Materiały pochodzą z Platformy Edukacyjnej Portalu www.szkolnictwo.pl Wszelkie treści i zasoby edukacyjne publikowane na łamach Portalu www.szkolnictwo.pl mogą być wykorzystywane przez jego Użytkowników wyłącznie w zakresie własnego użytku osobistego oraz do użytku w szkołach podczas zajęć dydaktycznych. Kopiowanie, wprowadzanie zmian, przesyłanie, publiczne odtwarzanie i wszelkie wykorzystywanie tych treści do celów komercyjnych jest niedozwolone. Plik można dowolnie modernizować na potrzeby własne oraz do wykorzystania w szkołach podczas zajęć dydaktycznych.

Spis treści Podstawowe dane Właściwości fizyczne manganu Występowanie i otrzymywanie manganu Właściwości chemiczne manganu Związki manganu na II stopniu utlenienia Związki manganu na IV stopniu utlenienia Związki manganu na VI stopniu utlenienia Związki manganu na III i V stopniu utlenienia Związki manganu na VII stopniu utlenienia Wpływ środowiska reakcji na redukcję jonów MnO4- Redukcja jonów MnO4- w środowisku kwaśnym Redukcja jonów MnO4- w środowisku obojętnym Redukcja jonów MnO4- w środowisku zasadowym Podsumowanie Dla dociekliwych

Podstawowe dane Symbol Mn Nazwa łacińska Manganum Nazwa angielska Manganese Liczba atomowa 25 Masa atomowa 54,94 u Elektroujemność (Pauling) 1,55 Stopnie utlenienia +2,+4,+6,+7 (+3,+5) Konfiguracja elektronowa Grupa 7 (VII B) Okres IV Blok energetyczny d Izotopy Trwały jest tylko izotop 55Mn, który stanowi niemal 100% składu izotopowego manganu występującego w naturze.

Występowanie i otrzymywanie Mangan stanowi 0,08% masy skorupy ziemskiej. Najważniejszą rudą manganu jest braunsztyn lub piroluzyt MnO2, zanieczyszczony zawsze przez związki żelaza. Poza tym w metalurgii manganu mają znaczenie braunit Mn2O3, manganit MnO(OH), hausmanit Mn3O4 i szpat manganu MnCO3. Obecny jest w centrach reaktywności wielu enzymów (jest niezbędny dla zdrowia jako katalizator w metabolizmie węglowodanów i lipidów). Metaliczny mangan można otrzymać poprzez: - redukcję tlenków glinem w reakcji aluminotermii: 3MnO2 + 4Al → 2Al2O3 + 3Mn 3Mn3O4 + 8Al →9Mn + 4Al2O3 elektrolizę wodnych roztworów soli manganu (II), - w wyniku redukcji MnO2 węglem.

Właściwości fizyczne Stan skupienia stały Budowa krystaliczna Barwa srebrzysta - szara Gęstość 7,4 g/cm3 Twardość (prawie tak twardy jak skaleń) Kruchość kruchy (można proszkować w moździerzu) Ciepło właściwe 486 J/kg×K Temperatura topnienia 1220oC Temperatura wrzenia 2060°C Przewodność elektryczna 0,695×106 S/m Właściwości magnetyczne paramagnetyk Zależnie od temperatury, przyjmuje cztery formy alotropowe mające różne gęstości: poniżej 700 °C: odmiana α, między 700 °C a 1079 °C: odmiana β, między 1079 °C a 1143°: odmiana γ, powyżej 1143°: odmiana δ

