沉澱滴定法
[拼音]:meng
[英文]:manganese
一種化學元素,化學符號Mn,原子序數25,原子量54.93805,屬週期系ⅦB族。
發現
1774年瑞典化學家C.W.舍勒首先確定錳是一種元素,同年他的合作者瑞典J.G.甘恩從軟錳礦中獲得金屬錳。1856年英國R.穆舍特把錳用在鍊鋼過程中,得到錳鋼。錳的英文名來源於義大利文manganese,是希臘文magnēsia的誤稱,原意是“鎂氧礦”。
存在
錳在地殼中的含量為0.085%,其丰度僅次於鐵。錳的礦石主要有軟錳礦(MnO2)、黑錳礦(Mn3O4)、褐錳礦(3Mn2O3·MnSiO3)和碳酸錳礦MnCO3等。生物體細胞中含有極微量的錳,是與生命有關的重要微量元素。茶葉、咖啡、穀物、種子和堅果都含有錳。海洋底的錳結核含錳15%~30%。天然存在的唯一穩定同位素是錳55,放射性同位素除錳53外,都是短壽命的。
物理性質
錳為鋼灰色有光澤的硬脆性金屬;熔點1244℃,沸點1962℃,密度7.20克/釐米3。有α,β,γ三種同素異形體,室溫的穩定形式是αMn,轉變溫度為:
α 型和β型都是體心立方晶體,γ型在室溫下是面心四方晶體,高溫下轉變為面心立方晶體。X射線還證實了第四種同素異形體δ型的存在,它是體心立方晶體。
化學性質
錳的電子構型為(Ar)3d54s2,氧化態有0、±1、+2、±3、+4、+5、+6、+7。錳在第4週期中位於鉻和鐵之間,化學性質與鐵相似,氧化態比鐵多。+2價錳鹽和+7價高錳酸鹽在溶液中比其他價態穩定。+2價的氧化錳是鹼性的,不溶於水,能溶於酸,形成+2價錳鹽。+4價的鹽不穩定,能迅速水解。二氧化錳與濃鹽酸在低溫和不見光的條件下可生成+4價錳鹽,稀釋或受熱即轉變為氯和氯化錳。+6 價錳酸鹽存在於鹼性溶液中,酸化後即歧化(見歧化反應),生成高錳酸鹽和+2價錳鹽。+2價錳鹽與高錳酸鹽在中性或鹼性溶液中反應,可定量生成Mn(OH)4,這是容量分析測定錳的基礎。
金屬錳在空氣中易被氧化,加熱燃燒生成Mn3O4。氟、氯和溴在加熱時與錳作用。在1200℃以上,氮與錳反應,生成錳的氮化物Mn5N2;與氨共熱,生成Mn3N2。錳與硫共熱,生成硫化錳MnS。熔融的金屬錳能溶解碳,生成錳的碳化物Mn3C。在330℃以上,錳與一氧化碳反應,生成金黃色雙核羰基配合物Mn2(CO)10。錳很容易溶於稀酸;溶於鹽酸放出氫,溶於濃硫酸放出二氧化硫,溶於硝酸放出一氧化氮。
製法
金屬錳可用鋁還原錳的氧化物得到,但還原二氧化錳的反應強烈,一般把二氧化錳在空氣中強熱,先轉變為四氧化三錳,再用鋁還原:
3MnO2─→Mn3O4+O2
3Mn3O4+8Al─→4Al2O3+9Mn
上法煉出的錳的純度為95%~98%,經減壓蒸餾可得純錳。
應用
錳與鐵形成的合金有廣泛的用途。含錳80%、鐵20%的錳鐵可製作鐵錳合金;含錳25%、鐵70%、碳5%的錳鐵在鍊鋼中做去氧劑和去硫劑,可改進鋼的機械效能。錳還可做非鐵合金,如含銅84%、錳12%、鎳4%的合金可用於電子儀器。
錳還參與植物光合作用的釋氧過程。在酶催化過程中,它可以活化精氨酸酶、磷酸丙酮酸水合酶和過氧化氫酶。錳也是核酸結構中的成分,能促進膽固醇的合成。順磁性的Mn2+離子在生物體中可用於核磁共振弛豫探查。雖然錳在生物體中很需要,但濃度過高有毒性。
參考書目
J.C.Bailar,ed.,Comprehensive Inorganic Chemi-stry,Pergamon, Oxford, 1973.