Минералы Марганца известны издавна. Древнеримский натуралист Плиний упоминает о чёрном камне, который использовали для обесцвечивания жидкой стеклянной массы; речь шла о минерале пиролюзите MnO2. В Грузии пиролюзит с древнейших времён служил присадочным материалом при получении железа. Долгое время пиролюзит называли чёрной магнезией и считали разновидностью магнитного железняка. В 1774 году К.Шелле доказал, что это соединение неизвестного металла, а другой шведский учёный Ю.Гаи, сильно нагревая смесь пиролюзита с углём, получил Марганец загрязнённый углеродом. Название Марганец традиционно происходит от немецкого Marganerz — марганцевая руда.
Марганец — серебристо-белый твёрдый хрупкий металл. Известны четыре кристаллические модификации марганца, каждая из которых термодинамически устойчива в определённом интервале температур. Ниже 7070 С устойчив a-марганец, имеющий сложную структуру — в его элементарную ячейку входят 58 атомов. Сложность структуры марганца при температурах ниже 7070 С обусловливает его хрупкость.
Некоторые физические константы марганца приведены ниже:
Плотность, г/см3………………………………………………. 7,44
Т. Пл., 0С ……………………………………………………….. 1245
Т.кип., 0С………………………………………………………. ~2080
S0298, Дж/град·моль………………………………………………….. 32,0
DHвозг. 298, кДж/моль……………………………………………… 280
E0298 Mn2+ + 2e = Mn, В……………………………………. -1,78
Марганец — d-элемент VII группы периодической системы, с конфигурацией валентных электронов 3d54s2.
| 3d | 4 | 4p | ||||||||
| ¯ | ¯ | ¯ | ¯ | ¯ | ¯ | |||||
Некоторые сведения об этом элементе приведены ниже:
Атомная масса……………………………………………. 54,9380
Валентные электроны……………………………………. 3d54s2
Металлический атомный радиус, нм………………… 0,130
Условный радиус иона Mn2+, нм……………………… 0,052
Условный радиус иона Mn7+, нм……………………… 0,046
Энергия ионизации Mn0 ® Mn+, эВ…………………… 7,44
Содержание в земной коре, мол. доли, %……… 3,2·10-2
Применение марганца
Марганец принадлежит к весьма распространённым элементам, составляя 0,03% от общего числа атомов земной коры. Среди тяжёлых металлов (атомный вес больше 40), к которым относятся все элементы переходных рядов, марганец занимает по распространенности в земной коре третье место вслед за железом и титаном. Небольшие количества марганца содержат многие горные породы. Вместе с тем, встречаются и скопления его кислородных соединений, главным образом в виде минерала пиролюзита — MnO2.
Марганец в большом количестве применяется в металлургии в процессе получения сталей для удаления из них серы и кислорода. Однако в расплав добавляют не марганец, а сплав железа с марганцем — ферромарганец, который получают восстановлением пиролюзита углём. Добавки марганца к сталям повышают их устойчивость к износу и механическим напряжениям. В сплавах цветных металлов марганец увеличивает их прочность и устойчивость к коррозии.
Диоксид марганца используют в качестве катализатора в процессах окисления аммиака, органических реакциях и реакциях разложения неорганических солей. В керамической промышленности MnO2 используют для окрашивания эмалей и глазурей в черный и тёмно-коричневый цвет. Высокодисперсный MnO2 обладает хорошей адсорбирующей способностью и применяется для очистки воздуха от вредных примесей.
Перманганат калия применяют для отбеливания льна и шерсти, обесцвечивания технологических растворов, как окислитель органических веществ.
В медицине применяют некоторые соли марганца. Например, перманганат калия применяют как антисептическое средство в виде водного раствора, для промывания ран, полоскания горла, смазывания язв и ожогов. Раствор KMnO4 применяют и внутрь при некоторых случаях отравления алкалоидами и цианидами. Марганец является одним из активнейших микроэлементов и встречается почти во всех растительных и живых организмах. Он улучшает процессы кроветворения в организмах.
Не стоит забывать, что соединения марганца могут оказывать токсичное действие на организм человека. Предельно допустимая концентрация марганца в воздухе 0.3 мг/м3. При выраженном отравлении наблюдается поражение нервной системы с характерным синдромом марганцевого паркинсонизма.
Получение марганца
Чистый марганец может быть получен электролизом растворов его солей. Однако, поскольку 90% всей добычи марганца потребляется при изготовлении различных сплавов на основе железа, из руд обычно выплавляют прямо его высокопроцентный сплав с железом – ферромарганец.
Соединения марганца в биологических системах
Марганец весьма интересен в биохимическом отношении. Точные анализы показывают, что он имеется в организмах всех растений и животных. Содержание его обычно не превышает тысячных долей процента, но иногда бывает значительно выше.
Марганец принадлежит к числу немногих элементов, способных существовать в восьми различных состояниях окисления. Однако в биологических системах реализуются только два из этих состояний: Mn (II) и Mn (III).
Объем производства марганцевой руды по предприятиям
Марганецкий ГОК
Месторождение марганцевых руд было открыто в 1883 году. В 1985 г. на базе этого месторождения начал добычу руды Покровский рудник. По мере развития рудника и возникновения новых карьеров и шахт сформировался Марганецкий ГОК.
В составе производственной структуры комбината: два карьера для открытой добычи марганцевой руды, пять шахт для подземной добычи, три обогатительных фабрики, а также необходимые вспомогательные цеха и службы, в т.ч. ремонтно-механический, транспортный и пр.
