Общая характеристика d-элементов 7 группы

Элементы 7Б-группы – марганец, искусственно полученный технеций, рений и искусственно полученный борий – завершают первые пятерки вставных декад d-элементов. Их валентная электронная конфигурация (n-1)d⁵s². Имея на внешней электронной оболочке атома всего 2 электрона, марганец и его аналоги не способны присоединять электроны и, в отличие от галогенов (входящих с ними в одну группу), водородных соединений не образуют. Однако высшие водородные соединения этих элементов до некоторой степени сходны с соответствующими соединениями галогенов, так как в образовании связей с кислородом у них, как и у галогенов, могут участвовать семь электронов. Поэтому их высшая степень окисления равна +7.

В комплексных соединениях координационные числа марганца: 4 и 6, а технеция и рения: 7, 8, 9.

Из элементов подгруппы марганца наибольшее практическое значение имеет сам марганец. Рений – редкий элемент, однако, благодаря ряду ценных свойств, находит применение в технике. Технеций в земной коре не встречается. Он был получен искусственно, бомбардировкой ядер атомов молибдена ядрами тяжелого изотопа водорода – дейтронами.

Основная масса металлического марганца получается в настоящее время путем алюмотермического восстановления пиролюзита, гаусманита или предварительно обожженных карбонатных и сульфидных руд:

3Mn₃O₄ + 8Al = 9Mn + 4Al₂O₃

Рений получают из отходов медного и молибденово-вольфрамового производства. Через ряд последовательных реакций рений переводят в перренат калия, который восстанавливают водородом при нагревании:

2KReO₄ + 7H₂ = 2KOH + 2Re + 6H₂O

По химической устойчивости элементы подгруппы марганца заметно различаются. Марганец в электрохимической ряду напряжений располагается между магнием и цинком и является, таким образом, довольно активным металлом, то технеций и рений относятся к благородным металлам.

Для марганца могут быть получены следующие оксиды: MnO, Mn₂O₃, MnO₂, Mn₂O₇. С увеличением степени окисления марганца свойства оксидов меняются от основных через амфотерные к кислотным:

MnO Mn₂O₃ MnO₂ Mn₂O₇.

Основные св-ва уменьшаются, кислотные – увеличиваются.

Оксиды технеция и рения, отвечающие низшим степеням окисления, получаются лишь косвенным путем. При нагревании на воздухе оба элемента образуют высшие оксиды Э₂О₇.

Устойчивые степени окисления марганца +2, +4, +7 в соединениях кислотного и солевого характера.

Оксид марганца (II) MnO встречается в природе в виде мелких зеленых кристаллов, плохо растворимых в воде. При нагревании на воздухе превращается в разные оксиды:

MnO → MnO₂ → Mn₂O₃ → MnO₃

MnO растворяется в кислотах:

MnO + 2H+ + 5H₂O → [Mn(H₂O)₆]²⁺

Обработка аквакомплекса [Mn(H₂O)₆]²⁺ при рН=8, 5 в атмосфере водорода

приводит к образованию нерастворимого гидроксида марганца (II):

[Mn(H₂O)₆]²⁺ + 2OH- → Mn(OH)₂↓ + 6H₂O

Гидроксид марганца (II) обладает слабоосновными свойствами, окисляется кислородом воздуха и другими окислителями до марганцеватистой кислоты или ее солей манганитов:

Mn(OH)₂ + H₂O₂ → H₂MnO₃ ↓ + H₂O

Марганцеватистая кислота выпадает в осадок.

В щелочной среде Mn²⁺ окисляется до MnO₄^2-, а в кислой – до MnO₄^-

MnSO₄+ 2KNO₃+ 4KOH→ K₂MnO₄+ 2KNO₂+ K₂SO₄ + 2H₂O

В биологических процессах Mn²⁺ не меняет степени окисления. Устойчивые биокомплексы марганца в организме стабилизируют эту степень окисления. Стабилизирующее действие проявляется в большом времени удержания гидратной оболочки.

MnO₂ является устойчивым природным соединением марганца, которое встречается в четырех модификациях. Все модификации имеют амфотерный характер и обладают окислительно-восстановительной двойственностью:

MnO₂ + 2KI + 3CO₂ + H₂O → I₂ + MnCO₃ + 2KHCO₃

6MnO₂ + 2NH₃ → 3Mn₂O₃ + N₂ + 3H₂O

4MnO₂ + 3O₂ + 4KOH → 4KMnO₄ + 2H₂O

2MnO₂ + 3Cl₂ + 8KOH → 2KMnO₄ + 6KCl + 4H₂O

Производные Mn (VII) - это оксид марганца Mn₂O₇ и его гидратная форма – марганцевая кислота HMnO₄, известная только в растворе.

Соли марганцевой кислоты – перманганаты. Ионы обусловливают фиолетовую окраску растворов. Перманганаты – сильные окислители. Это свойство используется в медицинской практике для дезинфекции. KMnO₄ применяют в титриметрическом анализе для определения различных восстановителей (перманганатометрия), используют в экологии для оценки загрязненности сточных вод.

Для организма перманганаты являются ядами, их обезвреживание проводят введением 3%-го пероксида водорода, подкисленного уксусной кислотой:

2KMnO₄+ 5H₂O₂+ 6CH₃COOH=2Mn(CH₃COO)₂ + 2CH₃COOK + 8H₂O + 5O₂

Марганец является биогенным элементом и одним из десяти металлов жизни, необходимых для нормального протекания процессов в живых организмах.