Populyarnaya biblioteka himicheskih elementov<< Hrom | Oglavlenie | Zhelezo >>
Marganec
Izdatel'stvo "Nauka", 1977
Elektronnaya versiya: "Nauka i Tehnika", 2002
Marganec byl otkryt v 1774 g. shvedskim himikom Karlom Vil'gel'mom Sheele. Etot uchenyi za svoyu otnositel'no korotkuyu zhizn' (on umer v 44 goda) uspel sdelat' ochen' mnogo. On otkryl hlor, kislorod, molibden i vol'fram, dokazal, chto grafit - odin iz vidov elementarnogo ugleroda, poluchil krasku, kotoraya i seichas nazyvaetsya "zelen' Sheele", arsin (AsH3), glicerin, mochevuyu i sinil'nuyu kisloty. Pravda, ni marganec, ni molibden, ni vol'fram Sheele ne vydelil v chistom vide; on tol'ko ukazal, chto v issledovannyh im mineralah soderzhatsya eti novye elementy.
Element N 25 byl obnaruzhen v minerale pirolyuzite MnO2žN2O, izvestnom eshe Pliniyu Starshemu. Plinii schital ego raznovidnost'yu magnitnogo zheleznyaka, hotya pirolyuzit ne prityagivaetsya magnitom. Etomu protivorechiyu Plinii dal ob'yasnenie. Nam ono kazhetsya zabavnym, no ne nuzhno zabyvat', chto v Iv.n.e. uchenye znali o veshestvah mnogo men'she, chem nyneshnie shkol'niki. Po Pliniyu, pirolyuzit - eto "lyapis magnes" (magnitnyi zheleznyak), tol'ko on zhenskogo pola, i imenno poetomu magnit k nemu "ravnodushen". Tem ne menee "chernuyu magneziyu" (tak togda nazyvali pirolyuzit) stali ispol'zovat' pri varke stekla, poskol'ku ona obladaet zamechatel'nym svoistvom osvetlyat' steklo. Eto proishodit ottogo, chto pri vysokoi temperature dvuokis' marganca otdaet chast' svoego kisloroda i prevrashaetsya v okisel sostava Mn2O3. Osvobodivshiisya kislorod okislyaet sernistye soedineniya zheleza, pridayushie steklu temnuyu okrasku. Kak "osvetlitel'" stekla pirolyuzit primenyayut i seichas.
No vernemsya k istorii.
V rukopisyah znamenitogo alhimika Al'berta Velikogo (XIIIv.) etot mineral nazyvaetsya "magneziya". V XVIv. vstrechaetsya uzhe nazvanie "manganeze", kotoroe, vozmozhno, dano steklodelami i proishodit ot slova "manganidzein" - chistit'.
Kogda Sheele v 1774 g. zanimalsya issledovaniem pirolyuzita, on posylal svoemu drugu Yuhanu Gotlibu Ganu obrazcy etogo minerala. Gan, vposledstvii professor, vydayushiisya himik svoego vremeni, skatyval iz pirolyuzita shariki, dobavlyaya k rude maslo, i sil'no nagreval ph v tigle, vylozhennom drevesnym uglem. Poluchalis' metallicheskie shariki, vesivshie vtroe men'she, chem shariki iz rudy. Eto i byl marganec. Novyi metall nazyvali snachala "magneziya", no tak kak v to vremya uzhe byla izvestna belaya magneziya - okis' magniya, metall pereimenovali v "magnezium"; eto nazvanie i bylo prinyato Francuzskoi komissiei po nomenklature v 1787 g. No v 1808 g. Hemfri Devi otkryl magnii i tozhe nazval ego "magnezium"; togda vo izbezhanie putanicy marganec stali nazyvat' "manganum. "
V Rossii margancem dolgoe vremya nazyvali pirolyuzit, poka v 1807 g. A.I.Sherer ne predlozhil imenovat' margancem metall, poluchennyi iz pirolyuzita, a sam mineral v te gody nazyvali chernym margancem.
