На информационном ресурсе применяются рекомендательные технологии (информационные технологии предоставления информации на основе сбора, систематизации и анализа сведений, относящихся к предпочтениям пользователей сети "Интернет", находящихся на территории Российской Федерации)

Космос

8 383 подписчика

Свежие комментарии

  • Сергей Бороздин
    Мой алгоритм - в статье на Самиздат и дзен "Библия как научный источник истории Мира"Единый алгоритм э...
  • дмитрий Антонов
    прошу прощения, меня тут небыло давно. А где Юрий В Радюшин? с Новым 2023 годомБыл запущен первы...
  • дмитрий Антонов
    жаль, что тема постепенно потерялась. а ведь тут было так шумно и столько интересного можно было узнать, помимо самих...Запущен CAPSTONE ...

Марганец: факты и фактики

Что такое марганец?
Марганец (Mn), химический элемент VII группы периодической системы Менделеева; атомный номер 25, атомная масса 54,9380; тяжелый серебристо-белый металл. В природе элемент представлен одним стабильным изотопом Мn. Температура плавления 1517 K, температура кипения 2235 K. Плотность (при н. у.) 7,21 г/см³.

Зачем нужен марганец? 
Это важнейший элемент, необходимый металлургам. Дело в том, что именно он наиболее эффективно справляется с очисткой стали от примесей вреднейшей серы, а также помогает железу очищаться от кислорода — служит раскислителем. Это заметил еще изобретатель конвертера Генри Бессемер. Марганец в конвертер или домну добавляют в виде ферромарганца (сплава марганца, железа и углерода) или силикомарганца (сплава кремния и марганца). Последний применяют еще и для восстановления самого марганца из оксидов. Ферросплавы могут получаться естественным путем: как правило, марганцевая руда содержит немало оксида железа и кремнезема. Плавят ферромарганец в домне с использованием кокса для восстановления металла либо в электропечах — в зависимости от того, что легче доставить к месту производства, уголь или электричество. «Электрические» ферросплавы могут содержать совсем мало углерода, поэтому их проще добавлять в сталь — в ней углерода должно быть гораздо меньше, чем в чугуне.
Марганец охотно соединяется с серой, образуя легкоплавкий сульфид, который уходит в шлак. И это хорошо, иначе сульфид, но уже железа выделится на границах зерен в стали, и при горячей обработке — ковке, прокатке — он расплавится, а лист или заготовка треснет. Вот почему при традиционном металлургическом процессе использование марганца неизбежно — девять килограммов на тонну стали. В начале ХХI века, по данным Международного марганцевого института, на эти цели идет 30% добываемого марганца.
Кроме того, марганец — важнейший легирующий элемент, в разнообразных низколегированных сталях его содержание — десятые доли процента, в высокопрочных сталях обычно около 1%. А в высоколегированных, например нержавеющих, он может заменять более дорогой никель в концентрации более 10%. Что же касается легендарной стали Гадфильда, то ее без марганца не сделать в принципе. Поэтому если для очистки от серы можно придумать другие методы, например использовать прямое восстановление железа, то для легирования марганец необходим. Не случайно в промышленных странах он считается стратегическим элементом.
 Марганцем улучшают свойства не только железа. Так, сплавы марганца с медью обладают высокой прочностью и коррозионной стойкостью. Из этих сплавов делают лопатки турбин, а из марганцовистых бронз – винты самолетов и другие авиадетали.
Интересно, что марганцевая бронза - сплав марганца с медью - может намагничиваться, хотя ни тот, ни другой компонент в отдельности не проявляют магнитных свойств.

Есть ли марганец в алюминиевой пивной банке? 
Обязательно. Дело в том, что в алюминии, особенно если он получен из вторсырья, содержатся железо и кремний. Они образуют интерметаллиды‚ электрохимический потенциал которых сильно отличается от алюминиевого. Это вызывает точечную коррозию — алюминий в районе интерметаллидной частички легко разъедается. Марганец, входя в состав таких интерметаллидов, делает их потенциал таким ›ке, как у алюминия, и коррозия прекращается. Так что в пивной банке есть десятые доли процента марганца, а их выпускают по 100 млрд. штук в год. Помимо марганца, в банке, скорее всего, есть селен, ведь он частый спутник полученного электролизом марганца, который и применяют для легирования. Диоксид селена добавляют в ванну для стабилизации процесса электролиза: часть селена (0,03-0,16%) оказывается в металле, и так делают 75% марганца. Поэтому специалисты по охране труда озабочены проблемой испарения селена при переплавке марганецсодержашего лома, ведь селен принадлежит к числу элементов, содержание которого в воздухе рабочих помещений и в окружающей среде жестко регламентируется — по вредности он занимает третье место среди металлов после сурьмы и кадмия.

