§ 50.2. Злучэнні марганцу ў розных ступенях акіслення

Марганец размешчаны ў VIIВ-групе. Электронная канфігурацыя валентнасці слоя атамаў 3d⁵4s². Гэтым тлумачыцца праяўленне марганцам у злучэннях ступеней акіслення +2, +3, +4, +5, +6, +7, прычым найбольш характэрныя +2, +4, +7.

Прыклады злучэнняў марганцу ў розных ступенях акіслення прыведзены ў табліцы 31.1.

Табліца 31.1. Уласцівасці злучэнняў марганцу ў розных ступенях акіслення

Ступень акіслення	0	+2	+4	+6	+7
Формула злучэння	Mn	MnCl2	MnO2	K2MnO4	KMnO4
Назва злучэння	Марганец	Хларыд марганцу(II)	Аксід марганцу(IV)	Манганат калію	Перманганат калію
Афарбоўка	Серабрысты метал	Ружовая	Чорна-карычневая	Зялёная	Фіялетавая
Асяроддзе, у якім устойлівая ступень акіслення		Кіслая, нейтральная	Нейтральная	Шчолачная	Кіслая, нейтральная
Уласцівасці	Узмацняюцца акісляльныя ўласцівасці

Са злучэнняў, якія ўтрымліваюць марганец, у прыродзе найбольш часта сустракаецца мінерал піралюзіт (MnO₂). Прамысловае значэнне таксама маюць мінералы гаўсманіт (Mn₃O₄) і браўніт (Mn₂O₃). У самародным выглядзе марганец не сустракаецца.

Марганец — серабрыста-белы цвёрды крохкі метал. Яго шчыльнасць роўная 7,44 г/см³, тэмпература плаўлення — 1244 °С.

Марганец атрымліваюць або электролізам раствору MnSО₄, або аднаўленнем з яго аксідаў крэмніем у электрычных печах.

Наяўнасць на знешнім слоі атамаў марганцу двух s-электронаў вызначае металічныя ўласцівасці яго як простага рэчыва.

Актыўнасць металічнага марганцу даволі высокая. На паветры ён пакрываецца тонкай аксіднай плёнкай, якая абараняе яго ад далейшага акіслення нават пры награванні. Але ў выглядзе парашку марганец хутка акісляецца кіслародам паветра. Пры гэтым утвараюцца аксіды рознага саставу (Mn₃O₄, Mn₂O₃, MnO₂) у залежнасці ад тэмпературы апрацоўкі.

У радзе актыўнасці металаў марганец знаходзіцца паміж алюмініем і цынкам, таму ён добра раствараецца ў кіслотах. Пры гэтым утвараюцца злучэнні марганцу ў ступені акіслення +2:

Mn + 2HCl = MnCl₂ + H₂↑.

У найбольш распаўсюджаным прыродным злучэнні — мінерале піралюзіт MnO₂ — марганец знаходзіцца ў ступені акіслення +4. У гэтай ступені акіслення ён праяўляе як акісляльныя, так і аднаўленчыя ўласцівасці. Пры гэтым MnO₂ — даволі моцны акісляльнік:

MnO₂ + 2KBr + 2H₂SO₄ = MnSO₄ + Br₂ + K₂SO₄ + 2H₂O.

Аднаўленчыя ўласцівасці MnO₂ праяўляюцца ў шчолачным асяроддзі або ў шчолачных расплавах солей у прысутнасці акісляльнікаў (KNO₃, KClO₃):

MnO₂ + KNO₃ + K₂СО₃ K₂MnO₄ + KNO₂ + СO₂.

Манганат таксама можа быць атрыманы добра вядомым вам спосабам — раскладаннем перманганату калію (трывіяльная назва — марганцоўка) пры награванні вышэй за 200 °С:

2KMnO₄ K₂MnO₄ + MnO₂ + O₂.

Марганец у ступені акіслення +7 утварае аксід марганцу(VII) — Mn₂O₇, марганцавую кіслату НMnO₄ і яе солі — перманганаты, напрыклад KMnO₄.

Аксід марганцу(VII) вельмі няўстойлівы і раскладаецца з выбухам, таму ў лабараторнай практыцы не выкарыстоўваецца. Ён з’яўляецца моцным акісляльнікам. У выпадку кантакту з ім запальваюцца папера і спірты.

У водных растворах перманганаты — моцныя акісляльнікі. Прадукты аднаўлення залежаць ад рН асяроддзя, у якім працякае рэакцыя.

Звернемся да хімічнага эксперыменту і прасочым, як уплывае рН асяроддзе на аднаўленне перманганату калію.

Прыгатуем разбаўлены раствор перманганату калію, які павінен мець слабую фіялетавую афарбоўку.

У тры прабіркі ўнясем па 3–4 кроплі гэтага раствору. У першую прабірку дабавім 2–3 кроплі вады, у другую — столькі ж раствору сернай кіслаты, у трэцюю — 3–4 кроплі раствору гідраксіду натрыю (з масавай доляй 30 %). Ва ўсе тры прабіркі дададзім па некалькі крышталікаў сульфіту натрыю (або нітрыту натрыю) і змяшаем. На малюнку 118.2 паказана, як выглядаюць прабіркі пасля заканчэння рэакцыі.

