Марганец – топшасы, қосылыстары, химиялық және физикалық қасиеттері, минералдары және рудасының түрлері

 

    ҚАЗАҚСТАН РЕСПУБЛИКАСЫ БІЛІМ ЖӘНЕ ҒЫЛЫМ МИНИСТРЛІГІ

 

    Қ.И.Сәтбаев атындағы  Қазақ Ұлттық Техникалық  Университеті

 

     Қ.Тұрысов атындағы Геологиялық барлау институты

 

  Жалпы геология, минералогия және петрография кафедрасы

 

 

 

 

                                                   Орындаған:Ажибекова Ақнұр

                                                         050709 металлургия мамандығы

                                            МЦИ-08-2к тобы студенті

 

 

 

Марганец –  топшасы, қосылыстары, химиялық және физикалық қасиеттері, минералдары және рудасының түрлері.

 

 

 

Ғылыми жетекші: профессор,

геология-минералогия

ғылымдарының  докторы О.Б.Бейсеев.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Алматы 2010

Мазмұны

 

I.  Кіріспе .....................................................................................................................................3

 

1.      Марганец топшасы.............................................................................................................4

 

1.1.   Марганецтің қосылыстары................................................................................................6

 

1.2.   Марганецтің химиялық және физикалық қасиеттері......................................................7

 

II.Негізгі бөлім

 

2.     Марганец минералдары.Псиломелан ..............................................................................8

 

2.1.  Пирозюзит..........................................................................................................................9

 

2.2.  Родохрозит…………………………………………………………..…….……….........11

 

        Қорытынды ......................................................................................................................13

 

       Әдебиеттер  тізімі .............................................................................................................14

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Кіріспе

 

    Марганец табиғатта пиролюзит  MnO_2, гаусманит Mn₃O₄, браунит Mn₂O₃, марганец шпаты MnCO₃, родонит MnSiO₃, марганец жылтыры MnS және т.б. құрамы күрделі минералдар түрінде кездеседі. Марганец кендері Украинада, Закавказьеде, Оралда, Қазақстанда, Батыс Сібірде және басқа жерлерде бар. Марганецке бай кендерден біздің ел дүние жүзінде 1-орын алады.

   Марганец алюминотермия  әдісімен алынады, ондай марганецте  4-6% Al, Si, Fe болады, алюминотермиялық марганец түсті металдардың құймаларын  даярлауға ұсталады.

   Марганецті  кремнийтермия  әдісімен де алады:

MnO₂ + Si = Mn + SiO₂

   Таза марганец алу үшін оның сульфатының не хлоридінің ерітіндісін электролиздейді.

   Марганец – қатты, жылтыраған, морт сынғыш металл; сырт қарағанда темірге ұқсайды. Ауада сырты қорғаушы оксид қабыршағымен қапталады. Сұйық қышқылдарда оңай ериді, активтілік қатарындағы орны алюминий мен мырыштың арасында болғандықтан тұз қышқылымен, сұйық күкірт қышқылымен шабытты реакцияласып  сутекті бөліп шығарады. Ал, азот қышқылы және қою күкірт қышқылымен  әрекеттескенде Mn²⁺ ионына дей3н тотығады.

     Салқындатқан  азот қышқылында марганец, ауадағы  оттекттің әсерінен түзілетін   оксид – қабыршағынан да гөрі  берік тығыз қабыршақпен  қапталады.

 

 

 

 

 

 

1.Марганец топшасы

   Менделеевтің  периодтық жүйесінің VII – B тобының элементтерін  марганец топшасы деп атайды.

  Марганец топшасына   марганец, технеций және рений жатады, бұлардың жалпы сипаттамасы төменде келтірілген.

 

Элемент	Марганец	Технеций	Рений
Белгісі Атомдық массасы Изотоптары Рет нөмірі Валенттік электрон-ы Ашылу жылы Жер қыр-ғы мөлшері Тығыздығы (р), г/см3    t0 0C   tқ 0С Атом радиусы, км Э2+ ион радиусы, км Э7+ион радиусы, км Иондану энергиясы	Mn 54,9380 55 25 3d54s2 1774 0,01 7,21 1247 2146 0,129 0,052 0,46 7,432	Tc (99) - 43 4d55s2 1937 жоқ 11,5 2127 3927 0,136 - 0,56 7,28	Re 186,2 185,2 75 5d55s2 1925 1∙10-7 20,99 3175 5760 0,137 0,072 0,56 7,87

 

Марганец үшін Mn^II және Mn^IV тұрақты.

VII –B  тобының элементтері – типтік металдар. Металдардың кернеу қатарында марганец сутекке дейін тұр және оның тотықтырғыш емес қышқылдардан ығыстырып шығарады.

