Mangan (MN) là gì? Tính chất vật lý, hóa học, cách điều chế, ứng dụng

Mangan là gì? Mangan có tính chất vật lý, hóa học và cách điều chế như thế nào? Ứng dụng của Mangan trong đời sống, sản xuất của con người ra sao? Cùng tìm hiểu và bỏ túi ngay những kiến thức hóa học bổ ích với thông tin được Admin chia sẻ trong bài viết dưới đây nhé!

Mangan (Mn) là một nguyên tố hóa học trong bảng tuần hoàn hóa học các nguyên tố, có số nguyên tử 25. Nó thuộc nhóm các kim loại chuyển tiếp và có cấu trúc electron [Ar] 3d⁵ 4s². Mangan là một kim loại mềm, có màu trắng bạc và tính ổn định trong khí trời khô, nhưng nhanh chóng bị ăn mòn khi tiếp xúc với không khí ẩm. Mangan có nhiều ứng dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau.

Nguyên tố hóa học Mangan

Các thông tin chi tiết về nguyên tố Mangan (Mn):

Ký hiệu hóa học: Mn
Tên Latin: Manganum
Số hiệu nguyên tử: 25
Chu kỳ: 4
Nhóm: VII.B
Nguyên tử khối tương đối: 54,93805
Nhóm nguyên tố: Kim loại chuyển tiếp
Độ âm điện: 1,5
Cấu hình electron: 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 3d⁵ 4s²
Số oxi hóa: 2, 3, 4, 6, 7
Khối lượng riêng: 7,44 g/cm³
Nhiệt độ sôi: 2080 ⁰C
Nhiệt độ nóng chảy: 1244 ⁰C
Trạng thái: rắn
Bán kính nguyên tử: 161 pm
Bán kính cộng hóa trị: 139 pm
Nhiệt dung riêng: 0,48 J.K^-1g^-1
Độ dẫn điện: 7,82 W.m^-1K^-1
Thời điểm khám phá: Năm 1774
Độ cứng theo thang đo Mohs: 5,0
Độ cứng theo thang đo Brinell: 196 MPa
Điện dẫn suất: 6,2.10⁵ S.m^-1
Mô đun Young: 198 GPa
Đồng vị bền: 1
Đồng vị không bền: 10
Năng lượng ion hóa bậc 1: 7,434 eV
Năng lượng ion hóa bậc 2: 15,64 eV
Năng lượng ion hóa bậc 3: 33,667 eV

Mangan (Mn) là một kim loại chuyển tiếp trong bảng tuần hoàn các nguyên tố. Kim loại chuyển tiếp là một nhóm các nguyên tố có tính chất kim loại, nhưng có tính chất chuyển tiếp giữa kim loại và phi kim. Các kim loại chuyển tiếp nằm giữa kim loại kiềm và kim loại kiềm thổ trong bảng tuần hoàn.

Mangan lần đầu được các nhà nghiên cứu tìm thấy ở trạng thái tự nhiên khi kết đôi với sắt trong các khoáng vật. Mangan là một nguyên tố quan trọng trong các ngành hợp kim công nghiệp, đặc biệt sản xuất thép không gỉ.

Mangan (Mn) có thể có các hóa trị từ -3 đến +7. Tuy nhiên, các hóa trị phổ biến nhất của mangan là +2, +3, +4, +6 và +7. Các hóa trị này phản ánh số electron mangan chia sẻ hoặc nhường trong quá trình tạo liên kết hóa học. Ví dụ, trong hợp chất như MnO₂, mangan có hóa trị +4, trong khi trong MnO₄^-, mangan có hóa trị +7. Các hóa trị khác của mangan cũng có thể tồn tại trong một số hợp chất và phản ứng hóa học đặc biệt.

Cấu hình electron của Mangan

Mangan (Mn) có những tính chất vật lý như:

Trạng thái rắn, là kim loại có màu trắng xám với bề ngoài khá giống sắt.
Mangan có một số dạng thù hình khác nhau về mạng lưới tinh thể và tỉ khối. Đặc biệt dạng α và mạng lưới lập phương tâm khối có độ bền cao với điều kiện nhiệt độ thường.
Mangan là kim loại có nhiệt độ nóng chảy cao lên đến 1244 ⁰C, khó sôi với nhiệt độ sôi lên đến 2080 ⁰C.
Mangan tinh khiết có thể cán mỏng, dễ rèn. Nhưng khí nó chứa hợp chất thì Mangan trở nên cứng hơn, giòn và bị oxi hóa dễ dàng.
Mangan là kim loại chỉ xuất hiện từ tính sau khi đã trải qua xử lý đặc biệt.

