Металлы VII группы побочной подгруппы (Mn. Tc, Re)

Марганец (Manganum)

Долгое время белую магнезию MgCO3 и чёрную магнезию (пиролюзит) MnO2 считали минералами, содержащими один и тот же металл. Потом из-за внешнего сходства чёрной магнезии и магнитного железняка Fe3O4 стали полагать, что чёрная магнезия – минерал железа. Первое серьёзное научное исследование, проведенное К.В. Шееле в 1774 г., показало, что в состав этого вещества входит новый элемент. В том же году Ю.Ган, восстановив чёрную магнезию углём, выделил его в виде простого вещества. Сначала элемент назвали Magnesium (от старинного латинского названия пиролюзита lapis magnesis, затем переименовали в Manganesium). И лишь когда Г.Дэви выделил новый металл магний (Magnesium), во избежание последнего изменили на Manganum.

Марганец недаром считается химическим хамелеоном: известно большое число соединений, в которых он проявляет все промежуточные степени окисления от 0 до +7. А окраска этих соединений составляет богатейшую палитру: соли марганца (II) – нежного бледно-розового цвета, соединения марганца (III) – коричневые  или вишневые, марганца (IV) – чёрные или коричневые, марганца (V) – ярко-синие, марганца (VI) – зеленые, а марганца (VII) – малиновые.

Марганец
Марганец

Марганец – твердый, хрупкий, тугоплавкий металл (tпл = 1245оС). На воздухе он окисляется, покрываясь тёмным налетом оксида. Получают марганец, восстанавливая алюминием оксид Mn2O3, который образуется при прокаливании пиролюзита:

4MnO2 = 2Mn2O3 + O2

Mn2O3 + 2Al = 2Mn + Al2O3.

Как и железо, марганец легко растворяется в разбавленных кислотах, при этом образуются соли марганца (II) и выделяется водород:

Mn + 2HCl = MnCl2 + H2↑.

Гидроксид марганца (II) Mn(OH)2, выпадающий в виде осадка телесного цвета при действии щелочей на соли марганца (II), проявляет все свойства оснований. Кроме того, он быстро окисляется на воздухе, превращаясь в конечном счёте в гидратированный оксид марганца (IV).

У каждого дома обязательно есть марганцовка – бытовое дезинфицирующее средство. Научное название этого соединения – перманганат калия KMnO4. Оно представляет собой калиевую соль марганцовой кислоты HMnO4, в которой марганец находится в высшей степени окисления (+7). Поэтому неудивительно, что KMnO4 является сильным окислителем. На свету он окисляет даже воду и находящиеся в ней примеси.

Перманганат калия
Перманганат калия

Многие считают, что перманганат калия хорошо растворим в воде. На самом деле растворимость этой соли при комнатной температуре составляет всего 6,4 г на 100 г воды. Однако раствор имеет настолько интенсивную окраску, что кажется концентрированным.

В зависимости от кислотности среды перманганат калия может быть восстановлен до разных продуктов. Так, в кислой среде сульфит калия восстанавливает MnO4до Mn2+, при этом раствор обесцвечивается:

2KMnO4 + 4K2SO3 + 3H2SO4 = 2MnSO4 + 5K2SO4 + 3H2O.

В нейтральной или слабощелочной среде выпадает бурый осадок гидратированного оксида марганца (IV):

2KMnO4 + H2O + 3K2SO3 = 2MnO2↓ + 3K2SO4 + 2KOH.

А в сильнощелочной – образуется изумрудно-зеленый раствор манганата (VI) калия:

2KMnO4 + K2SO3 + 2KOH = 2K2MnO4 + K2SO4 + H2O.

При взаимодействии перманганата калия с концентрированной серной кислотой, образуется оксид марганца (VII) Mn2O7 – маслянистая тёмно-зелёная жидкость. Это единственный жидкий при нормальных условиях оксид металла (tпл = 5,9оС). Он очень неустойчив и легко взрывается при незначительном нагревании или при сотрясении. Он является еще более сильным окислителем, чем KMnO4. При контакте с ним воспламеняются многие органические вещества, например этиловый спирт.