Właściwości chemiczne Mangan w szeregu napięciowym metali zajmuje miejsce między glinem i cynkiem, dlatego łatwo rozpuszcza się w kwasach nieutleniających wypierając wodór i tworzy sole, w których występuje jako jon Mn2+, z wody wypiera wodór. W stanie litym w powietrzu w temperaturze pokojowej jest trwały, natomiast rozdrobniony utlenia się łatwo. Ogrzewany na powietrzu spala się na tlenek manganu (II). Reaguje z siarką, chlorem, a nawet z azotem ( w t >1200oC) dając azotek Mn3N2. Wykazuje zdolność do występowania na różnych stopniach utlenienia od +1 do +7 ( 7 elektronów walencyjnych). Najważniejsze stopnie utlenienia to II, IV, VII. Najtrwalszym stopniem utlenienia dla manganu jest II ( zwłaszcza w środowisku kwaśnym). Na II stopniu utlenienia występuje w postaci jonów Mn2+, Związki manganu na III stopniu utlenienia wykazują tendencje do dysproporcjonowania na związki manganu II i IV. Charakter tlenków zmienia się z zasadowego na kwasowy w miarę podwyższenia stopnia utlenienia.

Związki Barwa w roztworze Bezwodne II Cechy metaliczne Mn2+ sole manganu trwałe w roztworach wodnych jasno różowa biała(MnSO4) blado - różowa MnCl2 III Cechy metaliczne Sole Mn3+ manganu trwałe w kryształach czerwone IV amfoteryczne Tlenek MnO2 - braunsztyn brunatny VI kwasotwórcze MnO42- - manganian zielona fioletowe VII MnO4- - nadmanganian fioletowo – czerwona fioletowo- czerwone

Związki manganu na II stopniu utlenienia Związki manganu(II) zawierają mangan dwuwartościowy i są najtrwalsze ze wszystkich połączeń manganu. Tlenek manganu (II) MnO (szaro-zielonkawy) ma charakter zasadowy. Wodorotlenek manganu(II) jest nierozpuszczalny w wodzie i tworzy biały osad. Ma wyłącznie charakter zasadowy. Pod wpływem tlenu atmosferycznego utlenia się do brunatnego uwodnionego tlenku manganu (IV): 2Mn(OH)2 + O2 → 2MnO2·H2O W roztworach wodnych mangan(II) występuje w postaci jonów Mn2+.

Związki manganu na III i V stopniu utlenienia Tlenek manganu(III) wykazuje właściwości zasadowe. Reaguje z odpowiednimi kwasami dając sole manganu(III), które są bardzo nietrwałe i łatwo ulegają dalszemu utlenieniu. Pod działaniem wody ulegają prawie całkowitej hydrolizie. Mn2O3 występuje w przyrodzie jako minerał braunit. W laboratorium jest otrzymywany w postaci czarnego proszku w wyniku ogrzewania MnO2: Mangan na stopniu utlenienia (V) wykazuje właściwości niemetaliczne i tworzy manganiany (V) – podmanganiany (MnO43-). W roztworach wodnych obojętnych i zakwaszonych ulegają dysproporcjonowaniu do związków Mn(IV) i Mn(VI):

Związki manganu na IV stopniu utlenienia Tlenek manganu(IV) występuje w przyrodzie jako minerał braunsztyn (pirouluzyt) i jest najtrwalszym związkiem manganu(IV). Ogrzewany w powietrzu(>530oC) rozkłada się z utworzeniem tlenku manganu(III) i wolnego tlenu: Ogrzany jeszcze mocniej przechodzi w najtrwalszy mieszany tlenek – 2MnO·MnO2 Zarówno uwodniony jak i bezwodny MnO2 wykazuje właściwości amfoteryczne. 1.W reakcji z kwasami zachowuje się jak tlenek zasadowy, jednocześnie wykazując właściwości utleniające: Sole manganu(IV) są bardzo nietrwałe i szybko ulegają rozkładowi, zwłaszcza w podwyższonej temperaturze. 2. W reakcji z zasadami i tlenkami metali tworzy nietrwałe i trudne do otrzymania sole – manganiny(IV): CaO + MnO2 → CaMnO3 W środowisku zasadowym, przy dostępie tlenu utlenia się do manganianów.

