Materiały pochodzą z Platformy

Edukacyjnej Portalu

www.szkolnictwo.pl

Wszelkie treści i zasoby edukacyjne publikowane na łamach Portalu www.szkolnictwo.pl mogą być wykorzystywane przez jego
Użytkowników

wyłącznie

w zakresie własnego użytku osobistego oraz do użytku w szkołach podczas zajęć dydaktycznych. Kopiowanie, wprowadzanie zmian,
przesyłanie,

publiczne

odtwarzanie

i wszelkie wykorzystywanie tych treści do celów komercyjnych jest niedozwolone. Plik można dowolnie modernizować na potrzeby
własne

oraz

do

wykorzystania

w szkołach podczas zajęć dydaktycznych.

 Podstawowe dane
 Właściwości fizyczne manganu
 Występowanie i otrzymywanie manganu
 Właściwości chemiczne manganu
 Związki manganu na II stopniu utlenienia
 Związki manganu na IV stopniu utlenienia
 Związki manganu na VI stopniu utlenienia
 Związki manganu na III i V stopniu utlenienia
 Związki manganu na VII stopniu utlenienia

 Wpływ środowiska reakcji na redukcję jonów MnO

4-

 Redukcja jonów MnO

4-

w środowisku kwaśnym

 Redukcja jonów MnO

4-

w środowisku obojętnym

 Redukcja jonów MnO

4-

w środowisku zasadowym

 Podsumowanie
 Dla dociekliwych

Spis treści

Podstawowe dane

Symbol

Mn

Nazwa łacińska

Manganum

Nazwa angielska

Manganese

Liczba atomowa

25

Masa atomowa

54,94 u

Elektroujemność

(Pauling)

1,55

Stopnie utlenienia

+2,+4,+6,+7

(+3,+5)

Grupa 7 (VII B)

Okres IV

Blok energetyczny d

Konfiguracja
elektronowa

5

2

6

2

6

2

2

3d

4s

3p

3s

2p

2s

1s

Izotopy

Trwały jest tylko
izotop

55

Mn, który

stanowi niemal
100% składu
izotopowego
manganu
występującego w
naturze.

Występowanie i otrzymywanie

Mangan stanowi 0,08% masy skorupy ziemskiej.
Najważniejszą rudą manganu jest braunsztyn lub piroluzyt MnO

2

,

zanieczyszczony zawsze przez związki żelaza. Poza tym w metalurgii
manganu mają znaczenie braunit Mn

2

O

3

, manganit MnO(OH), hausmanit

Mn

3

O

4

i szpat manganu MnCO

3

.

Obecny jest w centrach reaktywności wielu enzymów (jest niezbędny dla
zdrowia jako katalizator w metabolizmie węglowodanów i lipidów).

Metaliczny mangan można otrzymać poprzez:

- redukcję tlenków glinem w reakcji aluminotermii:
3MnO

2

+ 4Al → 2Al

2

O

3

+ 3Mn

3Mn

3

O

4

+ 8Al →9Mn + 4Al

2

O

3

-elektrolizę wodnych roztworów soli manganu (II),

- w wyniku redukcji MnO

2

węglem.

Właściwości fizyczne

Stan skupienia

stały

Budowa

krystaliczna

Barwa

srebrzysta - szara

Gęstość

7,4 g/cm

3

Twardość

(prawie tak twardy jak skaleń)

Kruchość

kruchy (można proszkować w

moździerzu)

Ciepło właściwe

486 J/kg×K

Temperatura topnienia

1220

o

C

Temperatura wrzenia

2060°C

Przewodność elektryczna

0,695×10

6

S/m

Właściwości magnetyczne

paramagnetyk

Zależnie od temperatury, przyjmuje cztery formy alotropowe
mające różne gęstości: poniżej 700 °C: odmiana α, między
700 °C a 1079 °C: odmiana β, między 1079 °C a 1143°: odmiana
γ, powyżej 1143°: odmiana δ

Właściwości chemiczne



Mangan w szeregu napięciowym metali zajmuje miejsce między glinem i

cynkiem, dlatego łatwo rozpuszcza się w kwasach nieutleniających
wypierając wodór i tworzy sole, w których występuje jako jon Mn

2+

, z

wody wypiera wodór.



W stanie litym w powietrzu w temperaturze pokojowej jest trwały,

natomiast rozdrobniony utlenia się łatwo.



Ogrzewany na powietrzu spala się na tlenek manganu (II).



Reaguje z siarką, chlorem, a nawet z azotem ( w t >1200

o

C) dając

azotek Mn

3

N

2

.



Wykazuje zdolność do występowania na różnych stopniach utlenienia

od +1 do +7 ( 7 elektronów walencyjnych). Najważniejsze stopnie
utlenienia to II, IV, VII.



Najtrwalszym stopniem utlenienia dla manganu jest II ( zwłaszcza w

środowisku kwaśnym).



Na II stopniu utlenienia występuje w postaci jonów Mn

2+

,



Związki manganu na III stopniu utlenienia wykazują tendencje do

dysproporcjonowania na związki manganu II i IV.

Charakter tlenków zmienia się z zasadowego na kwasowy w miarę
podwyższenia stopnia utlenienia.

)

,

,

(

2

3

2

VII

VI

V

Mn

kwasowe

MnO

ny

amfoterycz

O

Mn

zasadowy

MnO

zasadowy









Związki

Barwa w
roztworze

Bezwodne

II

Cechy
metaliczne

Mn

2+

sole manganu

trwałe w roztworach

wodnych

jasno

różowa

biała(MnSO

4

)

blado -

różowa

MnCl

2

III

Cechy

metaliczne

Sole Mn

3+

manganu

trwałe w kryształach

czerwone

IV

Cechy
amfoteryczne

Tlenek
MnO

2

- braunsztyn

brunatny

VI

Cechy
kwasotwórcze

MnO

4

2-

- manganian

zielona

fioletowe

VII

Cechy
kwasotwórcze

MnO

4

-

- nadmanganian

fioletowo –
czerwona

fioletowo-

czerwone

Związki manganu na II stopniu utlenienia

Związki manganu(II) zawierają mangan dwuwartościowy i

są najtrwalsze

ze wszystkich połączeń manganu.

Tlenek manganu (II)

MnO (szaro-zielonkawy)

ma charakter zasadowy.

Wodorotlenek manganu(II)

jest nierozpuszczalny w wodzie i

tworzy biały osad.

Ma wyłącznie charakter zasadowy

.

Pod wpływem tlenu atmosferycznego utlenia się do brunatnego
uwodnionego tlenku manganu (IV): 2Mn(OH)

2

+ O

2

→ 2MnO

2

·H

2

O

W roztworach wodnych mangan(II) występuje w postaci jonów Mn

2+.

Związki manganu na III i V stopniu utlenienia

Tlenek manganu(III) wykazuje właściwości zasadowe.

Reaguje z odpowiednimi kwasami dając sole manganu(III), które są
bardzo nietrwałe i łatwo ulegają dalszemu utlenieniu. Pod działaniem
wody ulegają prawie całkowitej hydrolizie.

Mn

2

O

3

występuje w przyrodzie jako minerał braunit.

W laboratorium jest otrzymywany w postaci czarnego
proszku w wyniku ogrzewania MnO

2

:

2

3

2

2

O

O

Mn

2

MnO

4





Mangan na stopniu utlenienia (V) wykazuje właściwości niemetaliczne i
tworzy manganiany (V) – podmanganiany (MnO

4

3-

).

W roztworach wodnych obojętnych i zakwaszonych ulegają
dysproporcjonowaniu do związków Mn(IV) i Mn(VI):















OH

4

MnO

MnO

O

H

2

MnO

2

2

2
4

2

3
4

Związki manganu na IV stopniu utlenienia

Tlenek manganu(IV)

występuje w przyrodzie jako minerał

braunsztyn
(pirouluzyt) i jest najtrwalszym związkiem manganu(IV).



Ogrzewany w powietrzu(>530

o

C) rozkłada się z utworzeniem

tlenku manganu(III) i wolnego tlenu:
Ogrzany jeszcze mocniej przechodzi w najtrwalszy mieszany tlenek –
2MnO·MnO

2



Zarówno uwodniony jak i bezwodny MnO

2

wykazuje właściwości

amfoteryczne.

1.W reakcji z kwasami zachowuje się jak tlenek zasadowy,
jednocześnie wykazując właściwości utleniające:

Sole manganu(IV) są bardzo nietrwałe i szybko ulegają rozkładowi,
zwłaszcza w podwyższonej temperaturze.
2. W reakcji z zasadami i tlenkami metali tworzy nietrwałe i
trudne do otrzymania sole – manganiny(IV):

CaO + MnO

2

→ CaMnO

3



W środowisku zasadowym, przy dostępie tlenu utlenia się do

manganianów.

O

H

2

Cl

MnCl

HCl

4

MnO

2

2

2

T

2









O

H

2

O

MnSO

2

SO

H

2

MnO

2

2

2

4

4

2

2









O

H

2

MnO

2

O

OH

4

MnO

2

2

2
4

2

2













2

3

2

2

O

O

Mn

2

MnO

4





Dwutlenek manganu jest katalizatorem niektórych reakcji, m.in. rozkładu
nadtlenku wodoru, a w mieszaninie z tlenkiem miedzi przyspiesza
utlenianie tlenku węgla (CO) do dwutlenku węgla (CO

2

), co

wykorzystywane jest do oczyszczania powietrza (np. w pochłaniaczach
masek przeciwgazowych).

Po wrzuceniu do perhydrolu kilku kryształków
tlenku manganu (IV) rozpoczyna się burzliwa
i gwałtowna reakcja, w czasie której trwania
roztwór intensywnie się ogrzewa, co powoduje
wrzenie wody i ucieczkę powstałej pary
wodnej, wymieszanej z tlenem przez wylot
kolby.
Reakcja z czasem słabnie, aż do całkowitego
rozkładu tlenku manganu (IV).

Związki manganu na VI stopniu utlenienia

Manganiany(VI) sole - odpowiadające bezwodnikowi kwasowemu MnO

3

posiadają właściwości utleniające.
W roztworach wodnych mają barwę zieloną.

Trwałe są tylko w roztworach zasadowych.

W roztworach obojętnych i kwaśnych ulegają dysproporcjonowaniu na
tlenek manganu(IV) i manganiany(VII).

Kwas manganowy(VI) H

2

MnO

4

nie jest znany w stanie wolnym. Jon

kwasu manganowego(VI) nie może bowiem istnieć w roztworze obok
jonów wodorowych.

Otrzymywane są przez stapianie tlenku manganu(IV) z wodorotlenkami
litowców i utleniaczami.

O

H

2

MnO

MnO

2

H

4

MnO

3

2

2

4

2
4















Związki manganu na VII stopniu utlenienia



Kwas manganowy(VII) /nadmanganowy/ HMnO

4

nie jest znany,

natomiast znamy jego bezwodnik Mn

2

O

7

.



Jony MnO

4

-

mają intensywną fioletowo – czerwoną barwę.



W temperaturze powyżej 230

o

C ulega rozkładowi termicznemu:

2KMnO

4

→ K

2

MnO

4

+ MnO

2

+ O

2

↑



Związki manganu(VII) są silnymi utleniaczami.

Związki manganu występującego na VII
stopniu utlenienia są silnymi utleniaczami,
jednak ich właściwości utleniające zależą od
odczynu roztworu!!

Wpływ środowiska reakcji na redukcję jonów MnO

4

-

.

2

MnO



2

Mn



4

MnO



2

4

MnO



ΟΗ







3





2

Redukcja jonów MnO

4

-

w środowisku kwaśnym

W środowisku kwaśnym manganian(VII) ulega redukcji do manganu (II).
Roztwór zmienia barwę z fioletowej
na blado różową (bardzo słabo zabarwiony)







2

4

Mn

MnO

Substrat

y
KMnO

4

K

2

SO

3

H

2

SO

4

Produkt

y
MnSO

4

K

2

SO

4

H

2

O

O

H

O

S

K

SO

Mn

SO

H

O

S

K

O

Mn

K

2

4

VI

2

4

II

4

2

3

IV

2

4

VII

3

6

2

3

5

2











5

2

































2H

SO

O

H

2e

SO

O

4H

Mn

8H

5e

MnO

2

4

2

2

3

2

2

4

O

H

O

S

K

SO

Mn

SO

H

O

S

K

O

Mn

K

2

4

VI

2

4

II

4

2

3

IV

2

4

VII











Redukcja jonów MnO

4

-

w środowisku obojętnym

W środowisku obojętnym jony MnO

4

-

(VII) ulegają redukcji do

MnO

2

(IV). Z roztworu wytraca się brunatny osad tlenku

manganu(IV).

2

4

MnO

MnO 



Substraty
KMnO

4

K

2

SO

3

H

2

O

Produkty
MnO

2

K

2

SO

4

H

2

O

KOH

2KOH

SO

3K

2MnO

O

H

SO

3K

2KMnO

4

2

2

2

3

2

4











KOH

SO

K

MnO

O

H

SO

K

KMnO

4











4

2

2

2

3

2

3

2

2

3

2

4

2

3

2

4



















SO

e

SO

MnO

e

MnO



























H

SO

O

H

e

SO

OH

MnO

O

H

e

MnO

6

3

3

6

3

8

2

4

6

2

2

4

2

2

3

2

2

4

Redukcja jonów MnO

4

-

w środowisku zasadowym

W środowisku zasadowym manganian(VII) /nadmanganian/ ulega
redukcji do manganu(VI) , wskutek czego roztwór zmienia barwię na
zieloną.

Substrat

y
KMnO

4

K

2

SO

3

KOH

Produkty
K

2

MnO

4

K

2

SO

4

H

2

O







2

4

4

MnO

MnO

O

H

SO

2OH

2e

-

SO

2

MnO

e

MnO

2

-

2
4

-

-

2
3

-

2

4

-

4













O

H

O

S

K

O

Mn

2K

2KOH

O

S

K

O

Mn

2K

2

4

VI

2

4

VI

2

3

IV

2

4

VII











O

H

O

S

K

O

Mn

K

KOH

O

S

K

O

Mn

K

2

4

VI

2

4

VI

2

3

IV

2

4

VII











stopień

utlenienia

II

III

IV

V

VI

VII

przykład

związku

MnO

Mn(OH)

2

Mn

2

O

3

MnO(OH)

MnO

2

MnO(OH)

2

MnO

4

3 -

MnO

4

2 -

MnO

4

-

przykład

związku

MnO · Mn

2

O

3

charakter

chemiczny

zasadowy

amfoteryczn

y

kwasowy

własności

niemetaliczn

e

rosną

→

własności

utleniające

rosną

→

Podsumowanie

Mangan tworzy trwałe związki na stopniach utlenienia II, IV, VII.



4

MnO

Redukcja MnO

4

-

Środowis

ko

Zmiana

stopnia

utlenieni

a

Równanie reakcji

Kwasowe

H

3

O

+

Obojętne

H

2

O

Zasadow

e

OH

-







2

4

Mn

MnO

2

4

MnO

MnO 









2

4

4

MnO

MnO

O

H

O

S

O

Mn

2

2OH

O

S

O

Mn

2

VI

VI

IV

VII

2

2

4

2

4

2

3

4







































2OH

3SO

2MnO

O

H

3SO

2MnO

2

4

2

2

2

3

4

O

3H

O

S

2Mn

6H

O

S

5

O

Mn

2

2

2

4

VI

II

2

2

3

IV

VII





















5

4























2

2

4

2

4

2

2

2

)

(

)

(

Mn

MnO

MnO

MnO

OH

MnO

OH

Mn

Mn

Mn

7

6

5

4

3

2

1

1

Mn + 2H

+

→ Mn

2+

+H

2

2

Mn

2+

+2OH

-

→Mn(OH)

2

3

Mn(OH)

2

+1/2O

2

→MnO(OH)

2

4

5

6

2 MnO

4

-

+ 3 SO

3

2-

+ H

2

O → 2 MnO

2

+ 3 SO

4

2-

+ 2 OH

-

7

MnO

2

+4HCl→MnCl

2

+Cl

2

+2H

2

O

O

H

2

MnO

2

O

OH

4

MnO

2

2

2
4

2

2













O

H

2

MnO

MnO

2

H

4

MnO

3

2

2

4

2
4















Trochę równań reakcji

4

2

4

2

2

2

2

4

2

4

2

2

4

2

3

3

2

4

2

2

2

4

2

4

2

2

4

2

2

4

2

4

2

4

2

4

2

2

4

2

3

2

2

4

2

2

2

2

2

2

2

SO

H

2

SO

K

MnO

2

O

H

2

SO

3

KMnO

2

CO

2

+

SO

Na

+

KNO

2

+

MnO

Na

KNO

2

+

CO

Na

2

+

MnSO

O

H

4

+

Cl

2

+

KCl

2

+

MnCl

HCl

8

+

MnO

K

KOH

4

+

KMnO

2

+

MnO

O

H

2

+

MnO

K

3

O

H

2

+

SO

K

2

+

KMnO

2

+

MnO

SO

H

2

+

MnO

K

3

O

H

3

+

KCl

+

MnO

K

3

KOH

6

+

KClO

+

MnO

3

O

H

2

+

MnO

Na

2

O

+

NaOH

4

+

MnO

2

Cl

+

O

H

2

+

MnCl

HCl

4

+

MnO

























Dla dociekliwych ( z egzaminu dojrzałości
2006)

Poniżej przedstawiono schematycznie reakcje zachodzące z udziałem

związków manganu.

