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一种化学元素,化学符号Mn,原子序数25,原子量54.93805,属周期系ⅦB族。

发现

1774年瑞典化学家C.W.舍勒首先确定锰是一种元素,同年他的合作者瑞典J.G.甘恩从软锰矿中获得金属锰。1856年英国R.穆舍特把锰用在炼钢过程中,得到锰钢。锰的英文名来源于意大利文manganese,是希腊文magnēsia的误称,原意是“镁氧矿”。

存在

锰在地壳中的含量为0.085%,其丰度仅次于铁。锰的矿石主要有软锰矿(MnO2)、黑锰矿(Mn3O4)、褐锰矿(3Mn2O3·MnSiO3)和碳酸锰矿MnCO3等。生物体细胞中含有极微量的锰,是与生命有关的重要微量元素。茶叶、咖啡、谷物、种子和坚果都含有锰。海洋底的锰结核含锰15%~30%。天然存在的唯一稳定同位素是锰55,放射性同位素除锰53外,都是短寿命的。

物理性质

锰为钢灰色有光泽的硬脆性金属;熔点1244℃,沸点1962℃,密度7.20克/厘米3。有α,β,γ三种同素异形体,室温的稳定形式是αMn,转变温度为:

公式 符号

α 型和β型都是体心立方晶体,γ型在室温下是面心四方晶体,高温下转变为面心立方晶体。X射线还证实了第四种同素异形体δ型的存在,它是体心立方晶体。

化学性质

锰的电子构型为(Ar)3d54s2,氧化态有0、±1、+2、±3、+4、+5、+6、+7。锰在第4周期中位于铬和铁之间,化学性质与铁相似,氧化态比铁多。+2价锰盐和+7价高锰酸盐在溶液中比其他价态稳定。+2价的氧化锰是碱性的,不溶于水,能溶于酸,形成+2价锰盐。+4价的盐不稳定,能迅速水解。二氧化锰与浓盐酸在低温和不见光的条件下可生成+4价锰盐,稀释或受热即转变为氯和氯化锰。+6 价锰酸盐存在于碱性溶液中,酸化后即歧化(见歧化反应),生成高锰酸盐和+2价锰盐。+2价锰盐与高锰酸盐在中性或碱性溶液中反应,可定量生成Mn(OH)4,这是容量分析测定锰的基础。

金属锰在空气中易被氧化,加热燃烧生成Mn3O4。氟、氯和溴在加热时与锰作用。在1200℃以上,氮与锰反应,生成锰的氮化物Mn5N2;与氨共热,生成Mn3N2。锰与硫共热,生成硫化锰MnS。熔融的金属锰能溶解碳,生成锰的碳化物Mn3C。在330℃以上,锰与一氧化碳反应,生成金黄色双核羰基配合物Mn2(CO)10。锰很容易溶于稀酸;溶于盐酸放出氢,溶于浓硫酸放出二氧化硫,溶于硝酸放出一氧化氮。

制法

金属锰可用铝还原锰的氧化物得到,但还原二氧化锰的反应强烈,一般把二氧化锰在空气中强热,先转变为四氧化三锰,再用铝还原:

3MnO2─→Mn3O4+O2

3Mn3O4+8Al─→4Al2O3+9Mn

上法炼出的锰的纯度为95%~98%,经减压蒸馏可得纯锰。

应用

锰与铁形成的合金有广泛的用途。含锰80%、铁20%的锰铁可制作铁锰合金;含锰25%、铁70%、碳5%的锰铁在炼钢中做去氧剂和去硫剂,可改进钢的机械性能。锰还可做非铁合金,如含铜84%、锰12%、镍4%的合金可用于电子仪器。

锰还参与植物光合作用的释氧过程。在酶催化过程中,它可以活化精氨酸酶、磷酸丙酮酸水合酶和过氧化氢酶。锰也是核酸结构中的成分,能促进胆固醇的合成。顺磁性的Mn2+离子在生物体中可用于核磁共振弛豫探查。虽然锰在生物体中很需要,但浓度过高有毒性。

参考书目
    J.C.Bailar,ed.,Comprehensive Inorganic Chemi-stry,Pergamon, Oxford, 1973.