Dwutlenek manganu jest katalizatorem niektórych reakcji, m. in Dwutlenek manganu jest katalizatorem niektórych reakcji, m.in. rozkładu nadtlenku wodoru, a w mieszaninie z tlenkiem miedzi przyspiesza utlenianie tlenku węgla (CO) do dwutlenku węgla (CO2), co wykorzystywane jest do oczyszczania powietrza (np. w pochłaniaczach masek przeciwgazowych). Po wrzuceniu do perhydrolu kilku kryształków tlenku manganu (IV) rozpoczyna się burzliwa i gwałtowna reakcja, w czasie której trwania roztwór intensywnie się ogrzewa, co powoduje wrzenie wody i ucieczkę powstałej pary wodnej, wymieszanej z tlenem przez wylot kolby. Reakcja z czasem słabnie, aż do całkowitego rozkładu tlenku manganu (IV).

Związki manganu na VI stopniu utlenienia Manganiany(VI) sole - odpowiadające bezwodnikowi kwasowemu MnO3 posiadają właściwości utleniające. W roztworach wodnych mają barwę zieloną. Trwałe są tylko w roztworach zasadowych. W roztworach obojętnych i kwaśnych ulegają dysproporcjonowaniu na tlenek manganu(IV) i manganiany(VII). Kwas manganowy(VI) H2MnO4 nie jest znany w stanie wolnym. Jon kwasu manganowego(VI) nie może bowiem istnieć w roztworze obok jonów wodorowych. Otrzymywane są przez stapianie tlenku manganu(IV) z wodorotlenkami litowców i utleniaczami.

Związki manganu na VII stopniu utlenienia Kwas manganowy(VII) /nadmanganowy/ HMnO4 nie jest znany, natomiast znamy jego bezwodnik Mn2O7. Jony MnO4- mają intensywną fioletowo – czerwoną barwę. W temperaturze powyżej 230oC ulega rozkładowi termicznemu: 2KMnO4 → K2MnO4 + MnO2 + O2↑ Związki manganu(VII) są silnymi utleniaczami. Związki manganu występującego na VII stopniu utlenienia są silnymi utleniaczami, jednak ich właściwości utleniające zależą od odczynu roztworu!!

Wpływ środowiska reakcji na redukcję jonów MnO4-.

Redukcja jonów MnO4- w środowisku kwaśnym W środowisku kwaśnym manganian(VII) ulega redukcji do manganu (II). Roztwór zmienia barwę z fioletowej na blado różową (bardzo słabo zabarwiony) Substraty KMnO4 K2SO3 H2SO4 Produkty MnSO4 K2SO4 H2O

Redukcja jonów MnO4- w środowisku obojętnym W środowisku obojętnym jony MnO4- (VII) ulegają redukcji do MnO2 (IV). Z roztworu wytraca się brunatny osad tlenku manganu(IV). Substraty KMnO4 K2SO3 H2O Produkty MnO2 K2SO4 H2O KOH

Redukcja jonów MnO4- w środowisku zasadowym W środowisku zasadowym manganian(VII) /nadmanganian/ ulega redukcji do manganu(VI) , wskutek czego roztwór zmienia barwię na zieloną. Substraty KMnO4 K2SO3 KOH Produkty K2MnO4 K2SO4 H2O

własności niemetaliczne własności utleniające Podsumowanie Mangan tworzy trwałe związki na stopniach utlenienia II, IV, VII. stopień utlenienia II III IV V VI VII przykład związku MnO Mn(OH)2 Mn2O3 MnO(OH) MnO2 MnO(OH)2 MnO43 - MnO42 - MnO4 - MnO · Mn2O3 charakter chemiczny zasadowy amfoteryczny kwasowy własności niemetaliczne rosną → własności utleniające

Redukcja MnO4- Środowisko Zmiana stopnia utlenienia Równanie reakcji Kwasowe H3O+ Obojętne H2O Zasadowe OH-

1 Mn + 2H+→ Mn2++H2 2 Mn2++2OH-→Mn(OH)2 3 Mn(OH)2 +1/2O2→MnO(OH)2 4 5 6 2 MnO4- + 3 SO32- + H2O → 2 MnO2 + 3 SO42- + 2 OH- 7 MnO2 +4HCl→MnCl2 +Cl2+2H2O

Trochę równań reakcji

Dla dociekliwych ( z egzaminu dojrzałości 2006) Poniżej przedstawiono schematycznie reakcje zachodzące z udziałem związków manganu. Napisz równania reakcji przedstawionych na powyższym schemacie. Podaj nazwy związków manganu z powyższego schematu. Określ skład jądra atomu manganu i napisz pełną konfigurację atomu w stanie podstawowym. Podaj maksymalny stopień utlenienia tego pierwiastka w związkach chemicznych. Związki manganu na stopniu utlenienia VII wykazują właściwości utleniające. Reakcja manganianu(VII) potasu z kwasem solnym prowadzi do otrzymania chloru, odpowiedniej soli manganu, chlorku potasu i wody. Napisz równanie tej reakcji. Współczynniki dobierz metodą bilansu elektronowego. Oblicz, jaka objętość chloru (odmierzonego w warunkach normalnych) może się wydzielić w tej reakcji, jeśli do reakcji użyto 0,02 mola KMnO4 i nadmiar kwasu solnego. Załóż, że reakcja zachodzi ze 100% wydajnością.

E. Do odkażania ran stosowany jest wodny roztwór manganianu(VII) potasu o stężeniu 0,1%. Wykonaj odpowiednie obliczenia i opisz sposób przygotowania 150 cm3 tego roztworu. Załóż, że gęstość roztworu jest równa 1g/cm3. F*. Mangan tworzy tlenki na II, III, IV i VII stopniu utlenienia. Napisz wzory sumaryczne tych tlenków. Określ, jaki charakter chemiczny wykazują tlenki manganu na najniższym i najwyższym stopniu tlenienia. Odpowiedź uzasadnij podając odpowiednie równania reakcji zachodzących z udziałem kwasu solnego lub zasady sodowej. F**. Mangan tworzy tlenek MnO2, który reaguje z gorącym kwasem solnym z wydzieleniem chloru, a w reakcji z kwasem siarkowym(VI) z wydzieleniem tlenu. Napisz równania obu reakcji i określ, jaka rolę w każdej z nich pełni MnO2. G*.Metaliczny mangan otrzymywany jest metodą aluminotermiczną. Reakcja zachodzi pomiędzy metalicznym glinem i tlenkiem manganu o wzorze Mn3O4. Zapisz równanie tej reakcji oraz oblicz, ile gramów Mn3O4 trzeba użyć, aby otrzymać 0,5 g manganu, jeśli reakcja zachodzi z 80% wydajnością.

G**. Metaliczny mangan można otrzymać metodą elektrolizy wodnych roztworów soli manganu. Napisz równania reakcji elektrodowych oraz sumaryczne równanie elektrolizy siarczanu(VI) manganu(II). Oblicz, ile gramów manganu otrzymano podczas elektrolizy wodnego roztworu siarczanu(VI) manganu(II) prowadzonego prądem o natężeniu 2 A w czasie 30 min. H*. Roztwór manganianu(VII) potasu jest stosowany do identyfikacji węglowodorów nienasyconych. Napisz wzór i podaj nazwę węglowodoru nienasyconego, zbudowanego z trzech atomów węgla, który może być zidentyfikowany w reakcji z roztworem KMnO4. Napisz jakie obserwacje towarzyszą tej reakcji. H**. Podczas reakcji identyfikacji węglowodorów nienasyconych roztworem manganianu(VII) potasu zachodzi reakcja opisana równaniem: KMnO4 + CH2=CH2 + H2O  CH2(OH)-CH2(OH) + KOH + MnO2 W oparciu o bilans elektronowy dobierz współczynniki stechiometryczne tej reakcji.

BIBLIOGRAFIA „ Repetytorium chemia od A do Z” M. Klimaszewska „Chemia 3”– podręcznik ( zakres rozszerzony) S. Hejwowska, R. Marcinkowski,J. Staluszka „ Chemia ogólna i nieorganiczna” A. Bielański http://portalwiedzy.onet.pl/