Зачем марганец батарейках? 
Чистый диоксид марганца — незаменимый материал для катода в наиболее массовых, так называемых сухих батарейках, или элементах Лекланше, — их производство сейчас достигает 20 млрд. штук в год. Хотя они и называются сухими, на самом деле изначально они были мокрыми — жидкий электролит заливали в промежуток между графитовым катодом и цинковым анодом; позднее электролит стали загущать, чтобы он не выливался. При работе элемента на катоде образуется водород, который препятствует движению электролита. Оболочка из диоксида марганца спасает от этого: марганец восстанавливается, а водород с кислородом становятся водой.
Однако сейчас именно марганец считается наиболее перспективным материалом для создания долговечных и емких литий-ионных элементов. На основе соединения LiMn2O4, можно формировать слоистые катоды, где слои различаются содержанием лития, и это обеспечивает двукратное увеличение емкости при двукратном снижении веса, зарядка же таких аккумуляторов будет длиться минуты. Понятно, что речь тут идет об электромобилях и всей инфраструктуре, обслуживающей генерацию электричества от возобновляемых источников.
К диоксиду марганца для таких батареек есть серьёзное требование: в нём не должно быть никаких металлических частиц, иначе может случиться замыкание, ведущее к взрыву аккумулятора. Поэтому природный диоксид (который добывают в Габоне, Индии, Гане, Бразилии, Китае и Мексике) не подходит: его измельчают именно металлическим инструментом. Выход – химический синтез чистого диоксида, например, термическим разложением азотнокислого или сернокислого марганца.

Сколько марганца на Земле? 
По содержанию в земной коре (0,09%) марганец занимает 15-е место. Геологи определили, что почти все его месторождения имеют примерно одинаковый «возраст». По мнению ряда ученых, это свидетельствует о космическом происхождении марганцевых скоплений. Выдвинута гипотеза, что около двух миллиардов лет назад на поверхность Земли выпала богатая марганцем метеоритная пыль, которая образовала месторождения марганца на суше и на дне морей и океанов. 
Марганец в чистом виде не встречается в природе. В рудах элемент присутствует в форме карбонатов, окислов и гидроокисей. Основным минералом, содержащим марганец, является пиролюзит, представляющий собой относительно мягкий камень темно-серого цвета. Содержание марганца в нем составляет 63,2%. Существуют и другие руды марганца: манганит, псиломелан, браунит, гаусманит. Все это силикаты и окислы марганца.
В России марганец является остродефицитным сырьём, известны месторождения: «Усинское» в Кемеровской области, «Полуночное» в Свердловской, «Порожинское» в Красноярском крае, «Южно-Хинганское» в Еврейской автономной области, «Рогачёво-Тайнинская» площадь и «Северо-Тайнинское» поле на Новой Земле.
После железа марганец – самый распространенный из тяжелых металлов. Еще в I веке Плиний Старший — естествоиспытатель Древнего Рима, погибший при извержении Везувия, писал о чудесной способности черного порошка (молодого пиролюзита) осветлять стекло. Плиний считал его разновидностью магнитного железняка, хотя пиролюзит не притягивается магнитом. 
В рукописях знаменитого алхимика Альберта Великого (XIII в.) этот минерал называется «магнезия». В XVI в. встречается уже название «манганезе», которое, возможно, дано стеклоделами и происходит от слова «манганидзейн» – чистить. 
Позднее, в средние века, итальянский ученый и инженер Ванноччо Бирингуччо писал в своем энциклопедическом труде по горнорудному делу и металлургии «Пиротехния», вышедшем в 1540 году:  
«...пиролюзит бывает темно-коричневого цвета; ...если прибавить к нему стекловидных веществ, то он окрашивает их в красивый фиолетовый цвет. Мастера-стеклоплавильщики окрашивают им стекла в изумительный фиолетовый цвет; мастера гончары также пользуются им для образования фиолетовых узоров на посуде. Кроме того, пиролюзит обладает особым свойством — при сплавлении с литым стеклом очищать его и делать белым вместо зеленого или желтого». 

