7.1. Положение в таблице Д.И. Менделеева, возможные валентности и степени окисления

Марганец расположен в побочной подгруппе VII группы периодической системы Д.И. Менделеева. Это элемент, обладающий переменной валентностью. В соединениях марганец проявляет степени окисления +2, +3, +4, +6, +7, основными из которых являются степени окисления +2 и +4.

MnCl2, Mn2O3, MnO2, K2MnO4, HMnO4

7.2. Краткая история открытия и происхождение названия

Марганец был открыт в 1774 г. шведскими химиками К.Шееле и Ю.Ганном при прокаливании минерала пиролюзита (MnO2) с углем. Название элемента, вероятно, представляет собой искаженное слово «манганес», что означает «обесцвечиваю, навожу блеск». Это название имеет ремесленное происхождение и связано с обесцвечивающим действием пиролюзита на стекло при плавлении.

7.3. Физические и химические свойства

Марганец – серебристый, довольно тугоплавкий металл. На воздухе и в воде он пассивируется, но в мелкораздробленном состоянии может быть окислен и взаимодействует с водой с образованием гидроксида. В целом марганец можно охарактеризовать как достаточно активный металл (особенно в мелкодисперсном состоянии).

Н2 (–).

О2 (+):

Mn + O2 = MnO2 (t = 400 °C).

Металлы (–).

Неметаллы (+):

Mn + Cl2 = MnCl2,

Mn + S = MnS,

3Mn + N2 = Mn3N2.

Н2О (+/–):

Mn + 2H2O = Mn(OH)2 + Н2

Основные оксиды (–).

Кислотные оксиды (–).

Основания (–).

Кислоты-неокислители (+):

Mn + 2HCl = MnCl2 + H2.

Кислоты-окислители (+):

Mn + 2H2SO4(конц.) = MnSO4 + SO2 + 2H2O,

3Mn + 8HNO3(р-р) = 3Mn (NO3)2 + 2NO + 4H2O,

Mn + 4HNO3(конц.) = Mn (NO3)2 + 2NO2 + 2H2O.

Соли (+/–):

Mn + CuCl2 = MnCl2 + Cu,

Mn + CаCl2  реакция не идет.

7.4. Нахождение в природе и основные методы получения

В  п р и р о д е марганец в основном встречается в виде оксидов, поэтому основным промышленным м е т о д о м  п о л у ч е н и я  марганца является его восстановление (обычно с помощью кремния, углерода или алюминия):

MnO2 + C = Mn + CO2,

3Mn3O4 + 8Al = 9Mn + 4Al2O3

Кроме того, марганец получают, проводя электролиз растворов его солей, например:

2MnSO4 + 2H2O = 2Mn + O2 + 2H2SO4

7.5. Важнейшее соединение марганца – перманганат калия. Продукты его восстановления в зависимости от среды раствора

Перманганат калия (KMnO4) – соль марганцовой кислоты HMnO4. Марганцовая кислота является очень сильной, существует только в водном растворе. Перманганат калия – самая известная и широко применяемая соль этой кислоты. Это кристаллическое вещество темно-фиолетового, почти черного цвета, умеренно растворимое в воде. Растворы перманганата калия слабой концентрации имеют малиновый цвет, при повышении концентрации цвет становится фиолетовым (такая окраска свойственна перманганат-иону). В водных растворах эта соль не подвергается гидролизу, т.к. образована сильным основанием и сильной кислотой. При нагревании перманганат калия легко разлагается с образованием манганата калия, оксида марганца(IV) и кислорода:

2KMnO4 = K2MnO4 + MnO2 + O2.

Перманганат калия является сильным окислителем за счет перманганат-иона, содержащего марганец в высшей степени окисления +7. Характер продуктов восстановления KMnO4 зависит от того, в какой среде происходит реакция.

В кислой среде перманганат-ионы восстанавливаются до ионов Mn2+. За счет образования неокрашенных солей марганца цвет раствора меняется от фиолетового до бесцветного.

MnO4- (pH<7) = Mn2+

2KMnO4 + 5Na2SO3 + 6HCl = 2MnCl2 + 5Na2SO4 + 2KCl + 3H2O.

В нейтральной среде перманганат-ионы восстанавливаются до оксида марганца(IV), выпадает бурый осадок MnO2, степень окисления марганца понижается от +7 до +4.

MnO4- (pH=7) = MnO2

2KMnO4 + 3Na2SO3 + H2O = 2MnO2 + 3Na2SO4 + 2KOH.

В щелочной среде перманганат-ионы восстанавливаются до манганат-ионов. В результате раствор приобретает зеленый цвет; степень окисления марганца понижается от +7 до +6.

MnO4- (pH>7) = MnO4-2 

2KMnO4 + Na2SO3 + 2KOH = 2K2MnO4 + Na2SO4 + H2O.

Как окислитель перманганат калия широко применяется в лабораторной практике. Кроме того, марганцовку широко применяют в медицине в качестве антисептического средства. Находит применение перманганат калия и как твердый источник для получения кислорода.