Карбонат марганца

                                                                   Содержание:                                                                                       

1.Введение………………………………………………………………………...3

2.Теоретическая часть…………………………………………………………..4

2.1. нахождение в природе………………………………....................................4

2.2. строение кристаллической решетки карбоната марганца и химическая связь в ионе CO32-………………………………….............................................5

  2.3.физические и химические свойства………………………………………...5

2.4. методы получения……………………………………………………………6

2.5.применение……………………………………………………………………6

3.Практическая часть…………………………………………………………...7

3.1. выбор метода получения…………………………...………………………..7

3.2. расчет термодинамической способности синтеза…...................................7

3.3. расчеты количества  реагентов……………………………………………....7

3.4. проведение синтеза карбоната марганца……………………………………8

3.5.определение практического выхода продукта

3.6. подбор методов качественного определения ионов Mn2+ и CO32-

 3.7.определение энтальпии взаимодействия    MnCO3 с кислотой

4.Измельчение…………………………………………………………………..11

5.Заключение …………………………………………………………………...22

6. Список используемой  литературы ……………………………………….23

 

 

 

 

 

 

Введение:

В данной работе будут рассмотрены методы получения и свойства карбоната марганца (II).                                                                                                      Карбонат марганца — сложное вещество, химическая формула — MnCO3. Представляет собой бледно розовые кристаллы, в присутствии кислорода и воды приобретает бурую окраску. Марганец самый активный элемент VII-B группы. Однако, он устойчив на воздухе, т.к. покрыт оксидной пленкой, которая препятствует дальнейшему окислению. Сам марганец ядовит, но его соединения не ядовиты и широко используются, активно реагируют мо многими кислотами. Оксиды и гидроксиды марганца в зависимости от его степени окисления проявляют разный кислотно-основный характер:            MnO - основный характер оксида;                                                                      Mn2O3 – преобладает основный характер (слабые кислотные св-ва);                         MnO2 – амфотерный оксид.                                                                                                 В окислительно-восстановительных процессах соединения марганца проявляют различные св-ва в зависимости от его степени окисления и среды. Соли марганца со степенью окисления +2 подвергаются гидролизу по катионному типу. При этом рН<7. При нормальных условиях гидролиз заканчивается на первой ступени. Большинство карбонатов хорошо растворимы в воде (Na2CO3, (NH4)2CO3, K2CO3). Карбонаты термически нестойки, кроме щелочных металлов – при нагревании они плавятся без разложения. Кислые соли (гидрокарбонаты) можно получить по реакции: CaCO3 + CO2 + H2O = Ca(HCO3)2  Карбонаты кальция, магния, бария и др. применяют в строительном деле, в химической промышленности, оптике и др. В технике, промышленности и быту широко применяется сода (Na2CO3 и NaHCO3): при производстве стекла, мыла, бумаги, как моющее средство, при заправке огнетушителей, в кондитерском деле. Кислые карбонаты выполняют важную физиологическую роль, являясь буферными веществами, регулирующими постоянство реакции крови.

 

 

 

 

 

 

Теоретическая часть.

1. Нахождение в природе.

В природе карбонат марганца чаще встречается в виде минерала родохрозита (марганцевый шпат).

На месторождении выделяются три типа руд: марганцевые карбонатные, марганцевые окисленные, магнетитовые. В распределении марганцевых руд намечается зональность: первично-оксидные руды отлагаются в прибрежной зоне среди осадков песчано-алеврито-глинистого состава; по мере удаления от берега оксидные руды постепенно сменяются карбонатными (родохрозит, манганокальцит, кальциевый родохрозит), ассоциирующими с глинами, кремнистыми глинами и опоками. Метаморфизованные месторождения возникли в результате многоэтапного регионального метаморфизма. Как известно, они широко распространены в Индии. При низкой ступени метаморфизма оксиды и, возможно карбонаты марганца были превращены в брауниты, а кремнистые породы — в кварциты. . Марганцевые карбонатные руды бурого и кремового цвета являются первичными; они состоят в основном из родохрозита, манганокальцита, родонита. Среднее содержание марганца в них составляет 24%. На верхних горизонтах месторождения, до глубины 30–70 м, под действием процессов выветривания карбонатные руды преобразованы в черные окисленные руды, состоящие из псиломелана, гаусманита, пиролюзита.