Rudy
V chistom vide marganec v prirode ne vstrechaetsya. V rudah on prisutstvuet v vide okislov, gidrookisei i karbonatov. Osnovnoi mineral, soderzhashii marganec, - eto ves tot zhe pirolyuzit, otnositel'no myagkii temno-seryi kamen'. V nem 63,2% marganca. Est' i drugie margancevye rudy: psilomelan, braunit, gausmanit, manganit. Vse eto okisly i silikaty elementa N 25. Valentnost' marganca v nih ravna 2, 3 i 4. Est' eshe odin potencial'nyi istochnik elementa N 25 - konkrecii, zalegayushie na dne okeanov n akkumuliruyushie marganec i drugie metally. No o nih razgovor osobyi.
Margancevye rudy delyat na himicheskie i metallurgicheskie. Pervye soderzhat ne men'she 80% MnO2. Ih ispol'zuyut v gal'vanicheskih elementah (dvuokis' marganca - otlichnyi depolyarizator), v proizvodstve stekla, keramiki, mineral'nyh krasitelei, "margancovki" (KMnO4) i nekotoryh drugih produktov himicheskoi promyshlennosti.
Rudy, soderzhashie men'she 80% pirolyuzita, nazyvayutsya metallurgicheskimi i ispol'zuyutsya v chernoi metallurgii. V obshei dobyche margancevyh rud na dolyu metallurgicheskih prihoditsya bolee 90%, t.e. l'vinuyu dolyu dobyvaemoi margancevoi rudy ispol'zuyut metallurgi.
Marganec i zhelezo - sosedi ne tol'ko po tablice Mendeleeva, v margancevyh rudah vsegda prisutstvuet zhelezo. A vot v zheleznyh rudah marganec (v dostatochnom kolichestve), k sozhaleniyu, est' ne vsegda. K sozhaleniyu - potomu, chto element N 25 - odna iz vazhneishih legiruyushih dobavok.
Mestorozhdeniya margancevyh rud est' na vseh kontinentah. Na dolyu nashei strany prihoditsya okolo 50% mirovoi dobychi margancevyh rud. Bogaty margancem takzhe Indiya, Gana, Marokko, Braziliya, Yuzhno-Afrikanskaya Respublika. Bol'shinstvo zhe promyshlenno razvityh kapitalisticheskih stran vynuzhdeno vvozit' margancevuyu rudu iz-za rubezha, tak kak ih sobstvennye mestorozhdeniya ne udovletvoryayut nuzhd chernoi metallurgii ni po kolichestvu, ni po kachestvu rudy. Nasha strana ne tol'ko polnost'yu obespechivaet svoyu metallurgiyu vysokokachestvennoi margancevoi rudoi, no i eksportiruet ee v znachitel'nyh kolichestvah.
Do Velikoi Otechestvennoi voiny v SSSR margancevuyu rudu dobyvali v dvuh raionah - v Chiature (Gruziya) i okolo Nikopolya (Ukraina). Kogda vo vremya voiny Nikopol'skii bassein okkupirovali fashisty, v neslyhanno korotkii srok byli osvoeny novye mestorozhdeniya margancevyh rud na Urale i v Kazahstane. Sovetskaya chernaya metallurgiya poluchila dostatochno marganca a smogla dat' kachestvennuyu stal' dlya tankovoi broni i artilleriiskih orudii.
Chistyi marganec
Uzhe upominalos', chto pervyi metallicheskii marganec byl poluchen pri vosstanovlenii pirolyuzita drevesnym uglem: MnO2+C
Mn+2CO. No eto ne byl elementarnyi marganec. Podobno svoim sosedyam po tablice Mendeleeva - hromu i zhelezu, marganec reagiruet s uglerodom i vsegda soderzhit primes' karbida. Znachit, s pomosh'yu ugleroda chistyi marganec ne poluchit'. Seichas dlya polucheniya metallicheskogo marganca primenyayut tri sposoba: silikotermicheskii (vosstanovlenie kremniem), alyuminotermicheskii (vosstanovlenie alyuminiem) i elektroliticheskii.
Naibolee shirokoe rasprostranenie nashel alyuminotermicheskii sposob, razrabotannyi v konce XIXv. V etom sluchae v kachestve margancevogo syr'ya luchshe primenyat' ne pirolyuzit, a zakis'-okis' marganca Mn3O4. Pirolyuzit reagiruet s alyuminiem s vydeleniem takogo bol'shogo kolichestva tepla, chto reakciya legko mozhet stat' neupravlyaemoi. Poetomu, prezhde chem vosstanavlivat' pirolyuzit, ego obzhigayut, a uzhe poluchennuyu zakis'-okis' smeshivayut s alyuminievym poroshkom i podzhigayut v special'nom konteinere. Nachinaetsya reakciya 3Mn3O4+8Al9Mn+4Al2O3 - dostatochno bystraya i ne trebuyushaya dopolnitel'nyh zatrat energii. Poluchennyi rasplav ohlazhdayut, skalyvayut hrupkii shlak, a slitok marganca drobyat i otpravlyayut na dal'neishuyu pererabotku.
Odnako alyuminotermicheskii sposob, kak i silikotermicheskii, ne daet marganca vysokoi chistoty. Ochistit' alyuminotermicheskii marganec mozhno vozgonkoi, no etot sposob maloproizvoditelen i dorog. Poetomu metallurgi davno iskali novye sposoby polucheniya chistogo metallicheskogo marganca i, estestvenno, prezhde vsego nadeyalis' na elektroliticheskoe rafinirovanie. No v otlichie ot medi, nikelya i drugih metallov, marganec, otkladyvavshiisya na elektrodah, ne byl chistym: ego zagryaznyali primesi okislov. Bolee togo, poluchalsya poristyi, neprochnyi, neudobnyi dlya pererabotki metall.
Mnogie izvestnye uchenye pytalis' podobrat' optimal'nyi rezhim elektroliza margancevyh soedinenii, no bezuspeshno. Etu zadachu razreshil i 1919 g. sovetskii uchenyi R.I.Agladze (nyne deistvitel'nyi chlen Akademii nauk Gruzinskoi SSR). Po razrabotannoi im tehnologii elektroliza iz hloristyh i sernokislyh solei poluchaetsya dostatochno plotnyi metall, soderzhashii do 99,98% elementa N 25. Etot metod leg v osnovu promyshlennogo polucheniya metallicheskogo marganca.
Vneshne etot metall pohozh na zhelezo, tol'ko tverzhe ego. Na vozduhe okislyaetsya, no, kak i u alyuminiya, plenka okisla bystro pokryvaet vsyu poverhnost' metalla i prepyatstvuet dal'neishemu okisleniyu. S kislotami marganec reagiruet bystro, s azotom obrazuet nitridy, s uglerodom - karbidy. V obshem, tipichnyi metall.
Marganec - zhelezu
Sera - element, bezuslovno, poleznyi. No ne dlya metallurgov. Popadaya v chugun i stal', ona stanovitsya chut' li ne samoi vrednoi primes'yu. Sera aktivno reagiruet s zhelezom, i sul'fid FeS snizhaet temperaturu plavleniya metalla. Iz-za etogo vo vremya prokatki na raskalennom metalle poyavlyayutsya razryvy i treshiny.
V metallurgicheskom proizvodstve udalenie sery vozlozheno na domenshikov. "Svyazat'", prevratit' v legkoplavkoe soedinenie i udalit' seru iz metalla legche vsego v vosstanovitel'noi atmosfere. Imenno takaya atmosfera sozdaetsya v domennoi pechi. No sera i vnositsya v metall pri domennoi plavke vmeste s koksom, kotoryi obychno soderzhit 0,7...2% sery. Chugun, vypuskaemyi v pashei strane, dolzhen soderzhat' ne bolee 0,05% sery, a na peredovyh zavodah etot predel snizhen do 0,035% i dazhe men'she.
