Теоретическая часть. К подгруппе марганца относятся: марганец Mn, технеций Тс, рений Re

 

К подгруппе марганца относятся: марганец Mn, технеций Тс, рений Re. Они являются полными электронными аналогами с конфигурацией валентных электронов {n-1)d⁵ns². Для марганца наиболее характерны степени окисления +2, +4, +7, производные, отвечающие степеням окисления +3, +5, +6, немногочисленны и неустойчивы. Для технеция типичными являются степени окисления +4, +6, +7. Для рения наиболее устойчивы производные в высшей степени окисления +7.

Простые вещества марганца и его аналогов представляют собой серебристо-белые металлы. Они обладают высокой твердостью и тугоплавкостью (рений по тугоплавкости уступает только вольфраму). Технеций - радиоактивен, наиболее устойчивый изотоп технеция ⁹⁷Тс имеет период полураспада 2,6 •10⁶ лет.

Химическая активность простых веществ в ряду Mn-Tc-Re снижается. В электрохимическом ряду напряжений марганец располагается до водорода, а технеций и рений - после него.

Все три металла устойчивы на воздухе, не растворяются в воде. В компактном состоянии марганец покрывается устойчивой оксидной пленкой, которая препятствует дальнейшему окислению металла.

Порошкообразный марганец легко окисляется кислородом, серой, галогенами. Технеций и рений вступают в химическое взаимодействие с неметаллами при достаточно сильном нагревании.

Марганец активно взаимодействует с разбавленными серной и хлороводородной кислотами с образованием солей марганца (II):

Mn + H₂S0_{4 (разб)} = MnS0₄ + Н₂↑

Технеций и рений растворяются только в азотной кислоте с образованием соответственно технециевой и рениевой кислот:

3Re + 7HN0₃ = 3HRe0₄ + 7NO + 2Н₂0

Оксид и гидроксид марганца (И) проявляют основные свойства, растворяются в кислотах. Так как оксид марганца (И) не растворяется в воде, его получают косвенным путем - действием щелочи на раствор соли марганца (II):

MnS0₄ + 2NaOH = Mn(OH)₂↓ + Na₂S0₄

В отличие от других d -элементов для катиона Mn²⁺ нехарактерно комплексообразование. Аммиакаты марганца (II) получают только при большом избытке аммиака и в присутствии солей аммония. Они неустойчивы и при разведении раствора разрушаются.

MnS0₄ + 6NH₃ + 2NH₄C1 = Mn[(NH₃)₆]Cl₂ + (NH₄)₂S0₄

Mn[(NH₃)₆]Cl₂ + 2H₂0 = Mn(OH)₂↓ + 2NH₄C1 +4NH₃

 

Производные марганца (II) легко окисляются. Так, Mn(ОН)₂ в щелочной среде окисляется даже кислородом воздуха. Осадок Mn(ОН)₂ быстро темнеет с образованием Mn0₂ • nH₂0:

 

2Мn(ОН)₂↓+ 0₂ + 2Н₂0 = 2(Mn0₂ • 2Н₂0) ↓

2Мn(ОН)₄↓

белый бурый

 

В сильнощелочной среде окисление сопровождается образованием манганатов (степень окисления марганца +6), в кислой среде - перманганатов (степень окисления марганца +7):

+2 +6 +6 -1

3MnS0₄ + 2KCI0₃ + 12KOH → 3K₂Mn0₄ + 2KCl + 3K₂S0₄ + 6H₂0

 

+2 +4 +7 +2 +2

2MnS0₄ +5Рb0₂ +6HN0₃ → 2НMn0₄ + 3Pb(N0₃)₂+2PbS0₄ +2H₂0

 

Оксид марганца (IV) Mn0₂ - черно-бурое твердое вещество. Это наиболее устойчивое соединение марганца (широко распространено в природе). При обычных условиях не растворяется в воде, кислотах и щелочах. Проявляет амфотерные свойства. При сплавлении с основными оксидами образует манганиты:

СаО + Мn0₂ = СаМnО₃

Мn0₂ – сильный окислитель. При нагревании окисляет концентрированную хлороводородную кислоту, а при взаимодействии с HN0₃ и H₂S0₄ разлагается с выделением кислорода:

+4 -1 +2 0

Mn0₂ +4НС1 = МnС1₂ +С1₂+2Н₂0

 

+4 -2 +2 0

Мn0₂ +H₂S0₄ = МnS0₄ +60₂ +2Н₂0

При взаимодействии Мn0₂ с сильными окислителями образуются производные марганца (VI) в щелочной среде и марганца (VII) в кислой среде:

+4 +5 сплавление +6 -1

3Мn0₂ + КСI0₃ + 6КОН → 3К₂Мn0₄ + KCI + 3Н₂0

 

+4 +4 +7 +2

2Mn0₂ +3Pb0₂ +6HN0₃ = 2HMn0₄ + 3Pb(N0₃)₂ + 2H₂0

Манганаты - соединения марганца (VI) - образуются при окислении соединений марганца (II) или Mn0₂ . Растворы имеют темнозеленую окраску, устойчивы только в сильнощелочной среде. В нейтральной и кислой средах диспропорционируют:

 

+6 +7 +4

3К₂Mn0₄ +2Н₂0 = 2KMn0₄ + Mn0₂ + 4КОН

При действии сильных окислителей манганаты превращаются в перманганаты:

2K₂Mn0₄ + СI₂= 2KMn0₄ + КС1

Устойчивость соединений в ряду Mn (VII) - Tc(VII) -Re(VII) повышается.

Оксид марганца (VII) Mn₂0₇ получают действием концентрированной H₂S0₄ на перманганаты:

2KMn0₄ + H₂S0₄ = Mn₂0₇ + K₂S0₄ + Н₂0

Оксид марганца Мn₂0₇ неустойчивая темно-зеленая маслянистая жидкость, которая при нагревании разлагается со взрывом:

2Мn₂0₇ = 4Мn0₂ + 30₂

Оксид технеция (VII) Тс₂0₇ и оксид рения (VII) Re₂0₇ – устойчивые кристаллические вещества желтого цвета. Их получают непосредственным окислением простых веществ.

Мn₂0₇ , Тс₂0₇ и Re₂0₇ - кислотные оксиды. Они взаимодействуют с водой с образованием марганцевой (НМn0₄), технециевой (НТс0₄) и рениевой (HRe0₄) кислот.

НМn0₄ и HRe0₄ существуют только в растворах. НТс0₄ выделена в чистом виде, она представляет собой красное кристаллическое вещество. В водных растворах эти кислоты являются сильными электролитами. Их соли - перманганаты, пертехнаты и перренаты – более устойчивы, большинство солей хорошо растворимы в воде. Растворы перманганатов имеют красно-фиолетовую окраску, растворы пертехнатов и перренатов бесцветны.

Соединения марганца (VII) - сильные окислители. Перманганат калия КМn0₄ - наиболее распространенная соль марганцевой кислоты - широко используется в качестве окислителя.

В зависимости от характера среды в реакции возможны следующие продукты восстановления КМn0₄:

в кислой среде:

Мn0₄ ^– + 8Н⁺ + 5ē = Мn²⁺ + 4Н₂0;

 

2КМn0₄ + 5Na₂S0₃ + 8H₂S0₄ = 2MnS0₄ + 5Na₂S0₄ + K₂S0₄ + 8H₂0

 

в нейтральной среде:

Mn0₄^– + 2H₂0 + 3ē = Мn0₂ + 40Н^– ;

 

2КМn0₄ + 3Na₂S0₃ + Н₂0 = 2Mn0₂ + 3Na₂S0₄ + 2КОН

 

в щелочной среде:

Мn0₄^– + ē = Мn0₄^2-

 

2KMn0₄ + Na₂S0₃ + 2КОН = 2K₂Mn0₄ + Na₂S0₄ + Н₂0

Кристаллический перманганат разлагается при нагревании, эта реакция применяется для получения кислорода в лаборатории:

2КМn0₄ = К₂Мn0₄ + Мn0₂ + 0₂