Орджоникидзевский ГОК
Основным видом выпускаемой продукции является марганцевый концентрат различных сортов с содержанием чистого марганца от 26% до 43% (в зависимости от сортности). Попутные продукты — керамзитовая глина и шламы.
Добычу марганцевой руды предприятие ведется на закрепленных за ним рудных полях. Запасов руд хватит на срок более 30 лет. Запасы марганцевой руды в Украине суммарно по Орджоникидзевскому и Марганцевому горно-обогатительным комбинатам составляет треть всех мировых запасов.
Марганцевые удобрения
Марганцевыми удобрениями служат марганцевые шлаки, содержащие до 15% марганца, а также сернокислый марганец. Но наибольшее распространение получил марганизированный суперфосфат, содержащий около 2-3% марганца.
Микроудобрения применяют также в виде некорневых подкормок, опрыскивая растения соответствующим раствором или замачивая в нем семена перед посевом.
Марганец активно влияет на обмен белков, углеводов и жиров. Важной также считается способность марганца усиливать действие инсулина и поддерживать определенный уровень холестерина в крови. В присутствии марганца организм полнее использует жиры. Сравнительно богаты этим микроэлементом крупы (в первую очередь овсяная и гречневая), фасоль, горох, говяжья печень и многие хлебобулочные изделия, которыми практически восполняется суточная потребность человека в марганце — 5,0-10,0 мг.
Заболевание вызываемые токсином Марганца
Как было сказано выше, соединения марганца вызывают токсичное воздействие на человека. Самое распостранненое заболевание – это синдром Паркинсона. Также следствие этих токсинов бывают заболевания: Центрально — Нервной Системы, пневмония, рак желудка и летаргия.
Болезнь Паркинсона
Болезнь Паркинсона — это наследственное заболевание в связи с поражением (дегенерацией нейронов) подкоркового образования мозга — «черной субстанции» из-за отсутствия фермента (L-тирозингидрогеназы) и снижения ДОФАмина. Страдая «дрожательным параличом» Джемс Паркинсон — врач, описал «свое заболевание» в литературе в 1818 году, а один из известнейших невропатологов — Шарко назвал его «болезнью Паркинсона». Частота заболевания до 70 лет — 180 больных на 100 000 населения. после 70 лет — 1800 больных на 100 000 населения. Мужчины болеют в 1.6 раза чаще, чем женщины.
Однако, помимо болезни в этих группах больных встречается и синдром Паркинсонизма, который обязан своим появлением травме головного мозга, токсическим воздействиям на организм, перенесенному энцефалиту, а также атеросклерозу сосудов головного мозга. Таким образом, перенесенное когда-то сотрясение мозга или отравление угарным газом могут быть причиной вторичного Паркинсонизма в возрасте от 50 лет.
Длительный прием таких препаратов, как резерпин, нейролептики, депрессанты и наркотики также приводит к развитию токсического Паркинсонизма.
Воспаление лёгких
Воспаление лёгких (пневмония), группа заболеваний легких у человека и животных; характеризуются воспалительным процессом в альвеолах, в межуточной ткани легкого и бронхиолах. У человека вызываются вирусами, пневмо- или стафилококками и другими микроорганизмами. Острое воспаление легких может быть крупозным (с поражением доли легкого, внезапным началом, ознобом, высокой температурой, болью в грудной клетке при дыхании), очаговым (бронхопневмония) или интерстициальным (кашель со слизисто-гнойной мокротой, температура 37-39 °С). При хроническом воспалении легких поражаются бронхи, сосуды и лимфатическая система легких.
Рак желудка
Рак желудка по заболеваемости и смертности занимает второе место среди всех злокачественных опухолей. У мужчин карциному желудка выявляют в 2 раза чаще, чем у женщин. Типичный возраст — 50-75 лет.
Окружающая среда: повышенный риск развития рака желудка отмечается у лиц контактирующих с асбестом, никелем, марганцем, у рабочих на производстве резины. Считается, что инфекция Helicobacter pylori также повышает риск заболевания.
Употребление алкоголя и табака на развитие рака желудка статически не доказано.
Наличие А группы крови — имеет историческое значение, поскольку эпидемиологическими исследованиями не было подтверждено это утверждение.
Язвенная болезнь. Трансформация доброкачественных язв в карциномы происходит редко. Однако в виду того, что карциномы изъязвляются, часто ставится диагноз язвенная болезнь. Малигнизация происходит в длительно существующих каллезных язвах.
Полипы и полипоз желудка. Все полипы кроме железистой аденомы не являются предраковыми состояниями. Все полипы желудка должны быть исследованы гистологически, и все полипы размерами более 2 см должны быть удалены.
Риск развития рака желудка в 2.5 раза выше у лиц, перенесших ранее резекцию по поводу язвенной болезни. Рак развивается в пределах 15-40 лет после резекции.
Летаргия
Или мнимая смерть, как называют по-другому эту болезнь. Человека, находящегося в глубоком летаргическом сне, иногда действительно трудно отличить от умершего: у него почти не прощупывается пульс, укол булавкой или иглой не вызывает реакции, кожа бывает бледной и холодной, температура тела падает ниже нормы.
Прежде летаргический сон казался людям сверхъестественным явление и вызывал суверенный страх. И. П. Павлов установил, что это болезнь и происходит она от длительного торможения коры головного мозга, ослабленного в результате некоторых заболеваний. Случаи летаргии иногда встречаются у людей, больных малокровием.