Marganec vvodyat v domennuyu shahtu imenno dlya togo, chtoby udalit' seru iz chuguna. Srodstvo k sere u marganca bol'she, chem u zheleza. Element N 25 obrazuet s nei prochnyi legkoplavkii sul'fid MnS. Sera, svyazannaya margancem, perehodit v shlak. Etot sposob ochistki chuguna ot sery prost i nadezhen.
Sposobnost' marganca svyazyvat' seru, a takzhe ee analog - kislorod shiroko ispol'zuetsya i v proizvodstve stali. Eshe v proshlom veke metallurgi nauchilis' plavit' "zerkal'nyi" chugun iz margancovistyh zheleznyh rud. Etot chugun, soderzhashii 5...20% marganca i 3,5...5,5% ugleroda, obladaet zamechatel'nym svoistvom: esli ego dobavit' k zhidkoi stali, to iz metalla udalyayutsya kislorod i sera. Izobretatel' pervogo konvertora G.Bessemer ispol'zoval zerkal'nyi chugun dlya raskisleniya i nauglerozhivaniya stali.
V 1863 g. na zavode "Fonike" v Glazgo bylo organizovano proizvodstvo ferromarganca - splava marganca s zhelezom. Soderzhanie elementa N 25 v takom splave 25...35%. Ferromarganec okazalsya luchshim raskislitelem, chem zerkal'nyi chugun. Stal', rasklslennaya ferromargancem, stanovitsya gibkoi, uprugoi.
Seichas poluchayut ferromarganec, soderzhashii 75...80% Mn. Etot splav, vyplavlyayut v domennyh i elektrostaleplavil'nyh dugovyh pechah i shiroko primenyayut dlya proizvodstva margancovistyh stalei, rech' o kotoryh eshe vperedi.
Bukva G
Po prinyatym v nashei strane standartam vse elementy, legiruyushie stal', imeyut "sobstvennuyu" bukvu. Tak, v marku stali, soderzhashei kremnii, obyazatel'no vhodit bukva S, hrom oboznachaetsya bukvoi X, nikel' - bukvoi N, vanadii - buksoi F, vol'fram - bukvoi V, alyuminii - bukvoi Yu, molibden - bukvoi M. Margancu prisvoena bukva G. Lish' uglerod bukvy ne imeet, i u bol'shinstva stalei cifry v nachale marki oznachayut ego soderzhanie, vyrazhennoe v sotyh dolyah procenta. Esli za bukvoi net nikakih cifr, to, znachit, element, oboznachennyi etoi bukvoi, soderzhitsya v stali v kolichestve okolo 1%. Rasshifruem dlya primera sostav konstrukcionnoi stali 30HGS: indeksy pokazyvayut, chto v nei 0,30% ugleroda, 1% hroma, 1% marganca i 1% kremniya.
Marganec obychno vvodyat v stal' vmesto s drugimi elementami - hromom, kremniem, vol'framom. Odnako est' stal', v sostav kotoroi, krome zheleza, marganca i ugleroda, nichego ne vhodit. Eto tak nazyvaemaya stal' Gadfilda. Ona soderzhit 1...1,5% ugleroda i 11...15% marganca. Stal' etoi marki obladaet ogromnoi iznosostoikost'yu i tverdost'yu. Ee primenyayut dlya izgotovleniya drobilok, kotorye peremalyvayut samye tverdye porody, detalei ekskavatorov i bul'dozerov. Tverdost' etoi stali takova, chto ona ne poddaetsya mehanicheskoi obrabotke, detali iz nee mozhno tol'ko otlivat'.
