Марганец (Mn)

[manganese] — элемент VII группы Периодической системы; атомный номер 25; атомная масса 54,938; тяжелый серебристо-белый металл. В природе элемент представлен одним стабильным изотопом ⁵⁵Mn. Металлический Mn впервые был получен в 1774 г. шведским ученым Ю. Ганом. Среднее содержание Mn в земной коре 0,1 %, в большинстве изверж. пород 0,06 — 0,2 мас. %, где он находится в рассеянном состоянии Мп2+ (аналог Fe₂+). Важнейшие рудообразующие минералы: пиролюзит МпО₂ (63,2 % Mn), псиломелан mMnO • МпО₂(45-60 % Mn), манганит МпО₂ • Mn(ОН)2 (62,5 % Mn), вер-надит МпО₂-H₂О (44-52 % Mn), браунит Мп2O₃ (69,5 % Mn), гаусманит Mn,О₄ (72 % Mn), родохрозит МпСO₃ (47,8 % Mn), оли-гонит (Mn, Fe) СО, (23-32 % Mn), манга-нокальцит (Са, Mn)СO₃ (до 20-25 % Mn) и др. Марганцевые руды, имеющие наибольшее промышышленное значение: оксиды псиломелано-пиролюзитовые и манганитовые с 19 — 36 % Mn, карбонатные, преимущественно родохрозитовые, олигонитовые, мангано-кальцитовые с 16 — 25 % Mn.
Mn имеет 4 полиморфные модификации: α (ОЦК решетка с 58 атомами в элементарной ячейке), β (ОЦК решетка с 20 атомами в ячейке), γ (тетрагональная с 4 атомами в ячейке) и σ (ОЦК решетка). Температура превращений: α σ β 705 °С, β ⇔ γ 1090 °С, γ⇔σ 1133 °С; α-Mn хрупок; γ-Mn (и отчасти σ-Mn) пластичен. Физические свойства α-Mn: γ_{25 °С} = 7,2—7,4 г/см³; t_пл = 1245 °С; t_кип =2150 °С; с = 0,478 Дж/(г • К); α_{20 °С}= 22,3 • 10_-6К^-1; λ_{25 °С} = 66,57 Вт/(м•К); ρ = 1,5+2,6 мкОм•м. Mn достаточно химически активен, при нагревании энергично взаимодействует с неметаллами: кислородом (образ, смесь оксидов Mn разной валентности), азотом (Mn₄N, Mn₂N, Mn₃N₂), серой (MnS, MnS₂), углеродом (Mn₃C, Mn₂₃C₆, Mn₇C₃, Mn₅C₆), фосфором (Mn₂Р, MnР) и др. При комнатной температуре Mn на воздухе не изменяется; очень слабо реагирует с водой. В кислотах (НСl, разбавленной H₂SO₄) легко растворяется, образуя соли Mn²⁺. При нагревании в вакууме Mn легко испаряется даже из сплавов. Mn образует сплавы со многими химическими элементами; большинство металлов растворяется в отдельных его модификациях и стабилизирует их. Так, Cu, Fe, Co, Ni и др. стабилизируют γ-модификацию. Al, Ag, и др. расширяют области β и α-Mn в двойных сплавах. В соединениях Mn обычно проявляет валентность от 2 до 7 (наиболее устойчивы степени окисления +2, +4 и +7).
Наиболее чистый Mn получают в промышленности по способу грузинского электрохимика Р. Н. Агладзе электролизом водного раствора MnSO₄ с добавкой (NH₄)₂SO₄ при рН = 8,0—8,5. Процесс ведут с Pb-анодами и катодами из Ti-сплава или нержавеющей стали. Чешуйки Mn снимают с катодов и, если необходимо, переплавляют. Галогенным процессом, например, хлорированием руды Mn и восстановлением галогенидов получают Mn с суммой примесей около 0,1 %. Менее чистый Mn получают алюминотермией по реакции:
3Mn₃O₄+ 8Al = 9Mn + 4Аl₂O₃,
а также электротермией. Ферросплавная промышленность производит высоко-, средне- и низкоуглеродистый ферромарганец (сплав с Fe), силикомарганец (сплав с Si), металлический Mn, азотированный Mn и лигатуры на основе Mn. Основной потребитель Mn — ЧМ, расходующая для раскисления и легирования в среднем около 8 — 9 кг Mn на 1 т выплавленной стали. Для введения Mn в сталь применяют чаще всего ферро- и силикомарганец. Mn используется также при производстве сплавов на нежелезной основе, например, на основе Cu, Al, Mg, которые широко применяются в различных отраслях техники. Соединения Mn применяют для изготовления гальванических элементов, в производстве стекла и керамической промышленности; в красильной и полиграфической промышленности, в сельском хозяйстве и т.д.:

Смотри также:
— металлический марганец
— азотированный марганец