2. Строение кристаллической решетки карбоната марганца и химическая связь в ионе CO32-.

Карбонат марганца обладает гексагональной кристаллической решеткой (а = 0,4771 нм, с = 1,5664 нм, z = 6, пространств. группа R3с).   В ионе CO32-Центральный углеродный атом имеет sp²-гибридизацию. Длина связи C—O в карбонат-ионе составляет 129 пм.

3. Физические и химические свойства.

 Физические:  

плотн. = 3.62 г/см3;

С°p = 94,8 Дж/моль*К;

  H°обр =  -881,7 кДж/моль;

S°298 = 109,5 Дж/моль*К;

 ниже 32,14 К (точка Нееля) антиферромагнетик, в интервале 32,14-64,5 К (точка Кюри) ферромагнетик1.

 Химические:

При температуре 200 °C разлагается:

MnCO3 → MnO + CO2

Растворимость осажденного карбоната марганца 0,0065 г в 100 г Н2О при 20°С, в насыщенном СО2 водном растворе - 0,015 г в 100 г Н2О при 15°С. В присутствии О2 и Н2О приобретают коричневый оттенок вследствие окисления.

4)Методы получения.

 Карбонат марганца  является промежуточным продуктом  при получении MnО и солей Mn(II) из марганцевых руд. В лаборатории марганца карбонат получают при действии раствора NaHCO3 на растворы солей Mn(II)

4. Применение.

 Карбонат марганца  используется в качестве пигмента (марганцевый белый), для получения  сиккативов, ферромарганца, зеркального  чугуна, как компонент термоиндикаторных  покрытий. Так же используется  в сельском хозяйстве для производства  премиксов, входит в состав микроудобрений, в лакокрасочной промышленности  и металлургии, при производстве ферритных материалов, как катализатор многих химических реакций.

 Практическая  часть.

1. Выбор метода получения.

Самым доступным методом является синтез карбоната марганца (II) из соли марганца (II) и гидрокарбоната натрия.

2NaHCO3 + MnCl2 = MnCO3 + 2NaCl + CO2 +H2O

2. Расчет термодинамической способности синтеза.

NaHCO3:   ; MnCl2:    ; MnCO3: ; H2O:  ; CO2:  ; NaCl:  ;    синтез возможен.

3. Расчет количества реагентов.

Для приготовления 1  грамма карбоната марганца необходимо 1,46г NaHCO3 и  1,096г MnCl2. Цифры взяты из расчетов по реакции: 2NaHCO3 + MnCl2 = MnCO3 + 2NaCl +CO2 + H2O

4. Синтез карбоната марганца.

Навески реагентов были разбавлены в воде. Полученные растворы смешаны в одной пробирке. В ходе реакции наблюдалось выпадение карбоната марганца в мелкодисперсный осадок и выделение углекислого газа.

5. Определение практического выхода продукта.

 Карбонат марганца(II) MnCO3

В двух химических стаканах емкостью по 250 мл приготовьте растворы реагентов: один раствор должен содержать 12,50 г тетрагидрата нитрата марганца(II) и 25 мл воды, второй - 10,00 г гидрокарбоната натрия и 100 мл воды. Оба раствора отделите от механических примесей фильтрованием, а затем внесите раствор нитрата марганца(II) в стакан с раствором гидрокарбоната натрия.                                                                                                                                                  После прекращения выделения газа осадок продукта отделите от раствора вакуумным фильтрованием, промойте на фильтре водой и этанолом и высушите на воздухе.

Идентификация:продукт (тв) - бледно-розовый или белый порошок; продукт (тв) + серная кислота (разб, п/к) = раствор, газ.

Пропорция:22,50 (г)__100%

                     9.20(г)__ х%

Из этого следует,что Х=41%

Ответ: практичекий выход чистого продукта MnCO3 составляет 41%.