A voobshe stalei, soderzhashih marganec, dovol'no mnogo. Tochnee, net ni odnoi stali, kotoraya ne soderzhala by marganca v teh ili inyh kolichestvah. Ved' marganec prihodit v stal' iz chuguna. Odnako inogda ego kolichestva nastol'ko maly, chto bukvu G v marku stali ne vstavlyayut.
Vprochem, margancem uluchshayut svoistva ne tol'ko zheleza. Tak, splavy marganca s med'yu obladayut vysokoi prochnost'yu i korrozionnoi stoikost'yu. Iz etih splavov delayut lopatki turbin, a iz margancovistyh bronz - vinty samoletov i drugie aviadetali.
Marganec ne blestit, kak zoloto, ne l'etsya, kak rtut', ne vspyhivaet na vozduhe, kak natrii. No etot vneshne nichem ne primechatel'nyi seryi metall zhiznenno vazhen: poka v tehnike glavenstvuet zhelezo, budet neobhodim i ego vernyi sputnik - marganec.
Marganec i zhizn'
Eshe v nachale proshlogo veka bylo izvestno, chto marganec vhodit v sostav zhivyh organizmov. Seichas ustanovleno, chto neznachitel'nye kolichestva marganca est' vo vseh rastitel'nyh i zhivotnyh organizmah. Net ego tol'ko v belke kurinogo yaica i ochen' malo - v moloke.
V organizme marganec raspredelyaetsya neravnomerno. Naprimer, v 100g suhogo veshestva steblei vinograda soderzhitsya 191 mg marganca, kornei - 130 mg, a yagod - vsego 70 mg. V krovi cheloveka i bol'shinstva zhivotnyh soderzhanie marganca sostavlyaet okolo 0,02mg/l. Isklyuchenie sostavlyayut ovcy, krov' kotoryh bogache margancem - 0,06mg/l. Ustanovleno, chto marganec igraet znachitel'nuyu rol' v obmene veshestv. V rasteniyah on uskoryaet obrazovanie hlorofilla i povyshaet ih sposobnost' sintezirovat' vitamin S. Poetomu vnesenie marganca v pochvu zametno povyshaet urozhainost' mnogih kul'tur, v chastnosti ozimoi pshenicy i hlopchatnika.
Otsutstvie marganca v pishe zhivotnyh skazyvaetsya na ih roste i zhiznennom tonuse. Myshi, kotoryh kormili odnim molokom, soderzhashim ochen' malo marganca, teryali sposobnost' k razmnozheniyu. Kogda zhe k ih pishe nachali dobavlyat' hloristyi marganec, eta sposobnost' vosstanovilas'.
Element N 25 vliyaet i na processy krovetvoreniya. Krome togo, on uskoryaet obrazovanie antitel, neitralizuyushih vrednoe deistvie chuzherodnyh belkov. Odin iz nemeckih uchenyh vvodil morskim svinkam smertel'nye dozy stolbnyachnyh i dizenteriinyh bakterii. Esli posle etogo vvodilas' tol'ko protivostolbnyachnaya i protivodizenteriinaya syvorotka, to zhivotnym ona uzhe ne pomogala. Vvedenie syvorotki i hloristogo marganca izlechivalo morskih svinok. Vnutrivennym vlivaniem rastvora sul'fata marganca udaetsya spasat' ukushennyh karakurtom - yadoviteishim iz sredneaziatskih paukov.
Marganec i zoloto
V gody razruhi, vyzvannoi grazhdanskoi voinoi, molodaya Sovetskaya strana ochen' nuzhdalas' v valyute. Odnim iz pervyh produktov sovetskogo eksporta byla chiaturskaya margancevaya ruda. Rudnik vosstanovili v 1923 g., i s teh por u prichalov Poti sobiralis' desyatki inostrannyh korablei, vyvozivshih rudu. V nachale 30-h godov byl postroen Zestafonskii ferrosplavnyi zavod, na kotorom iz chiaturskoi rudy poluchali ferromarganec. Etot produkt, tak zhe kak i vysokokachestvennaya chiaturskaya ruda, i seichas ostaetsya vazhnoi stat'ei sovetskogo eksporta. A do revolyucii Rossiya vvozila ferromarganec.
