Химические свойства

Соли марганца (II)

Химические свойства

Получение

Гидроксид марганца (II)

Химические свойства

Оксид марганца (II) принадлежит к основным оксидам, обладает всеми их свойствами. Ему соответствует нестойкий гидроксид Mn(OH)₂.

Гидроксид марганца (II) - Mn(OH)₂ – нерастворимое в воде вещество светло-розового цвета.

Основной способ получения – щелочная обработка солей марганца (II):

MnSO₄ + 2NaOH → Mn(OH)₂↓ + Na₂SO₄

На воздухе окисляется до гидроксида марганца (IV):

2Mn(OH)₂↓ + O₂ + 2H₂O → 2Mn(OH)₄↓

Проявляет все свойства нерастворимых в воде оснований.

Все соли марганца (II) в окислительно-восстановительных реакциях, протекающих в растворах, являются восстановителями:

3Mn(NO₃)₂ + 2KMnO₄ + 2H₂O → 5MnO₂ + 4HNO₃ + 2KNO₃

Соли марганца (II) не гидролизуются, образуя прочные аквакомплексы:

Mn²⁺ + 6H₂O → [Mn(H₂O)₆]²⁺

MnCl₂ + 6H₂O → [Mn(H₂O)₆]Cl₂

Соли марганца (II) образуют комплексы.

Mn(CN)₂ – нерастворимое соединение белого цвета, за счет комплексообразования растворяется в присутствии KCN:

4KCN + Mn(CN)₂ = K₄[Mn(CN)₆] гексоцианоманганат калия

Аналогично:

4KF + MnF₂ = K₄[MnF₆]

2KCl + MnCl₂ = K₂[MnCl₄]

Соединения марганца (III)

Mn₂O₃ – амфотерный оксид, с преобладанием основных свойств.

Mn₂O₃ + 6HF = 2MnF₃ + 3H₂O

Mn⁺³₂O₃ + NaOH = 2NaMnO₂ + H₂O (t)

Mn(OH)₃ – гидроксид Mn³⁺- амфотерное соединение, с преобладанием основных свойств:

Mn(OH)₃ ↔ HMnO₂

Соединения марганца (IV)

К основным соединениям четырехвалентного марганца относятся оксид марганца (IV) MnO₂, а также марганцеватистая кислота H₂MnO₃ – очень неустойчивая, легко разлагающаяся на оксид марганца (IV) и воду.

Самым прочным соединением марганца (IV) является нерастворимый в воде оксид темно-бурого цвета. Это амфотерное соединение, но соответствующие свойства выражены крайне слабо.

MnO₂ + 2NaOH = Na₂MnO₃ + H₂O

MnO₂ может проявлять в ОВ-реакциях в зависимости от природы партнера как окислительные, так и восстановительные свойства (окислительно-восстановительная двойственность).

Гораздо чаще используют оксид марганца (IV) в качестве окислителя, проводя реакции в кислой среде:

MnO₂ + 4HCl = MnCl₂ + Cl₂ + 2H₂O

В щелочной среде оксид марганца (IV) может быть и восстановителем, превращаясь в соединения марганца (VI), например, соли марганцовистой кислоты – манганаты:

3MnO₂ + KClO₃ + 6KOH = 3K₂MnO₄ + KCl + 3H₂O

Влияние рН на ОВ-реакции MnO₂

Соединения марганца (VI)

MnO₃ – оксид, обладает кислотными свойствами.

H₂MnO₄ – марганцовистая кислота – существует только в растворе.

Соли этой кислоты – манганаты.

Манганаты могут быть получены прокаливанием сухих перманганатов:

_{+7 -2 +6 +4 0}

2KMnO₄ K₂MnO₄ + MnO₂ + O₂↑

Манганаты устойчивы в сильнощелочной среде, в нейтральной среде протекает реакция диспропорционирования:

_{+6 +7 +4}

3Na₂MnO₄ + 2H₂O → 2NaMnO₄ + MnO₂ + 4NaOH

Соединения марганца (VII)

Высшей степени окисления марганца +7 соответствует кислотный оксид Mn₂O₇, марганцевая кислота HMnO₄ и ее соли – перманганаты.

Соединения марганца (VII) – сильные окислители. Mn₂O₇ – зеленовато-бурая маслянистая жидкость, при соприкосновении с которой спирты и эфиры воспламеняются. Оксиду Mn (VII) соответствует марганцевая кислота HMnO₄. Она существует только в растворах, но считается одной из самых сильных (α – 100%). Максимально возможная концентрация HMnO₄ в растворе – 20%. Соли HMnO₄ – перманганаты – сильнейшие окислители; в водных растворах, как и сама кислота, имеют малиновую окраску.

В окислительно-восстановительных реакциях перманганаты являются сильными окислителями. В зависимости от реакции среды они восстанавливаются либо до солей двухвалентного марганца (в кислой среде), оксида марганца (IV) (в нейтральной) или соединений марганца (VI) – манганатов – (в щелочной). Очевидно, что в кислой среде окислительные способности Mn⁺⁷ выражены наиболее ярко.