Trạng thái oxi ổn định nhất của Mangan là +2. Mangan là kim loại có tính khử khá mạnh (E⁰_Mn2+/Mn= - 1,18V) với các tính chất hóa học chi tiết như sau:

Các tính chất hóa học của Mangan

Mangan tác dụng với phi kim

Mangan là kim loại có thể tác dụng trực tiếp với nhiều phi kim. Cụ thể như sau:

Tác dụng với O₂

Trong không khí, Mangan dễ bị oxi hóa, nhưng do màng oxit Mn₂O₃ sẽ được tạo ra để bảo vệ cho kim loại. Vì vậy mà kim loại không bị oxi hóa ngay cả ở nhiệt độ cao.

Mn ở dạng bột + O₂ → Oxit

3Mn + 2O₂ → Mn₃O₄ (điều kiện t⁰)

Tác dụng với F₂, Cl₂

2Mn + 3F₂ → 2MnF₃ (điều kiện t⁰)

Mn + Cl₂ → MnCl₂ (điều kiện t⁰)

Ngoài ra, Mangan còn tác dụng với các phi kim khác như: S, N₂, Si, C, P,... Nhờ tác dụng dễ dàng với các phi kim ở điều kiện nhiệt độ cao, vì vậy mà Mangan được đưa vào ứng dụng làm chất loại oxi trong luyện kim.

Mangan tác dụng với axit

Mangan tác dụng với axit loãng như: HCL hoặc H₂SO₄ loãng sẽ tạo ra muối Mangan II và khí Hidro.

Mn (bột) + 2HCl (loãng) → MnCl₂ + H₂

Mangan tác dụng với axit đặc như: HNO₃ và H₂SO₄ đặc, khi đó Mangan sẽ khử được N⁺⁵ và S⁺⁶ xuống mức oxi hóa thấp hơn.

3Mn + 8HNO₃ (loãng, nóng) → 3Mn(NO₃)₂ + 2NO + 4H₂O.

Mn + 2H₂SO₄ (đặc) → MnSO₄ + SO₂ + 2H₂O

Mangan tác dụng với nước

Mangan cũng tác dụng với nước tạo thành hợp chất Mangan hidroxit và giải phóng khí H₂.

Mn (bột) + 2H₂O (hơi) → Mn(OH)₂ + H₂

Khi ở trạng thái tự nhiên, Mangan có 1 đồng vị bền duy nhất là ⁵⁵Mn. Mangan cũng có 18 đồng vị phóng xạ với đồng vị phóng xạ ổn định nhất là ⁵³Mn. Mangan có trữ lượng lượng khá lớn trong tự nhiên chiếm khoảng 0.1% trong khối lượng của vỏ Trái đất. Vì vậy mà nó xếp thứ 12 trong danh sách các nguyên tố hóa học phổ biến nhất hiện nay.

Mangan chủ yếu tồn tại nhiều trong các khoáng chất như: Pyrolusit (MnO₂), Braunit (Mn²⁺Mn₃⁺⁶)(SiO₁₂), Psilomelane (Ba,H₂O)₂Mn₅O₁₀, và ít hơn là trong Rhodochrosit (MnCO₃).

Trạng thái tự nhiên của Mangan

Để điều chế Mangan tinh khiết, người ta sử dụng phương pháp sau:

Cho quặng Mangan trộn với quặng Sắt và Cacbon. Sau đó đưa chúng vào quá trình khử hoặc cho vào lò cao hoặc lò điện hồ quang.
Cho quặng Mangan đã được ngâm chiết với H₂SO₄ và tiếp tục xử lý bằng phương pháp điện phân sẽ thu được Mangan tinh khiết.

