1. Физические свойства
Внешний вид и форма
Серебристо-белый металлический лист или пластина, поверхность имеет металлический блеск.
Хрупкий, высокая твердость (твердость по Моосу около 5 ~ 6), плохая пластичность, легко ломается при обработке.
Плотность и температура плавления
Плотность: 7,2~7,4 г/см³ (близка к плотности железа, но тяжелее алюминия).
Температура плавления: 1244°C, температура кипения около 1962°C, летуч при высокой температуре.
Проводимость и магнетизм
Хорошая электропроводность (проводимость около 7,8×10⁶ С/м ), но ниже, чем у меди и алюминия.
Парамагнитен, но магнитные свойства слабые, не подходит для сильных магнитных материалов.
Кристаллическая структура
Кубическая кристаллическая система (α-Mn), сложная кубическая структура при комнатной температуре, при высокой температуре (>727°C) переходит в кубическую с центром в теле (β-Mn).
2. Химические свойства
(1) Реакция окисления
Окисление при комнатной температуре:
На поверхности во влажном воздухе образуется коричневая оксидная пленка (MnO₂ или Mn₃O₄), уравнение реакции:
2Mn+3O2→2MnO2 Оксидная пленка плотная и замедляет дальнейшую коррозию, но длительное воздействие приводит к мелению пластинчатой структуры.
Высокотемпературное окисление:
При нагревании выше 500°C происходит быстрое окисление с образованием Mn₃O₄ или MnO:
3Mn+2O2ΔMn3O4
(2) Реакции с кислотами
Разбавленные кислоты:
Легко растворяется в разбавленных серной и соляной кислотах, выделяет водород и образует раствор Mn²⁺:
Mn + H2SO4 → MnSO4 + H2↑ Реакция бурная, необходимо контролировать концентрацию кислоты (во избежание пассивации концентрированной кислотой).
Концентрированная кислота:
Реакция останавливается в концентрированной серной кислоте или концентрированной азотной кислоте из-за пассивации (образование оксидной пленки на поверхности).
(3) Реакция со щелочью
Не реагирует с сильными основаниями (например, NaOH) при комнатной температуре, но может медленно реагировать при высоких температурах с образованием манганатов:
2Mn+4NaOH+3O2Δ2Na2MnO4+2H2O
(4) Другие реакции
Реагирует с галогенами:
При нагревании бурно реагирует с Cl₂ и Br₂ с образованием галогенидов марганца (например, MnCl₂).
Реакция с серой:
При высоких температурах образуется сульфид марганца (MnS), который используется для десульфуризации железа и стали:
Mn+SΔMnS
Восстановительные свойства:
Действует как сильный восстановитель, вытесняя металлы из солей высоковалентных металлов (например, восстанавливая Fe³⁺ до Fe²⁺).
3. Ключевое химическое поведение в приложениях
Выплавка стали
Раскисление: соединяется с кислородом в расплавленной стали, образуя MnO, который всплывает в шлак для удаления:
Mn+O→MnO
Десульфуризация: соединяется с серой, образуя MnS, снижая содержание серы в стали и повышая ее прочность.
Материалы для аккумуляторов
В литий-ионных батареях стабильность манганата лития (LiMn₂O₄) зависит от антиоксидантной способности марганца и стабильности решетчатой структуры.
Устойчивость к коррозии
Легко окисляется сам по себе, но при использовании в качестве легирующей добавки (например, в алюминиевых сплавах) образует защитную оксидную пленку.
