Строение
Это не схема из точек на кольцах, а выборка методом Монте-Карло из фактической плотности вероятности |ψ|² для каждой занятой подоболочки. Перетаскивайте, чтобы вращать. Синий и фиолетовый цвета обозначают противоположные знаки волновой функции, благодаря чему возможно образование связей.
Измеренные значения
Каждая полоса показывает, какое место марганец занимает среди всех 118 элементов по этому свойству.
Источники: стандартные атомные массы IUPAC 2021 года · Справочник химии и физики CRC · NIST. Значения, отмеченные ~, являются расчётными, а не измеренными.
Размер в масштабе
Radius 127 pm — that is 0.127 nm, so about 3937 million of them side by side would span a millimetre.
Тепловой диапазон
Марганец is liquid over a 815 K window, from 1519 K to 2334 K.
История
Марганец — незаметный герой сталелитейного производства и секретный ингредиент, благодаря которому работает аккумулятор вашего смартфона. Этот твёрдый, хрупкий, серебристо-серый металл абсолютно необходим современной цивилизации: практически вся сталь содержит марганец, и без него наша инфраструктура буквально рассыпалась бы. Несмотря на то что марганец — 12-й по распространённости элемент на Земле, его часто не замечают, хотя он содержится во всём: от стальных балок небоскрёбов до аккумуляторов электромобилей. Открытый в 1774 году шведским химиком Johan Gottlieb Gahn, марганец первоначально путали с магнием и железом из-за сходства их свойств. Название происходит от латинского «magnes», означающего магнит, хотя чистый марганец на самом деле лишь слабо магнитен. Особую важность этому элементу придаёт его способность удалять примеси серы и кислорода из стали, действуя подобно молекулярной бригаде уборщиков в процессе выплавки стали. Вот что действительно поражает: марганец существует в большем числе степеней окисления, чем почти любой другой элемент, — от -3 до +7. Эта невероятная универсальность делает его полезным во всём: от фиолетового стекла (Mn³⁺) до сильных окислителей, таких как перманганат калия (Mn⁷⁺), который может обеззараживать воду и обрабатывать раны. Марганец также играет жизненно важную роль в биологии. Это необходимый микроэлемент для всех живых организмов: он помогает растениям осуществлять фотосинтез, а людям — перерабатывать углеводы и жиры. Ферменты, содержащие марганец, крайне важны для формирования костей, заживления ран и антиоксидантной защиты. Дефицит может привести к нарушениям развития скелета и проблемам с репродуктивной системой. Дно океана буквально покрыто триллионами тонн марганцевых конкреций — похожих на картофелины горных пород, содержащих марганец, железо, никель и медь, которые формировались на протяжении миллионов лет. Эти конкреции могут стать основой глубоководной добычи полезных ископаемых в будущем, хотя экологические последствия всё ещё изучаются.
Johan Gottlieb Gahn выделил металлический марганец в 1774 году восстановлением диоксида марганца углеродом, хотя ранее этот элемент был распознан Carl Wilhelm Scheele и другими учёными. Систематический подход Gahn установил, что марганец является отдельным элементом, а не разновидностью железа или другого известного металла.
Промышленное производство марганца началось с выплавки ферромарганца в 1840-х годах, что произвело революцию в производстве стали. Развитие дуговых электропечей в начале 1900-х годов обеспечило эффективное производство марганцевых сплавов и поддержало стремительное расширение сталелитейной промышленности в период индустриализации.
Применение
Марганец служит незаменимым партнёром стали: он удаляет вредные серу и кислород и одновременно укрепляет сплавы железа, из которых строится современный мир. Благодаря своим уникальным металлургическим и химическим свойствам этот универсальный элемент используется во всём — от железнодорожных рельсов до алюминиевых банок для напитков.
Ферромарганец, содержащий 75-80% марганца, служит основным раскислителем и десульфуратором стали, удаляя примеси, которые иначе вызывали бы хрупкость и горячие трещины. На каждую тонну стали требуется 6-9 kg марганца, поэтому производство стали является крупнейшим потребителем марганца в мире. Марганцовистая сталь, содержащая 11-14% марганца, обладает исключительно высокой способностью к упрочнению при деформации и идеально подходит для горнодобывающего оборудования, железнодорожных переездов и военной брони, где критически важна ударопрочность.
Алюминиевые сплавы серии 3000, содержащие 0.8-1.5% марганца, обеспечивают превосходную коррозионную стойкость и формуемость, необходимые для банок для напитков, кузовных панелей автомобилей и архитектурных конструкций. Марганец предотвращает рост зёрен при обработке алюминия, сохраняя прочность и не допуская появления дефектов поверхности в виде «апельсиновой корки» при формовании.