6)Подбор методов качественного определения ионов Mn2+ и CO3

Анализируемую смесь солей внимательно осматривают, определяя её внешний вид, цвет, запах, степень измельчения, наличие кристаллических или аморфных фаз. Это позволяет установить, является ли смесь однородной, содержит ли она одну или несколько твёрдых фаз – кристаллических или аморфных, каковы размеры частиц.По окраске анализируемой смеси можно высказать предположения о наличии или отсутствии в ней тех или иных катионов. Если смесь представляет собой бесцветную прозрачную или белую массу, то это указывает на отсутствие в ней значительных количеств окрашенных катионов – Cr3+ (сине-фиолетовый или тёмно-зелёный цвет), Mn2+ (светло-розовый), Fe3+ (жёлто-бурый), Со2+ (розовый), Ni2+ (зелёный), Cu2+ (голубой). Если смесь окрашена, то можно предположить содержание в ней одного или нескольких вышеуказанных катионов. При наличии в смеси нескольких различных окрашенных катионов её цвет может быть промежуточным между цветами индивидуальных окрашенных катионов, в зависимости от их относительного содержания и химической формы (соль, комплекс, оксид и т. д.).                                                                                                                       Если смесь представляет собой однородное вещество, легко растворимое в воде, то его обычно растворяют в воде, не растирая в порошок. Если же смесь неоднородна и не очень легко растворяется в воде, то её растирают до однородной массы, состоящей из мелких частиц. Мелкие частицы легче перемешиваются и быстрее растворяются в воде.После проведения тщательного осмотра сухую смесь растирают в порошок в агатовой, яшмовой или фарфоровой ступке.         Действие разбавленной серной кислоты. Разбавленная серная кислота вытесняет слабые кислоты из их солей – карбонатов, сульфитов, тиосульфатов, сульфидов, цианидов, нитритов, ацетатов. Выделяющиеся слабые кислоты, неустойчивые в кислой среде, либо улетучиваются, либо разлагаются с образованием газообразных продуктов. Некоторые из них обладают характерным цветом или запахом.При наличии в смеси карбонатов выделяется газообразный диоксид углерода СО2 (бесцветный и без запаха). При наличии сульфитов и тиосульфатов выделяется диоксид серы SO2 c запахом горящей серы; при наличии сульфидов – сероводород H2 S с запахом тухлых яиц; при наличии цианидов – пары синильной кислоты HCN с запахом горького миндаля; при наличии нитритов – бурые пары диоксида азота NO2 ; при наличии ацетатов – пары уксусной кислоты СН3 СООН с запахом уксуса.Для проведения теста отбирают немного смеси в пробирку и по каплям прибавляют разбавленную серную кислоту. Выделение газов указывает на присутствие в анализируемой смеси вышеуказанных анионов слабых, неустойчивых в кислой среде кислот.Действие концентрированной серной кислоты на пробу. Концентрированная серная кислота при взаимодействии с анализируемым веществом может выделять газообразные продукты реакций также из фторидов, хлоридов, бромидов, иодидов, тиоцианатов, оксалатов, нитратов.

При наличии в анализируемом веществе фторидов выделяются пары фтороводорода HF; при наличии хлоридов – пары HCl и газообразный хлор; при наличии бромидов – пары HBr и газообразный жёлтый бром; при наличии иодидов – фиолетовые пары йода I2 , при наличии тиоцианатов – газообразный диоксид серы, при наличии оксалатов – газообразные оксид СО и диоксид СО2 углерода.Перевод анализируемого вещества в раствор. Предварительные наблюдения и испытания позволяют сделать предположения и выводы о наличии тех или иных катионов и анионов в анализируемой смеси. Дальнейшее подтверждение этих предположений, а также прямые доказательства присутствия катионов и анионов получают при проведении дробного или систематического анализа. Для этого анализируемую смесь сначала переводят в раствор, подбирая подходящий растворитель.