Mangan có nhiều ứng dụng quan trọng trong các lĩnh vực khác nhau. Dưới đây là một số ứng dụng chính của mangan:

Ứng dụng của Mangan trong đời sống, sản xuất

Sản xuất thép: Mangan là thành phần quan trọng trong sản xuất thép và hợp kim thép. Mangan được sử dụng để tăng độ cứng, độ bền, và khả năng chống ăn mòn của thép. Thép có hàm lượng mangan cao thường được sử dụng trong xây dựng, ô tô, đường ray, và nhiều ứng dụng công nghiệp khác.
Pin lithium-ion: Mangan được sử dụng trong việc sản xuất các pin lithium-ion. Hợp chất mangan như mangan oxit (MnO₂) được sử dụng làm vật liệu catot cho các pin, đóng góp vào hiệu suất và dung lượng pin.
Xúc tác hóa học: Mangan và các hợp chất của nó có thể được sử dụng như xúc tác trong nhiều quá trình hóa học. Chúng có thể tham gia vào phản ứng oxi hóa, khử, và phản ứng trao đổi chất.
Gốm sứ: Mangan được sử dụng làm chất màu trong công nghiệp gốm sứ. Mangan tạo ra các màu sắc khác nhau khi nung chảy và được sử dụng để tạo các hiệu ứng màu trên gốm sứ và sứ men.
Phân tích hóa học: Mangan có thể được sử dụng trong phân tích hóa học để xác định hàm lượng và phân loại các chất khác nhau trong mẫu.
Chất oxy hóa: Một số hợp chất mangan, như permanganat (KMnO₄), có tính chất oxy hóa mạnh và được sử dụng trong quá trình oxy hóa, khử, và xử lý nước.
Các ứng dụng khác: Mangan còn được sử dụng trong sản xuất mực in, chất tẩy trắng, thuốc nhuộm, chất chống ăn mòn, và trong nhiều lĩnh vực nghiên cứu khoa học khác.

Mangan là một nguyên tố vi lượng cần thiết cho sức khỏe con người. Nó đóng vai trò quan trọng trong nhiều quá trình sinh hóa trong cơ thể. Chi tiết vai trò của Mangan với trẻ em, người lớn và phụ nữ mang thai như sau:

Mangan có vai trò quan trọng với sức khỏe con người

Vai trò đối với sức khỏe của trẻ em

Đối với trẻ em, Mangan có vai trò:

Mangan đóng vai trò quan trọng trong việc tạo cấu trúc xương chắc khỏe, hỗ trợ quá trình hấp thụ canxi trong cơ thể trẻ và cải thiện mật độ xương cột sống.
Ngoài ra, mangan còn có khả năng kích thích quá trình tiêu hóa thức ăn. Điều này giúp trẻ có thể cảm thấy thèm ăn và tăng cường khả năng ăn uống.

Vai trò đối với sức khỏe người lớn

Đối với sức khỏe người lớn, Mangan đóng vai trò:

Mangan đóng vai trò quan trọng trong việc giảm nguy cơ xơ vữa động mạch và nhồi máu cơ tim.
Mangan, có mặt trong cơ thịt, cũng đóng vai trò quan trọng trong việc duy trì hoạt động bình thường của cơ và ngăn chặn đau nhức cơ.
Mangan cũng có tác dụng giảm căng thẳng, mệt mỏi và duy trì sự ổn định của hệ thần kinh.
Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng khoảng 50% phụ nữ sau mãn kinh và 25% nam giới từ 50 tuổi trở lên có nguy cơ gãy xương do loãng xương. Nghiên cứu cũng đã cho thấy rằng việc bổ sung mangan cùng với canxi, kẽm và đồng có thể giúp giảm mất xương cột sống ở phụ nữ lớn tuổi.

Vai trò đối với sức khỏe của phụ nữ mang thai

Trong quá trình mang thai, cơ thể của người mẹ cần cung cấp một lượng lớn chất dinh dưỡng và vitamin để hỗ trợ sự phát triển khỏe mạnh của thai nhi. Mangan đóng vai trò quan trọng trong việc hấp thụ và sử dụng các loại vitamin từ thực phẩm trong cơ thể người mẹ, đồng thời truyền dưỡng chất cho thai nhi.

Như vậy, bài viết trên Admin đã cung cấp đầy đủ các kiến thức cần thiết để các em hiểu Mangan là gì? Đồng thời nắm rõ về các tính chất vật lý, hóa học, trạng thái tự nhiên, cách điều chế, ứng dụng của Mangan trong cuộc sống. Đặc biệt đối với cơ thể con người, Mangan là một khoáng chất cần thiết cho sức khỏe. Hy vọng kiến thức bổ ích và thú vị được Admin chia sẻ sẽ giúp các em hiểu rõ về nguyên tố hóa học Mangan trong bảng tuần hoàn hóa học nhé! Tìm hiểu nhiều kiến thức bổ ích hơn về các nguyên tố hóa học với Bảng tuần hoàn Online trên FQA nhé!