Щелочные батарейки используют катоды из диоксида марганца (MnO₂), которые обеспечивают стабильное напряжение 1.5V благодаря способности марганца принимать электроны во время разряда. В литий-ионных аккумуляторах всё чаще применяются катоды на основе марганца (LiMn₂O₄), обеспечивающие повышенную безопасность и термическую стабильность в электромобилях; марганец помогает предотвращать тепловой разгон.
Перманганат калия (KMnO₄) служит сильным окислителем при очистке воды, удаляя железо, марганец и органические загрязнители из систем муниципального водоснабжения. Диоксид марганца катализирует разложение пероксида водорода в промышленных процессах и служит катализатором окисления в синтезе органических веществ.
Откуда он берётся
950 mg/kg of Earth's crust · more abundant than 90% of elements
Марганец образуется в результате процессов горения кислорода в массивных звёздах и реакций захвата нейтронов во время звёздной эволюции. Его космическая распространённость отражает ядерную стабильность марганца и его образование в результате нескольких путей нуклеосинтеза — как при обычном звёздном синтезе, так и во время взрывов сверхновых.
Земная кора содержит примерно 1,050 частей на миллион марганца, что делает его 12-м по распространённости элементом. Такая высокая концентрация обеспечивает широкое присутствие марганца в горных породах, почвах и водных системах, поддерживая как геологические процессы, так и биологические функции.
Осадочные месторождения марганца, сформировавшиеся в результате химического осаждения в древних океанах, составляют 80% мировых запасов. Калахари-Мангановое поле в Южной Африке содержит крупнейшие в мире месторождения высокосортной руды, образовавшиеся в результате гидротермальных и осадочных процессов. Регион Пилбара в Австралии располагает значительными ресурсами марганца в полосчатых железистых формациях.
Марганцевые конкреции, покрывающие огромные площади глубоководного океанского дна, представляют собой потенциально гигантские ресурсы: они содержат 24-30% марганца, а также никель, медь и кобальт. Эти конкреции размером с картофелину формируются в результате чрезвычайно медленных процессов осаждения на протяжении миллионов лет, однако глубоководная добыча остаётся технологически и экологически сложной.
Марганец активно участвует в биогеохимических циклах Земли как необходимый элемент для фотосинтеза и функционирования ферментов у всех живых организмов. Доступность марганца в почве влияет на рост растений и продуктивность сельского хозяйства, а морской круговорот марганца воздействует на химический состав океана и его продуктивность.
Обращение
Токсичность марганца главным образом поражает центральную нервную систему, вызывая марганизм — состояние, похожее на болезнь Паркинсона и возникающее при хроническом воздействии вещества при вдыхании. Хотя марганец необходим для здоровья, воздействие на рабочем месте требует тщательного контроля и мониторинга.
Хроническое воздействие марганца вызывает необратимое неврологическое повреждение, включая тремор, мышечную ригидность и психические симптомы. Производство ферромарганца и сварочные работы представляют наибольший риск воздействия из-за вдыхания пыли и паров, содержащих марганец.
Средства защиты органов дыхания, местная вытяжная вентиляция и биологический мониторинг уровня марганца в крови и моче помогают предотвратить неврологические повреждения. Раннее выявление и снижение воздействия могут предотвратить прогрессирование симптомов марганизма.
Краткие ответы
Марганец (symbol Mn) is element 25 on the periodic table, a переходный металл in period 4, group 7. Essential in trace amounts, brittle in bulk, and the reason your steel does not shatter in the cold. At room temperature it is a solid.
[Ar] 3d⁵ 4s², giving 4 occupied shells holding 2, 8, 13, 2 electrons respectively.Марганец melts at 1519 K (1245.9 °C) and boils at 2334 K (2060.9 °C).
The standard atomic weight of Марганец is 54.938 u. That is a weighted average across its naturally occurring isotopes, which is why it is rarely a whole number.
Марганец has a density of 7.21 g/cm³. Water is 1.0 g/cm³, so a block of марганец is about 7.2× heavier.
Марганец has a Pauling electronegativity of 1.55. The scale runs from 0.70 (francium, the least greedy for electrons) to 3.98 (fluorine, the most). Values in this middle band tend to form covalent rather than strongly ionic bonds.
Марганец was discovered in 1774 by Johan Gottlieb Gahn. It is named after latin magnes, "magnet".
Марганец makes up about 950 mg/kg of the Earth's crust — common enough to be mined at scale.