Chto takoe margancovka?
Eto vsem izvestnaya kalievaya sol' margancovoi kisloty NMnO4. Ee shiroko primenyayut v medicine i veterinarii, v organicheskom sinteze (kak okislitel') i laboratornoi praktike (kak reaktiv). Svoistva sil'nogo okislitelya "margancovka", ona zhe permanganat kaliya, osobenno yarko proyavlyaet v kisloi srede. Odnako dlya ochistki laboratornoi posudy ot zhirov i drugih organicheskih veshestv neredko pol'zuyutsya shelochnym rastvorom permanganata. KMnO4 - soedinenie nedostatochno stoikoe. Raspad ego proishodit pri nagrevanii do 250oC, a v rastvore - na svetu i pri obychnoi temperature, o chem nam soobshaet izmenenie cveta rastvora.
"Mineral'nyi hameleon"
Esli pirolyuzit, splavlennyi s selitroi i edkim kali, rastvorit' v vode, to poluchitsya zelenyi rastvor. Postepenno cvet ego menyaetsya. Rastvor stanovitsya sinim, zatem fioletovym, malinovym, potom na dno kolby vypadaet buryi osadok. No stoit tol'ko vzboltat' kolbu, kak rastvor vnov' stanovitsya zelenym. Za eti izmeneniya cveta Sheele nazval margancovistokislyi kalii KaMnO4 "mineral'nym hameleonom". Eto nazvanie upotreblyalos' i 100 let spustya posle otkrytiya Sheele.
Magnitnyi marganec
Marganec, kak izvestno, nemagniten. Odnako v 1898 g. nemeckii fizik O.Geisler obnaruzhil interesnuyu zakonomernost': splav nemagnitnogo marganca s nemagnitnymi med'yu i olovom obladaet ferromagnitnymi svoistvami. Issledovaniya pokazali, chto nailuchshie magnitnye svoistva imeet splav sostava Cu2MnSn. Vyyasnilos' takzhe, chto olovo v splave mozhno zamenit' alyuminiem, mysh'yakom, sur'moi, borom ili vismutom. Ferromagnetizm pri etot sohranyaetsya.
O konkreciyah
Konkreciyami nazyvayut mineral'nye obrazovaniya okrugloi formy. Oni vstrechayutsya v osadochnyh gornyh porodah, ih izvlekayut so dna okeanov. Konkrecii ochen' bogaty margancem. V 1969 g. pri glubokovodnom pogruzhenii podvodnoi lodki byla dobyta so dna gigantskaya konkreciya vesom okolo 90 kg. Ee sostav, schitaya tol'ko glavnye komponenty: marganca i kristallizacionnoi vody - po 25%, zheleza - 15%. Predpolagaetsya, chto zapasy zhelezomargancovyh konkrecii na dne Tihogo okeana priblizhayutsya k 1,5mlrdt, a poskol'ku konkrecii, po-vidimomu, obrazuyutsya putem koagulyacii i osazhdeniya mineral'nyh veshestv iz morskoi vody, ih zapasy rastut v srednem na 90mlnt v god.
Kapitalisticheskie strany s razvitoi metallurgicheskoi promyshlennost'yu - SShA, Velikobritaniya, Franciya, FRG, Yaponiya i drugie ne raspolagayut bogatymi mestorozhdeniyami margancovyh rud. Poetomu tam osobenno interesuyutsya konkreciyami kak istochnikom marganca.
<< Hrom | Oglavlenie | Zhelezo >>
|
Publikacii s klyuchevymi slovami:
himicheskie elementy - atomy - periodicheskaya tablica Mendeleeva
Publikacii so slovami: himicheskie elementy - atomy - periodicheskaya tablica Mendeleeva | |
Sm. takzhe:
Vse publikacii na tu zhe temu >> | |
