاج وقليل جدًا في الحليب. يتوزع المنغنيز بشكل غير متساوٍ في الجسم. على سبيل المثال ، تحتوي 100 جرام من المادة الجافة من سيقان العنب على 191 مجم منجنيز ، والجذور - 130 مجم ، والتوت - 70 مجم فقط. في دم الإنسان ومعظم الحيوانات ، يبلغ محتوى المنجنيز حوالي 0.02 مجم / لتر. الاستثناء هو الأغنام التي يكون دمها أغنى بالمنجنيز - 0.06 ملغم / لتر. ثبت أن المنغنيز يلعب دورًا مهمًا في عملية التمثيل الغذائي. في النباتات ، يسرع من تكوين الكلوروفيل ويزيد من قدرتها على تصنيع فيتامين سي. لذلك ، فإن إدخال المنغنيز في التربة يزيد بشكل كبير من غلة العديد من المحاصيل ، وخاصة القمح الشتوي والقطن.

يؤثر نقص المنجنيز في الغذاء الحيواني على نموها وحيويتها. الفئران التي تغذت فقط على الحليب الذي يحتوي على القليل جدًا من المنجنيز فقدت قدرتها على التكاثر. عندما تمت إضافة كلوريد المنغنيز إلى طعامهم ، تمت استعادة هذه القدرة.

يؤثر العنصر رقم 25 أيضًا على عمليات تكون الدم. بالإضافة إلى ذلك ، فإنه يسرع من تكوين الأجسام المضادة التي تحيد الآثار الضارة للبروتينات الأجنبية. قام أحد العلماء الألمان بحقن خنازير غينيا بجرعات قاتلة من بكتيريا التيتانوس والدوسنتاريا. إذا تم بعد ذلك إعطاء مصل التيتانوس ومضاد المساريق فقط ، فلن يساعد ذلك الحيوانات. أدى إدخال مصل الدم وكلوريد المنغنيز إلى علاج خنازير غينيا. يعمل التسريب الوريدي لمحلول كبريتات المنغنيز على إنقاذ أولئك الذين عضتهم كاراكورت - أكثر العناكب السامة في آسيا الوسطى.