Металлический марганец применяют в металлургии для производства особых сортов стали, обладающих исключительной прочностью. Такие стали идут на изготовление ковшей экскаваторов, защитных шлемов, сейфов. Из алюминий-марганцевых сплавов делают сильные постоянные магниты. Оксид марганца (IV) служит окислителем в гальванических элементах.

Перманганат калия – постоянный «обитатель» химических лабораторий. Его используют как окислитель в органическом синтезе, а в аналитической химии – для проведения количественного анализа методом перманганатометрии. Растворы перманганата калия применяют в медицине как антисептик.

Технеций (Technetium) и рений (Rhenium)

Технеций
Технеций

Технеций и рений были открыты значительно позже марганца, хотя существование элементов с порядковыми номерами 43 и 75 предсказал еще Д.И.Менделеев. Он дал им названия «экамарганец» и «двимарганец», что означает «первый и второй аналоги марганца». Однако судьба распорядилась так, что сначала выделили «второй марганец» и лишь потом – «первый». Открытие двимарганца принадлежит немецким ученым Вальтеру Ноддаку и Иде Такке, обнаружившим в 1925 г. его следы в минералах редкоземельных элементов.

Они назвали новый элемент рением, желая увековечить тем самым имя родины Такке – Рейнской провинции. К 1926 г. им удалось выделить всего 2 мг этого металла!

В 1928 г. после переработки 660 кг молибденита MoS2 был получен первый грамм рения, стоимость которого составила свыше 30000 золотых марок. Но уже к 1930 г. количество добытого рения стало исчисляться килограммами, цена же его упала до 13 марок за грамм, а к 1935 г. — до 6,5 марок.

Рений принадлежит к рассеянным элементам – он не образует самостоятельных минералов. В свободном виде это очень тугоплавкий металл (tпл = 3180оС) серебристо-серый металл, при комнатной температуре инертный по отношению к кислороду воздуха и разбавленным кислотам. При нагревании он растворяется в кислотах-окислителях с образованием рениевой кислоты HReO4:

Re + 7HNO3 = HReO4 + 7NO2 + 3H2O.

Рениевая кислота и ее соли перренаты, в отличие от перманганатов, являются слабыми окислителями. Так, при взаимодействии магния с рениевой кислотой выделяется водород, а если через подкисленный раствор перрената пропускать сероводород, вместо окислительно-восстановительной реакции происходит образование сульфида рения (VII) Re2S7. При прокаливании на воздухе Re переходит в Re2O7.

Рений
Рений

Соединения рения используются как катализаторы. Например, процессы риформинга бензинов, в ходе которых изменяется строение молекул углеводородов и повышается качество горючего, протекают в присутствии платино-рениевого катализатора. Металлический рений находит применение в электронике: из него изготовляют электрические контакты, вакуумные лампы, термопары. Наряду с другими тугоплавкими металлами (вольфрамом и танталом) рений входит в состав суперсплавов – материалов, сохраняющих прочность до температур порядка 3000оС. Из этих сплавов делают носовые части сверхзвуковых самолетов и ракет.

Предсказанный Менделеевым экамарганец в течении многих лет оставался для химиков загадкой, элементом-«невидимкой». Его ошибочно открывали много раз, и лишь в 1937 г. элемент №43 был синтезирован в циклотроне (ускоритель частиц) при облучении молибдена ядрами дейтерия. Само название, которое технеций получил спустя десять лет, говорит о том, что он искусственный, созданный руками человека. Теперь технеций в большом количестве получают из продуктов деления урана в ядерных реакциях.

Технеций – тугоплавкий металл (tпл = 2200оС), по свойствам похожий на рений. При нагревании на воздухе он образует Тс2О7 – ангидрид технециевой кислоты НТсО4.

Все изотопы технеция радиоактивны, и время их жизни относительно невелико (лишь у некоторых изотопов – 97Тс, 98Тс – период полураспада составляет величину порядка 106 лет), поэтому в природе его соединения практически отсутствуют.

Металлический технеций при комнатной температуре устойчив к окислению, не корродирует в морской воде. Одним словом, у него много достоинств. А вот радиоактивность и высокая стоимость металла – главные недостатки, которые препятствуют его практическому использованию.

*на изображении записи минерал пиролюзит

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *