一、概述

 

锰(Manganese)是一种灰白色多价金属元素,在元素周期表中,锰属过渡元素,与、铁相邻,化学活性比铬弱,比铁强。质硬而脆,密度7.20/厘米3熔点1244+3℃,沸点1962 ℃。电离能为7.435电子伏特。化合价+2+3+4+6+7。其中以+2Mn2+的化合物)、+4二氧化锰,为天然物)和+7高锰酸盐,如KMnO4)为稳定的氧化态。

 

固态状态时锰以四种同素异形体存在。锰有四种同素异形体,晶体结构随温度而变化。α锰在710℃以下是稳定的,呈体心立方晶格;710℃以上转变为β锰,是稍复杂的立方形晶格;升温至1070℃就出现γ锰,是面心立方晶格;到了1140℃就转变为δ锰,又是体心立方晶格。

 

锰在空气中易氧化,生成褐色的氧化物覆盖层。它也易在升温时氧化。氧化时形成层状氧化锈皮,最靠近金属的氧化层是MnO,而外层是Mn3O4。在高于800℃的温度下氧化时,MnO的厚度逐渐增加,而Mn3O4层的厚度减少。在800度以下出现第三种氧化层Mn2O2。在约450℃以下最外面的第四层氧化物MnO2是稳定的。能分解水,易溶于稀酸,并有氢气放出,生成二价锰离子。

 

锰是在地壳中广泛分布的元素之一。它的氧化物矿——软锰矿早为古代人们知悉和利用。但是,一直到18世纪的70年代以前,西方化学家们仍认为软锰矿是含等的矿物。18世纪后半叶,瑞典化学家T.O.柏格曼研究了软锰矿,认为它是一种新金属氧化物。他曾试图分离出这个金属,却没有成功。舍勒也同样没有从软锰矿中提取出金属,便求助于他的好友、柏格曼的助手——甘英。在1774年,甘英分离出了金属锰。柏格曼将它命名为Manganese(),拉丁名称Magnes为磁石的意思,元素符号Mn也由此而来。

 

 

二、基本性质

 

元素名称:锰 (Manganese) 

元素符号:Mn

元素原子量:54.94

元素类型:金属元素

体积弹性模量:120(GPa) 

原子化焓:280.3 (kJ /mol @25)

热容26.32 J /mol• K

导电性:0.0069510^6/(cm •Ω )

原子体积:7.39(立方厘米/摩尔)

元素在太阳中的含量:10(ppm

元素在海水中的含量:太平洋表面:0.0001(ppm)

地壳中含量:950ppm

质子数:25

中子数:30

原子序数:25

所属周期:3

所属族数:VIIB

电子层分布:2-8-13-2

锰砂氧化态:主要: Mn+2  其它:Mn-3, Mn-2, Mn-1, Mn0, Mn+1, Mn+3, Mn+4, Mn+5, Mn+6, Mn+7 

晶体结构:晶胞为体心立方晶胞,每个晶胞含有2个金属原子。

晶胞参数:

a = 891.25 pm 

b = 891.25 pm 

c = 891.25 pm 

α = 90° 

β = 90° 

γ = 90° 

莫氏硬度:

电离能 (kJ /mol) 

M - M+ 717.4 

M+ - M2+ 1509.0 

M2+ - M3+ 3248.4 

M3+ - M4+ 4940 

M4+ - M5+ 6990 

M5+ - M6+ 9200 

M6+ - M7+ 11508 

M7+ - M8+ 18956 

M8+ - M9+ 21400 

M9+ - M10+ 23960 

声音在其中的传播速率:5150m/S

 

 

三、锰的应用 

 

1. 锰在铁工业中的应用 

 

1)锰在炼铁中的应用 

 

锰能与铁水无限互溶,形成近似理想熔液,随着锰的增加,铁水的黏度降低,流动性明显改善。 电解锰以锰片,锰锭,低、微碳锰铁,氮化锰,合金等多种形式在钢铁行业中应用。主要用于200系列不锈钢、电工钢、管线钢、军工钢、高温合金钢、汽车钢板等特殊钢

 

2)锰在炼钢中的应用 

 

锰是脆性金属,不能单独作结构材料使用。主要以铁合金形态用作炼钢脱氧剂或合金添加剂,也是良好的脱剂。每吨粗钢平均消耗锰 6公斤左右。金属锰则是优质钢和、铝、等合金的脱氧剂或合金添加剂。钢由于用锰脱氧,一般都含锰0.3-0.7%。钢中加锰起细化结晶组织的作用,并因形成碳化物而提高强度,所以锰广泛用于结构钢、钢轨钢、弹簧钢等方面。锰还起降低γ-α铁转变点的作用;在不锈钢中可以部分代替镍(例如Cr18Mn8Ni5);含锰 12%的奥氏体型高锰耐磨钢具有极好的耐磨性能。在铜合金中,锰青铜 (Zn39%Mn1%)有良好的强度和韧性,广泛用作轮船螺旋桨和涡轮机叶片材料。铜镍锰合金锰加宁(Manganin)是温度系数很低的电阻材料。铸造锰铜合金(高阻尼合金),具有良好的结构强度和减振、消声性能。弥散硬化型铝镁合金添加少量锰,可改善时效性能,并提高耐腐蚀性。此外二氧化锰及其他锰化合物广泛用于干电池、玻璃、陶瓷、医药、食品等工业。

 

2. 锰在锰冶炼中的应用 

 

1)作氧化剂 

 

锰(Ⅳ)氧化数居中,既可做氧化剂又可做还原剂。其中MnO2最稳定,是常用的氧化剂。                      

         

2)作合金元素 

 

纯锰的用途不多,但它的合金非常重要。含锰12%-15%的锰铜既坚硬,又强韧,耐磨损。用来轧制铁轨、架设桥梁、构筑高楼、造装甲板、做耐磨的轴承、破碎机等。锰铜还有一个优异特性--不会被磁化,用在船舰需要防磁的部位,正是合适的材料。 

含锰12%的铜合金--锰铜,它的电位恒定,不受周围环境温度变化的影响,是制造精密电学仪器的好材料   

 

3. 锰在电子及轻工业领域中的应用 

 

1)锰在电子工业中的应用 

 

四氧化三锰是电子工业生产锰锌铁氧体软磁材料的重要原料。它与三氧化二铁、氧化锌一起按一定的配比混合后,制模烧结成型,制成高性能的导磁材料-软磁铁氧体。该导磁材料具有狭窄的剩磁感应曲线,可以反复磁化。且其直流电阻率很高,可以避免涡流损失。因此可用制造于高品质电感器、电视回扫变压器、电话用变压器、磁放大器、天线棒等,也可用来制造计算机存储信息的磁芯、磁盘、磁带、磁头等。 

 

2)锰在轻工、化工领域中的应用 

 

化学工业上主要用锰矿石制取二氧化锰、硫酸锰、高锰酸钾,其次用于制取碳酸锰、硝酸锰和氯化锰等。化工级二氧化锰矿粉要求MnO2含量大于50%(表 3.3.3),制硫酸锰时,Fe3%Al2O33%CaO0.5%MgO0.1%;制高锰酸钾时,Fe5%SiO25%Al2O34%。 天然二氧化锰是制造干电池的原料,要求MnO2含量越高越好。对NiCuCOPb等有害元素一般厂定标准为:Cu0.01%Ni0.03%Co0.02%Pb0.02%。矿粉的粒度要小于0.12mm。 

 

4. 锰在其他工业领域中的应用 

 

1)国防工业用锰 

 

产品名称: 酸式磷酸锰 

别名: 马日夫盐;磷酸二氢锰 

分子式: Mn(H2PO4)2·2H2O 

用途: 主要用作钢铁防锈的磷化剂,特别适合大型机械设备防锈,在国防工业中用作各种武器等的润滑层和防护层 

       

2)农业用锰 

 

锰对植物体的光合作用以及一些酶的活动、维生素的转化起着十分重要的作用,小麦、玉米缺锰,叶子会出现红和褐色斑点,果树叶子也会因此变黄。因此,在微量元素肥料中,锰盐是必不可少的成分。