Растворение пробы в воде. Вначале проверяют растворимость в воде при комнатной температуре и (в случае необходимости) при нагревании. Для этого 2—3 мг анализируемого вещества вносят в пробирку, прибавляют ~1,5 мл дистиллированной воды и перемешивают смесь некоторое время. Если вещество при этом полностью растворилось в воде, то большую часть вещества, отобранную для анализа, растворяют в возможно минимальном объеме дистиллированной воды и полученный раствор анализируют далее. Небольшую часть исходной твердой анализируемой пробы оставляют для проведения повторных или проверочных тестов, если это окажется необходимым.                                                                                                                                                Анализируемое вещество может растворяться в воде неполностью. Для выяснения того, произошло ли частичное растворение пробы в воде, смесь анализируемого вещества (2—3 мг) с водой в пробирке тщательно перемешивают, центрифугируют, отбирают 2—3 капли центрифугата, наносят на часовое или предметное стекло и выпаривают досуха. Если после выпаривания на стекле образовался налет твердого вещества, то это означает, что часть твердой пробы растворилась в воде. В таком случае к большей части исходной пробы прибавляют дистиллированную воду, смесь тщательно перемешивают, центрифугируют и отделяют центрифугат от осадка. Последний промывают 3—4 раза небольшимобъемом дистиллированной воды, присоединяя промывные воды к центрифугату. Промывные воды и центрифугат, представляющие собой водную вытяжку растворившейся части пробы, подвергают дальнейшему анализу отдельно от осадка, который далее испытывают на растворимость в кислотах,

Растворение пробы в кислотах. Растворимость в растворах кислот испытывают в том случае, когда анализируемое вещество нерастворимо или частично растворимо в воде. В первом случае проверяют растворимость в кислотах проб (2—3 мг) исходного твердого анализируемого вещества, во втором — проб (2—3 мг) осадка, оставшегося после отделения водной вытяжки.Отдельно в разных пробирках испытывают растворимость проб в разбавленной уксусной кислоте, разбавленных и концентрированных НСl и НNО3 при необходимости — также в царской водке (при комнатной температуре или при нагревании).Для проведения теста в пробирки вносят по 2—3 мг анализируемой твердой фазы и прибавляют несколько капель соответствующей кислоты — разбавленной или концентрированной, наблюдая за тем, выделяются или не выделяются газообразные продукты реакций (СО2 ,SО2 , Н2 S, NО2 ). Если вещество не растворяется в кислоте при комнатной температуре, то испытывают его растворимость при нагревании.При полном растворении пробы в той или иной кислоте для дальнейшего анализа используют полученный раствор.В случае растворения пробы как в растворе НС1, так и в растворе НN03 , для последующего анализа отбирают полученный азотнокислый раствор, так как нитраты менее летучи, чем хлориды, которые частично могут быть потеряны на дальнейших стадиях анализа.                                                                                                                                                                         Если проба частично растворяется в уксусной кислоте, то анализируемый образец обрабатывают уксусной кислотой, отделяют центрифугированием нерастворившийся остаток от раствора и уксуснокислый центрифугат подвергают дальнейшему анализу отдельно от осадка. Осадок же испытывают на растворимость в НСl, НNОз, в царской водке, каждый раз отбирая для дальнейшего анализа соответствующий раствор в случае частичного растворения пробы в той или иной кислоте.                                                                                                                                                            Таким образом, могут быть получены несколько растворов (водная вытяжка, растворы в разных кислотах), в которых предстоит открыть катионы и анионы. Это в целом облегчает ход анализа, так как уже на этапе растворения происходит частичное разделение некоторых катионов и анионов, которые могут мешать открытию друг друга, если они одновременно присутствуют в одном и том же растворе. Когда анализируемая смесь содержит сульфаты свинца и катионов третьей аналитической группы, нерастворимые в кислотах, их можно перевести в растворимые в кислотах карбонаты кипячением с насыщенным водным раствором соды Na2 СО3 и поташа К2 СО3 или же сплавлением со смесью Nа2СО3 и К2 СО3 .