Вынікі назіранняў занясем у табліцу 31.2.

Табліца 31.2. Вынікі ўзаемадзеяння раствору KMnO₄ з Na₂SO₃

Асяроддзе раствору	H2O, рН = 7	H2SO4, pH < 7	KOH, рН > 7
Афарбоўка раствору	Бясколерны раствор, буры асадак	Слаба ружовы, амаль бясколерны	Зялёны
Прадукт	MnO2	MnSO4	Na2MnO4

Вынікі назірання дазваляюць выказаць здагадку аб працяканні хімічных рэакцый, якія можна апісаць наступнымі ўраўненнямі:

• у шчолачным асяроддзі:

;

• у нейтральным асяроддзі:

;

• у кіслым асяроддзі:

.

Такім чынам, у кіслым асяроддзі перманганат-іон праяўляе найбольш высокую акісляльную здольнасць.

Пытанні, заданні, задачы

1. Якія ступені акіслення найбольш характэрныя для атамаў марганцу? Прывядзіце электронна-графічныя схемы атама марганцу ў гэтых ступенях акіслення.

2. Вызначце ступені акіслення марганцу ў наступных аксідах: MnO, Mn₂О₃, MnО₂, Mn₃О₄, Мn₂O₇.

3. Прывядзіце ўраўненні хімічных рэакцый, якія працякаюць пры награванні аксіду марганцу(IV) з канцэнтраванай салянай кіслатой і пры яго сплаўленні з сумессю гідраксіду і нітрату натрыю. Якія ўласцівасці праяўляе MnO₂ у гэтых рэакцыях?

4. Скончыце ўраўненні рэакцый:

KMnO₄ + H₂O₂ + H₂SO₄ → …;

MnO₂ + NaNO₃ + NaOH  …;

5. Марганцоўку (KMnO₄) у лабараторыі выкарыстоўваюць для атрымання кіслароду. Прапануйце спосаб перапрацоўкі рэчываў, якія засталіся пасля рэакцыі, зноў у перманганат калію.

6. Па якіх знешніх прыкметах можна вызначыць, у якім асяроддзі працякала рэакцыя аднаўлення KMnO₄?

7. Укажыце падабенства і адрозненне ў будове атамаў VIIA- і VIIB-груп на прыкладзе марганцу і хлору.

8. Найбольш чысты металічны марганец атрымліваюць метадам электролізу. Папярэдне руду, якая ўтрымлівае піралюзіт, аднаўляюць да злучэнняў марганцу са ступенню акіслення +2, а потым раствараюць у сумесі сернай кіслаты з сульфатам амонію. Атрыманы раствор MnSО₄ падвяргаюць электролізу. Знятыя з катодаў асадкі металу пераплаўляюць у зліткі. Прывядзіце ўраўненні магчымых для гэтага тэхналагічнага працэсу хімічных рэакцый.

9. Чаму роўная маса калійнай салетры, што выдаткоўваецца на атрыманне манганату калію з тэхнічнага аксіду марганцу(IV) масай 4,35 кг, які змяшчае 12 % прымесей? Выхад прадукту лічыць 100 %.

10. Вылічыце малярную канцэнтрацыю сульфату жалеза(II), калі на поўнае акісленне 25 см³ яго падкісленага раствору пайшло 20 см³ раствору перманганату калію, у якім малярная канцэнтрацыя KMnO₄ склала 0,125 моль/дм³. Шчыльнасці раствораў прыняць роўнымі 1 г/см³.

Самакантроль

1. Марганец у прамысловасці атрымліваюць:

• а) электролізам раствору MnSО₄;
• б) аднаўленнем з яго аксідаў крэмніем у электрычных печах;
• в) аднаўленнем вугалем у доменных печах;
• г) электролізам расплаваў солей.

2. Пры ўзаемадзеянні з кіслародам паветра марганец утварае аксіды:

• а) Mn₃O₄;
• б) Mn₂O₃;
• в) MnO₂;
• г) Mn₂O₇.

3. У моцнашчолачным асяроддзі Mn(II) утварае, як правіла, злучэнні:

• a) ;
• б) ;
• в) ;
• г) .

4. Найбольш моцнымі акісляльнымі ўласцівасцямі валодае злучэнне:

• а) MnO;
• б) MnO₂;
• в) MnSO₄;
• г) KMnO₄.

5. Марганец з’яўляецца акісляльнікам у рэакцыях:

• a) 2KMnO₄ K₂MnO₄ + MnO₂ + O₂;
• б) 2K₂MnO₄ + С₂Н₅ОН + H₂O = 2MnO₂ + СН₃СООН + 4KОН;
• в) 3MnSO₄ + 2KClO₃ + 12KОН 3K₂MnO₄ + 2KСl + 3K₂SO₄ + 6H₂O;
• г) K₂MnO₄ + 2K₂SO₃ + 2H₂SО₄ = MnSО₄ + 3K₂SO₄ + 2H₂O.