_{+7 +4 +2 +6}

2KMnO₄ + 5Na₂SO₃ + 3H₂SO₄ → 2MnSO₄ + 5Na₂SO₄ + K₂SO₄ + 3H₂O

_{+7 +4 +4 +6}

2KMnO₄ + 3Na₂SO₃ + H₂O → 2MnO₂ + 3Na₂SO₄ + 2KOH

_{+7 +4 +6 +6}

2KMnO₄ + Na₂SO₃ + 2KOH → 2K₂MnO₄ + Na₂SO₄ + H₂O

Перманганаты как в кислой, так и в щелочной средах окисляют органические вещества:

_{+7 +2}

2KMnO₄ + 3H₂SO₄ + 5C₂H₅OH → 2MnSO₄ + K₂SO₄ + 5CH₃COH + 8H₂O

^{спирт альдегид}

_{+7 +4 +6}

4KMnO₄ + 2NaOH + C₂H₅OH → MnO₂↓ + 3CH₃COH + 2K₂MnO₄ +

₊₆

Na₂MnO₄ + 4H₂O

При нагревании перманганат калия разлагается (эта реакция применяется для получения кислорода в лабораторных условиях):

2KMnO₄ K₂MnO₄ + MnO₂ + O₂↑

Таким образом, для марганца характеры те же зависимости: при переходе от низшей степени окисления к высшей нарастают кислотные свойства кислородных соединений, а в ОВ-реакциях восстановительные свойства сменяются окислительными.

Для организма перманганаты ядовиты вследствие сильных окислительных свойств.

При отравлениях перманганатами в качестве антидота используют пероксид водорода в уксуснокислой среде:

_{+7 -1 +2 0}

2KMnO₄ + 5H₂O₂ + 6CH₃COOH → 2(CH₃COO)₂Mn + 2CH₃COOK + 5O₂↑ + 8H₂O

Раствор KMnO₄ является прижигающим и бактерицидным средством для обработки поверхности кожи и слизистых оболочек. Сильные окислительные свойства KMnO₄ в кислой среде лежат в основе аналитического метода перманганатометрии, используемого в клиническом анализе для определения окисляемости воды, мочевой кислоты в моче.

Организм человека содержит около 12 мг Mn в составе различных соединений, причем 43% сосредоточено в костной ткани. Он оказывает влияние на кроветворение, формирование костной ткани, рост, размножение и некоторые другие функции организма.

Тема: D-элементы VIII группы

Ключевые слова: d-элементы, железо, кобальт, никель, триады – d-элементов, семейство железа, феромагнитные соединения, комплексооразующая способность, пассивация на холоду кислотами, карбонилы железа, кристаллогидраты, желтая и красная кравяные соли, ферраты, соль Мора, железная кислота.

Особенность VIII В-группы состоит в том, что она объединяет 3 триады d-элементов больших периодов, не имеющих электронных аналогов в малых периодах.

Элементы первой триады – Fe, Co, Ni – называют семейством железа. Элементы второй и третьей триад, то есть Ru (рутений), Rh (родий), Pd (палладий), Os (осмий), Ir (иридий), Pt (платина), именуются платиновыми металлами.

Атомы элементов семейства железа в отличие от атомов платиновых металлов не имеют свободного f-подуровня.

Этот факт обуславливает химические особенности элементов семейства железа.

Платиновые металлы, очень сходные по свойствам и трудноотделимые друг от друга, резко отличаются от металлов семейства железа и никогда не встречаются вместе с ними в литосфере.

У элементов VIII В-группы почти полностью достраивается d-подуровень предвнешнего уровня. Однако не все электроны d-подуровня участвуют в образовании химических связей. Только около 10 лет назад было получено соединение железа со степенью окисления +8, чаще же в сложных соединениях для железа характерны степени окисления +3 и +2; у Со +3, а у Ni +2. Для металлов VIII В-группы характерны высокие плотности и температуры плавления. Fe, Co, Ni – ферромагниты; все элементы VIII В-группы хорошие комплексообразователи.

Элементы семейства железа – металлы со средней химической активностью. В ряду стандартных электродных потенциалов расположены левее водорода. Платиновые металлы расположены в конце ряда стандартных электродных потенциалов и отличаются низкой химической активностью.

Платиновые металлы используются в приборостроении, как катализаторы в оргсинтезе и для получения коррозионно-устойчивых сплавов.

Элементы семейства железа расположены в четвертом периоде периодической системы химических элементов. Fe, Co – серебристо-белые металлы, Ni имеет желтовато-белый цвет.

Для железа и кобальта в сложных веществах наиболее характерны степени окисления +2 и +3, а для никеля +2. Подобно элементам подгруппы марганца, способны образовывать соединения со степенью окисления 0 (карбонилы):

[Fe(CO)₅], [Co(CO)₈], [Ni(CO)₄]