Когда Шееле в 1774 г. занимался исследованием пиролюзита, он посылал своему другу Юхану Готлибу Гану образцы этого минерала. Ган, впоследствии профессор, выдающийся химик своего времени, скатывал из пиролюзита шарики, добавляя к руде масло, и сильно нагревал их в тигле, выложенном древесным углем. Получались металлические шарики, весившие втрое меньше, чем шарики из руды. Это и был марганец. 
Новый металл называли сначала «магнезия», но так как в то время уже была известна белая магнезия – окись магния, металл переименовали в «магнезиум»; это название и было принято Французской комиссией по номенклатуре в 1787 г. Но в 1808 г. Хэмфри Дэви открыл магний и тоже назвал его «магнезиум»; тогда во избежание путаницы марганец стали называть «манганум».
Если пиролюзит, сплавленный с селитрой и едким кали, растворить в воде, то получится зеленый раствор. Постепенно цвет его меняется. Раствор становится синим, затем фиолетовым, малиновым, потом на дно колбы выпадает бурый осадок. Но стоит только взболтать колбу, как раствор вновь становится зеленым. За эти изменения цвета Шееле назвал марганцовистокислый калий КаМnO4«минеральным хамелеоном». Это название употреблялось и 100 лет спустя после открытия Шееле.

Сколько марганца в нас? 
В природе марганец широко распространен, он является постоянной составной частью животных и растительных организмов. В растениях содержание марганца составляет от десятитысячных до сотых, а в животных – от стотысячных до тысячных долей процента. Более богаты марганцем беспозвоночные животные, в отличие от позвоночных. 
Среди растений довольно большое количество марганца накапливают отдельные ржавчинные грибы, ряска, водяной орех, бактерии родов Crenothrix Leptothrix, а также некоторые из диатомовых водорослей (Cocconeis). 
Среди животных накопителями марганца можно назвать рыжих муравьев, некоторых моллюсков и ракообразных (содержание марганца в них составляет до нескольких сотых долей процента). 
Марганец является активатором ряда ферментов, участвующих в фотосинтезе, процессах дыхания, биосинтезе нуклеиновых и других кислот, он влияет на минеральный обмен и кроветворение, усиливает действие инсулина, других гормонов. 
Марганец был обнаружен во всех тканях и органах человека (особенно богаты микроэлементом щитовидная железа, печень и скелет). Ежедневная потребность человека и животных в марганце – всего несколько миллиграмм (человек ежедневно с едой получает 3-8 миллиграмм марганца). При физической нагрузке повышается потребность в марганце, также ее повышает недостаток солнечного света. 
Детям нужно куда большее количестве марганца, чем взрослым. Практическими опытами было доказано, недостаток марганца в составе пищи животных губительно влияет на их развитие и рост, вызывает так называемую лактационную тетанию, анемию, нарушение обмена минералами в костной ткани. С целью предотвращения рассмотренных заболеваний в корм животных в некоторых количествах вводятся соли марганца. 

 Чем опасен марганец?
Отравление марганцем обычно связано с хроническим поступлением его в организм через дыхательные пути, пищеварительный тракт либо в виде примеси наркотических средств. Впервые «марганизм» был описан в 1837 году Джеймсом Купером. Головной мозг наиболее чувствителен к избытку марганца, поэтому уже на начальных стадиях отмечается замедленная реакция, раздражительность, перемены настроения, компульсии. Более длительное влияние марганца приводит к развитию паркинсонизма, при этом иногда ставится ошибочный диагноз «болезнь Паркинсона».
Отравление встречается у рабочих-сварщиков. Множество исков против производителей сварочного оборудования вменяет им в вину недостаточное оповещение о концентрации и опасности паров марганца.
Некоторые кустарно изготовленные наркотики содержат марганец (в связи с использованием для их приготовления перманганата калия), накопление которого приводит в конечном итоге к тому, что в отечественной литературе именуют «марганцевой энцефалопатией». В странах бывшего СССР это аналоги амфетамина и метамфетамина, получаемые кустарным окислением перманганатом калия. На западе в этой роли выступает «Базука», изготавливаемая из кокаина с использованием карбоната марганца. Также в качестве источников отмечаются загрязненная питьевая вода, топливная добавка MMT (метилциклопентадиенил трикарбонил марганца), которая при работе двигателя частично превращается в фосфаты марганца и сульфат марганца и поступает в атмосферу, и пестицид манеб.
Марганец может нарушать работу печени, однако эксперименты показывают, что порог токсичности очень высок. С другой стороны, более 95 % марганца выводится из организма с желчью, и любое повреждение печени может замедлить детоксикацию, повышая концентрацию марганца в плазме крови.
Нейротоксичность марганца не до конца объяснена. Возможно, долговременное накопление марганца влияет на способность к воспроизведению. В исследованиях на животных, беременность под длительным воздействием больших доз марганца чаще завершалась врожденными уродствами у потомства.

Источники: 
www.hij.ru
sitefaktov.ru

Картина дня

наверх