A. Napisz równania reakcji przedstawionych na powyższym schemacie.
B. Podaj nazwy związków manganu z powyższego schematu.
C. Określ skład jądra atomu manganu i napisz pełną konfigurację atomu

w stanie podstawowym. Podaj maksymalny stopień utlenienia tego
pierwiastka w związkach chemicznych.

D. Związki manganu na stopniu utlenienia VII wykazują właściwości

utleniające.
Reakcja manganianu(VII) potasu z kwasem solnym prowadzi do
otrzymania chloru, odpowiedniej soli manganu, chlorku potasu i wody.
Napisz równanie tej reakcji. Współczynniki dobierz metodą bilansu
elektronowego. Oblicz, jaka objętość chloru (odmierzonego w
warunkach normalnych) może się wydzielić w tej reakcji, jeśli do
reakcji użyto 0,02 mola KMnO

4

i nadmiar kwasu solnego. Załóż, że

reakcja zachodzi ze 100% wydajnością.

MnCO

3

MnO

MnSO

4

Mn(OH)

2

MnO

2

1

2

3

4

5

E. Do odkażania ran stosowany jest wodny roztwór manganianu(VII)

potasu o

stężeniu 0,1%.

Wykonaj odpowiednie obliczenia i opisz sposób przygotowania 150
cm

3

tego roztworu. Załóż, że gęstość roztworu jest równa 1g/cm

3

.

F*. Mangan tworzy tlenki na II, III, IV i VII stopniu utlenienia. Napisz wzory

sumaryczne tych tlenków. Określ, jaki charakter chemiczny wykazują
tlenki manganu na najniższym i najwyższym stopniu tlenienia.
Odpowiedź uzasadnij podając odpowiednie równania reakcji
zachodzących z udziałem kwasu solnego lub zasady sodowej.

F**. Mangan tworzy tlenek MnO

2

, który reaguje z gorącym kwasem

solnym
z wydzieleniem chloru, a w reakcji z kwasem siarkowym(VI) z
wydzieleniem tlenu. Napisz równania obu reakcji i określ, jaka rolę w
każdej z nich pełni MnO

2

.

G*.Metaliczny mangan otrzymywany jest metodą aluminotermiczną.

Reakcja zachodzi pomiędzy metalicznym glinem i tlenkiem manganu
o wzorze Mn

3

O

4

. Zapisz równanie tej reakcji oraz oblicz, ile gramów

Mn

3

O

4

trzeba użyć, aby otrzymać 0,5 g manganu, jeśli reakcja

zachodzi z 80% wydajnością.

G**. Metaliczny mangan można otrzymać metodą elektrolizy wodnych
roztworów soli manganu. Napisz równania reakcji elektrodowych oraz
sumaryczne równanie elektrolizy siarczanu(VI) manganu(II). Oblicz, ile
gramów manganu otrzymano podczas elektrolizy wodnego roztworu
siarczanu(VI) manganu(II) prowadzonego prądem o natężeniu 2 A w
czasie 30 min.

H*. Roztwór manganianu(VII) potasu jest stosowany do identyfikacji
węglowodorów nienasyconych. Napisz wzór i podaj nazwę węglowodoru
nienasyconego, zbudowanego z trzech atomów węgla, który może być
zidentyfikowany w reakcji
z roztworem KMnO4. Napisz jakie obserwacje towarzyszą tej reakcji.

H**. Podczas reakcji identyfikacji węglowodorów nienasyconych
roztworem manganianu(VII) potasu zachodzi reakcja opisana
równaniem:
KMnO

4

+ CH

2

=CH

2

+ H

2

O  CH

2

(OH)-CH

2

(OH) + KOH + MnO

2

W oparciu o bilans elektronowy dobierz współczynniki
stechiometryczne tej reakcji.

BIBLIOGRAFIA

„ Repetytorium chemia od A do Z” M. Klimaszewska

„Chemia 3”– podręcznik ( zakres rozszerzony) S. Hejwowska, R.
Marcinkowski,J. Staluszka

„ Chemia ogólna i nieorganiczna” A. Bielański

http://portalwiedzy.onet.pl/