Mn + 2H₃O⁺ + 4H₂O + [Mn(H₂O)₆]²⁺ +H₂

 

 

 

Диоттекпен ұнтақ түріндегі  марганец пен рений шабытты реакцияласып , MnO₂ және Re₂O₇ түзеді. Тұтасқан түріндегі металды тотықтырса, олар пассивтеніп  өте  жұқа оксид  қабыршағымен қапталады. Галогендермен оңай реакцияласып, галогенидтер түзеді. Марганецтің  тұрақты қосылыстары: MnF₂, MnCl₂, MnBr₂, MnI₂.

    Марганецтің оксидтерін галоген, сутек қышқылдарымен әрекеттесе, жоғарырақ дәрежеде тотыққан қосылыстары түзеді.

   Азот пен  жоғары температурада  құрамы әр түрлі нитридтер   түзеді. Mn₅N₂, Mn₃N₂, Mn₂N, Mn₄N. Осылардан басқа аралық қосылыстары да болуы мүмкін. Марганец нитридтері – қатты, химиялық тұрақты заттар. Марганецті болаттардың беріктігін арттыруда бұл нитридтердің мәні зор. Марганец нитридтері түзілуде d – қатпарындағы электрондар үлкен роль атқарады. Олардың кейбіреулері, мысалы, Mn₄N ферромагниттік қасиеті бар, әрі электр өткізгіш. Көміртек пен марганец балқыған күйінде реакцияласады, одан – Mn₄C, Mn₃C₆, Mn₃C, Mn₅C₂ сияқты қосылыстар түзіледі. Олардың құрылымы  хромның, темірдің карбидтері сияқты.

    Кремний мен марганец  – Mn₃Si, Mn₅Si₃, MnSi, MnSi₂, рений Re₂Si, ReSi, Re₅Si₃ силицидтер түзеді. Силицидтер металдар сияқты электрөткізгіштер.    

   Бор мен марганец – Mn₄B, Mn₂B, MnB, Mn₃B₄ сияқты боридтер түзеді. Бұл боридтер химиялық активті заттар, қышқылдармен, ыстық сумен де айырылады.

   Күкірт пен марганец екі   сульфид – MnS, MnS₂ түзеді. Химиялық активті заттар , MnS₂ жаратылыста минералдар құрамында кездеседі. Екеуі де қыздырса  ауада жана бастайды, қышқылдар әрекетінен айырылғыш. Болаттар металлургиясында  үлкен мәні бар қосылыстар.

   Фосфор мен марганец Mn₅P₂, Mn₃P, MnP₂, MnP, рений – ReP₃, ReP₂,ReP, Re₂P фосфоридтерін түзеді. Сумен  тек ұнтақ түріндегі марганец, қыздырған кезде  реакцияласып сутекті бөліп шығарады.

 

 

1.1. Марганецтің қосылыстары

   Марганец 2-7валенттік білдіріп, химиялық  қосылыстар түзеді. Марганец жоғары температурада  күкірт, азот, көміртекпен қосылады.

   Марганец қосылыстарының  ішінде 2,4 және  7 валентті  қосылыстары маңызды.

   2 валентті  марганец  қосылыстары. Марганец (II) оксиді MnO – марганец оксидтерін сутекпен тотықсыздандырғанда , жасыл түсті ұнтақ түрінде түзілетін негіздік оксид,  шалаөткізгіштік қасиеті бар, оған сәйкес  гидроксиді  Mn (OH)₂ негіз, екі валентті марганец тұздары мен сілті әрекеттесуінен  түзілетін ақ түсті тұнба. Ашық ауада  тотыққаннан  түсі  күңгірттеніп Mn(OH)₄ айналады.

   4 валентті марганец қосылыстары. Марганецтің қосылыстарының ішіндегі тұрақтысы 4 валентті  қосылыстары (MnO₂). Төмен валентті  қосылыстар  тотыққанда да,  жоғары валентті  қосылыстары  тотықсызданғанда да осы  MnO₂ түзіледі.  MnO₂ амфотерлі болғанымен оның негіздік те, қышқылдық та қасиеттері нашар білінеді.

   6 валентті марганец қосылыстары. Пиролюзитті KOH-тың 50%-ды  ерітіндісімен араластырып  250⁰C ауадағы  оттекпен тотықтырса:

                          2MnO₂ + 4KOH + O₂ = 2K₂MnO₄ + 2H₂O

   6 валентті марганец  қосылыстары тотықтырғыш;  марганец тотықсызданып – төрт валентті  MnO₂, не екі валентті Mn²⁺ қосылыстарға айналады.

   Бірақ  екінші  жағынан күшті тотықтырғыштар  әсерінен жеті валентті марганец   қосылысына айналып тотығады:

3K₂MnO₄ + Cl₂ = 2KMnO₄ + 2KCl

   7 валентті марганец қосылыстары. Марганец ангидриді Mn₂O₇ – марганецтің ең  жоғары валентті оксиді – жасыл тартқан қоңыр, май сияқты сұйықтық. Тұрақсыз, арнаулы шара қолданбаса, өздігінен, қопарылыспен айырылады:

2Mn₂O₇ = 4MnO₂ + 3O₂

 Марганец қышқылы тек су ерітіндісі  түрінде ғана белгілі, өте күшті қышқыл.

   Сілтілі ортада  реакция көбіне  бейтарап ортадағыдай  жүреді. Сілті өте көп жағда йда  жеті валентті марганец  алты валенттіге айналады.

 

1.3. Марганецтің   физикалық және химиялық қасиеттері.

Марганец күмістей ақ түсті,  морт, ауыр металл. Марганец  электрохимиялық кернеу қатарында  алюминий мен мырыштың арасынан орын алады. Бұл жағдайда оның химиялық  акивтігінің  жоғары екенін көрсетеді. Марганец қалыпты  жағдайда тығыз оксидтер қабатымен  қапталады, ал бұл  қабат металды ары қарай тотығудан сақтайды. Марганец қыздырғанда  оттегімен, күкіртпен, галогендермен, азотпен, көміртегімен  әрекеттеседі, ал сумен  ондан сутекті  ығыстырады:

Mn⁰ + 2H⁺ OH = Mn²⁺(OH)₂H₂⁰

    Тұз қышқылымен  және сұйытылған  күкірт  қышқылымен  марганец  қуатты түрде әрекеттесіп   олардан сутегін ығыстырады:

Mn⁰ + H₂SO₄ = MnSO₄ + H₂⁰

     Марганец электрохимиялық  кернеу қатарында өзінен кейін орналасқан  металдарды олардың тұздарынан ыңыстырады:

Mn⁰ + CuSO₄ = MnSO₄ + Cu⁰

   Марганец концентрлі  күкірт қышқылымен  және азот қышқылымен  әрекеттесіп  тотығады:

Mn⁰ + 2H₂SO₄ = MnSO₄ +SO₂ + H₂O

3Mn + 8HNO₃ = 3Mn (NO₃)₂ + 2NO + 4H₂O

 

 

 

 

 

 

2.Маргенец минералдары

Псиломелан

Псиломелан – mMnO ∙ MnO₂ ∙ nH₂O. Формуласы дұрыс белгіленбеген. Грекше псилос-қасқа, мелас-қара деген сөз.

  Химиялық  құрамы  тұрақсыз. MnO және MnO₂ арақатыстары  әр  мөлшерде, орта есеппен MnO₂ және  60-80%, MnO 8-25%, H₂O 4-6% болады. Қоспалары: Fe₂O₃, Al₂O₃, SiO₂, CaO₂, MgO, BaO, K₂O, Na₂O, CoO т.б.  Сирек те болса 1-8% тунгомелен (WO₃) кездеседі.

    Қаттылығы  4 – 6, меншікті салмағы 4,4 – 4,7. Түсі қара, қара сұр. Дағы қызғылт  қара; Жылтырлығы металл тәрізді. Жымдастығы болмайды. Сингониясы  ромбалық; көпшілігі аморфтық.

    Кристалдық  бейнесі. Әдетте кристалы  ерітіндіден   жиналған  іркінді  формалардан   қабат-қабат  зоналы  құрылыста  немесе  жұқа  кристалдық агрегаттарда байқалады.

   Жаратылысы. Псиломелан  ең алдымен экзогендік жағдайларда:  марганец  руда кендерінің  тотықтану   зоналарында  және  шыққан тегі  шөгінді кендерде пайда болады.

   Шығу тегі – гидротермалық рудаларда  псиломелан  көпшілігінде  барит пен және кварц пен  бірлесіп минералдардың  ақырғы желілері  есебінде байқалады.

 

2.1.Пиролюзит

 

 

 

 

 

 

 

Пиролюзит – MnO₂.Бұл гректің   пирос – от, люзиос – құртамын  деген сөздерінен шыққан.

   Химиялық құрамы: Mn 63,2%, O 36,8%. Майда түйіршікті және жасырынды кристалды массаларда  кездесетін механикалық жолмен араласқан қоспалары: Fe₂O₅ , SiO₂, H₂O т.б.

  Қаттылығы: жеке  кристалда  5-6, топ кристалда 2 шамасына дейін  жұмсарады,  меншікті салмағы  5, жымдастығы жоқ. Сингониясы тетрагондық.

  Крситалдық құрылысы  рутилдің  структурасына ұқсас. Кристалдары тек қуыстарда ғана  сирек кездеседі. Олардың бейнесі инелі немесе  таяқ тәрізді. Түсі қара сұр, қара, сызықтығы қара, жылтырлығы шала металл  тәріздес.

   Жаратылысы. Пиролюзит  гидротермиялық  кендерде,  тотықтану  жағдайда едәуір сирек кездеседі.  Көбінесе ол басқа марганец  минералдарынан  табиғи  өзгерту   зонасында пайда болады. Пиролюзиттен  марганец металы өндіріледі. Марганец  темір мен шойын қорыту үшін, шынын тазарту үшін, бояу, құрғақ  электр батареясын жасау үшін керек. Марганецтен медицинада химиялық  препараттар жасалады.