Реферат: Металлы жизни
Магний и кальций находятся во II группе периодической системы Д.И.Менделеева и также относятся к s-элементам. По своим характеристикам их ионы в большей степени отличаются друг от друга, чем ионы натрия и калия. Так, ион магния по сравнению с ионом кальция проявляет большую тенденцию к образованию ковалентных донорно- акцепторных связей с различными электродонорными атомами (N,O),входящими в состав биологических макромолекул (белки, нуклеиновые кислоты). Это обуславливает большие структурообразующие свойства магния по сравнению с кальцием.
Ионы Mg2+ образуют в клетках комплексы с нуклеинывыми кислотами, учавствуют в передаче нервного импульса, сокращении мышц, метаболизме углеводов. Магний можно назвать центральным элементом энергетических процессов, связанных с окислительным фосфорилированием. Избыток магния играет роль депрессора нервного возбуждения, недостаток – вызывает тетамию (судороги).
Активность большинства ферментов переноса (гирансфероз) зависит от магния. Магний – один из основных активаторов ферментативных процессов. В частности, он активирует ферменты синтеза и распада аденозинтрифосфорной и гуаминтрифосфорной кислоты, участвует в процессах переноса фосфатных групп. Магний входит в состав хлорофилла; субъединицы рибосом (клеточных органоидов, на которых происходит синтез белка) связаны ионами Mg2+ . Соддержание магния в организме около 42г. повышенное количество его в оргнизме может вызвать наркотическое состояние.
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 . Большое значение имеют также минералы гаусманит - Mn3 O4 и браунит - Mn2 O3 .
Получение.
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 (60-90% - Mn и 40-10% - Fe). Выплавку ферромарганца из смеси марганцовых и железных руд ведут в электрических печах, причём марганец восстанавливается углеродом по реакции:
MnO2 + 2C + 301 кДж = 2СО + Mn
Небольшое количество металлического марганца в лаборатории легко приготовить алюмотермическим методом:
3Mn3 O4 + 8Al = 9Mn + 4Al2 O3 ; DH0 = -2519 кДж
Марганец - простое вещество и его свойства.
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., 0 С ................................................................. 1245
Т.кип., 0 С................................................................ ~2080
S0 298 , Дж /град · моль ........................................................... 32,0
DHвозг. 298, кДж /моль ...................................................... 280
E0 298 Mn2+ + 2e = Mn, В........................................... -1,78
В ряду напряжений марганец располагается до водорода. Он довольно активно взаимодействует с разбавленной HCl и H2 SO4 .В соответствии с устойчивыми степенями окисления взаимодействие марганца с разбавленными кислотами приводит к образованию катионного аквокомплекса [Mn(OH2)6]2+:
Mn + 2OH3 - + 4H2 O = [Mn(OH2 )6 ]2+ + H2
Вследствие довольно высокой активности, марганец легко окисляется, в особенности в порошкообразном состоянии, при нагревании кислородом, серой, галогенами. Компактный металл на воздухе устойчив, так как покрывается оксидной плёнкой (Mn2 O3 ), которая, в свою очередь, препятствует дальнейшему окислению металла. Ещё более устойчивая плёнка образуется при действии на марганец холодной азотной кислоты.
Для Mn2+ менее характерно комплексообразование, чем для других d-элемен-тов. Это связано с электронной конфигурацией d5 иона Mn2+ . В высокоспиновом комплексе электроны заполняют по одному все d-орбитали.В результате, на орбиталях содержатся d-электроны как с высокой, так и с низкой энергией; суммарный выигрыш энергии, обусловленный действием поля лигандов, равен нулю.
Соединения Mn (II)
Большинство солей Mn(II) хорошо растворимы в воде. Мало растворимы MnO, MnS, MnF2 , Mn(OH)2 , MnCO3 и Mn3 (PO4 )2 . При растворении в воде соли Mn(II) диссоциируют, образуя аквокомплексы [Mn(OH2 )6 ]2+ , придающие растворам розовую окраску. Такого же цвета кристаллогидраты Mn(II), например Mn(NO3 )2 · 6H2 O, Mn(ClO4 )2 · 6H2 O.
По химическим свойствам бинарные соединения Mn(II) амфотерны (преобладают признаки основных соединений). В реакциях без изменения степени окисления для них наиболее характерен переход в катионные комплексы. Так, оксид MnO, как и гидроксид Mn(OH)2 , легко взаимодействуют с кислотами:
MnO + 2OH3 + + 3H2 O = [Mn(OH2 )6 ]2+
Со щелочами они реагируют только при достаточно сильном и длительном нагревании:
Mn(OH)2 + 4OH- = [Mn(OH)6 ]4-
Из гидроксоманганатов (II) выделены в свободном состоянии K4 [Mn(OH)6 ], Ba2 [Mn(OH)6 ] (красного цвета) и некоторые другие. Все они в водных растворах полностью разрушаются. По этой же причине ни металлический марганец, ни его оксид и гидроксид в обычных условиях со щелочами не взаимодействуют.
Оксид MnO (серо-зелёного цвета, т.пл. 17800 C) имеет переменный состав (MnO-MnO1,5 ), обладает полупроводниковыми свойствами. Его обычно получают, нагревая MnO2 в атмосфере водорода или термически разлагая MnCO3 .
Поскольку MnO с водой не взаимодействует, Mn(OH)2 (белого цвета) получают косвенным путём - действием щелочи на раствор соли Mn (II):
MnSO4 (р) + 2KOH (р) = Mn(OH)2 (т) + K2 SO4 (р)
Кислотные признаки соединения Mn (II) проявляют при взаимодействии с однотипными производными щелочных металлов. Так, нерастворимый в воде Mn(CN)2 (белого цвета) за счёт комплексообразования растворяется в присутствии KCN:
4KCN + Mn(CN)2 = K4 [Mn(CN)6 ] (гексацианоманганат (II))
Аналогичным образом протекают реакции:
4KF + MnF2 = K4 [MnF6 ] (гексафтороманганат (II))
2KCl + MnCl2 = K2 [MnCl4 ] (тетрахлороманганат (II))
Большинство манганатов (II) (кроме комплексных цианидов) в разбавленных растворах распадается.