В течение долгого времени белую магнезию MgCO3 и чёрную магнезию (пиролюзит) MnO2 считали минералами, содержащими один и тот же металл. Потом из-за внешнего сходства чёрной магнезии и магнитного железняка Fe3O4 стали полагать, что чёрная магнезия — минерал железа. Первое серьёзное научное исследование, проведённое К В. Шееле в 1774 г., показало, что в состав этого вещества входит новый элемент. В том же году Ю. Ган, восстановив чёрную магнезию углём, выделил его в виде простого вещества. Сначала элемент назвали Magnesium (от старинного латинского названия пиролюзита lapis magnesis, затем переименовали в Manganesium). И лишь когда Г. Дэви выделил новый металл магний (Magnesium), во избежание путаницы с марганцем название последнего изменили на Manganum.
Марганец недаром считается химическим хамелеоном: известно большое число соединений, в которых он проявляет все промежуточные степени окисления от 0 до +7. А окраска этих соединений составляет богатейшую палитру: соли марганца(П) — нежного бледно-розового цвета, соединения марганца (III) — коричневые или вишнёвые, марганца (IV) — чёрные или коричневые, марганца (V) — ярко-синие, марганца (VI) — зелёные, а марганца (VII) — малиновые.
Марганец — твёрдый, хрупкий, тугоплавкий металл (tпл=1245 °С). На воздухе он окисляется, покрываясь тёмным налётом оксида. Получают марганец, восстанавливая алюминием оксид Mn2О3, который образуется при прокаливании пиролюзита:
4МnО2 ®550 °С 2Мn2О3+О2 Мn2О3+2Аl=2Мn+Аl2О3.
Как и железо, марганец легко растворяется в разбавленных кислотах, при этом образуются соли марганца (П) и выделяется водород: Мn+2НСl=МnСl2+Н2.
Гидроксид марганца(П) Мn(ОН)2, выпадающий в виде осадка телесного цвета при действии щелочей на соли марганца (II), проявляет все свойства оснований. Кроме того, он быстро окисляется на воздухе, превращаясь в конечном счёте в гидратированный оксид марганца (IV):
2Mn(ОН)2+(2х-2)Н2О+О2=2MnО2•хН2О.
В каждой домашней аптечке обязательно есть марганцовка — бытовое дезинфицирующее средство. Научное название этого соединения — перманганат калия КMnО4. Оно представляет собой калиевую соль марганцовой кислоты НMnО4, в которой марганец находится в высшей степени окисления (+7). Поэтому неудивительно, что КMnО4 является сильным окислителем. На свету он окисляет даже воду и находящиеся в ней примеси.
Растворите в воде несколько кристалликов перманганата калия и подождите некоторое время. Вы заметите, что малиновая окраска раствора постепенно станет более бледной, а затем и совсем исчезнет, на стенках же сосуда образуется коричневый налёт оксида марганца (IV):
4КMnО4+2Н2О®hv4MnO2¯+4КОН+3О2.
Посуду, в которой вы проводили опыт, легко очистить от налёта раствором лимонной или щавелевой кислоты. Эти вещества восстанавливают марганец до степени окисления +2 и переводят его в растворимые в воде комплексные соединения. В тёмных склянках растворы перманганата калия могут сохраняться годами.
Многие считают, что перманганат калия хорошо растворим в воде. На самом деле растворимость этой соли при комнатной температуре (20 °С) составляет всего 6,4 г на 100 г воды. Однако раствор имеет настолько интенсивную окраску, что кажется концентрированным.
В зависимости от кислотности среды перманганат калия может быть восстановлен до разных продуктов. Так, в кислой среде сульфит калия восстанавливает МnО-4 до Mn2+, при этом раствор обесцвечивается:
2KMnO4+4K2SO3+3H2SO4=2MnSO4+5K2SO4+3H2O.
В нейтральной или слабощелочной среде выпадает бурый осадок гидратированного оксида марганца (IV):
2КМnО4+Н2О+3K2SO3=2MnO2¯+3K2SO4+2КОН.
А в сильнощелочной — образуется изумрудно-зелёный раствор манганата (VI) калия:
2KMnO4+K2SO3+2KOH=2К2МnО4+K2SO4+Н2О.
Этот красивый раствор довольно просто приготовить и без помощи сульфита: достаточно прокипятить на пламени спиртовки не очень крепкий раствор перманганата калия с добавлением твёрдой щёлочи:
4KMnO4+4KOH ®t°4К2МnО4+О2+2Н2О.
Это же соединение в смеси с оксидом марганца (IV)
Когда перманганат калия взаимодействует с концентрированной серной кислотой, образуется оксид марганца (VII) Mn2О7 — маслянистая тёмно-зелёная жидкость. Это единственный жидкий при нормальных условиях оксид металла (tпл=5,9°С). Он очень неустойчив и легко взрывается при незначительном нагревании (tразл=55°С) или при сотрясении. Mn2О7 является ещё более сильным окислителем, чем КMnO4. При контакте с ним воспламеняются многие органические вещества, например этиловый спирт. Это, кстати, один из способов зажечь спиртовку, не имея спичек. В фарфоровую чашечку помещают несколько кристалликов перманганата калия, осторожно добавляют одну-две капли концентрированной серной кислоты и аккуратно перемешивают кашицу стеклянной палочкой. Затем концом палочки дотрагиваются до фитиля спиртовки.
Элемент Лекланше. Внешняя оболочка батарейки (марганцево-иинкового гальванического элемента), служащая анодом, сделана из цинка. В центре батарейки находится графитовый стержень — катод. Корпус заполнен смесью порошков графита и оксида марганца (IV). В процессе работы гальванического элемента на электродах протекают химические реакции, сопровождающиеся окислением цинка и восстановлением оксида марганца (IV).
Металлический марганец применяют в металлургии для производства особых сортов стали, обладающих исключительной прочностью. Такие стали идут на изготовление ковшей экскаваторов, защитных шлемов, сейфов. Из алюминий-марганцевых сплавов делают сильные постоянные магниты. Оксид марганца (IV) служит окислителем в гальванических элементах.
Перманганат калия — постоянный «обитатель» химических лабораторий. Его используют как окислитель в органическом синтезе, а в аналитической химии — для проведения количественного анализа методом перманганатометрии.
Растворы перманганата калия применяют в медицине как антисептик: для промывания ран (0,1—0,5-процентные), полоскания рта и горла (0,01 —0,1 -процентные), смазывания ран и ожогов (2—5-процентные), промывания желудка при отравлении (0,02—0,1 -процентные).
Бромид марганца (II) и его водный раствор.
Кристаллы перманганата калия КMnO4.
Раствор перманганата калия (1) и продукты его восстановления в щелочной (2), нейтральной (3) и кислой (4) среде.
Похожие статьи