Элементы VII б подгруппы

1. Общая характеристика элементов

2. Природные формы и методы получения металлов

3. Простые вещества и соединения элементов

4. Области применения

1. Общая характеристика элементов

В VII-подгруппе Периодической системы находятся марганец, технеций, рений и борий. Это d-элементы, конфигурация внешних электронных слоев их атомов имеет вид.

Марганец (Mn), технеций (Tc), рений (Re) – металлы. Их восстановительная активность сверху вниз по подгруппе уменьшается.

Марганец заметно отличается по своим свойствам от технеция и рения; последнее же близки друг к другу, что объясняется близостью их атомных и ионных радиусов вследствие влияния лантаноидного сжатия.

В своих соединениях он проявляют разные степени окисления, в том числе, нулевую и даже отрицательные, однако устойчивость их неодинакова. Несмотря на то, что с соединениями марганца со степенями окисления ( +4), (+6), (+7) приходится часто встречаться, наиболее устойчивым в кислой среде является состояние марганца (+2).

Таблица 1.

Основные характеристики элементов VII б подгруппы

Основные характеристики	Mn	Tc	Re	Bh
Атомный радиус (КЧ 12), нм	0,129	0,136	0,137	0,140
Ионный радиус Э2+(КЧ 6)	0,081	0,090	0,090
Электроотрицательность	1,5	1,9	1,9
Стандартный потенциал, Е°(Э°/Э2+), В	- 1,18	+0,4	+2,23
Температура плавления, °C	1244	2172	3180
Температура кипения, °C	1962	4877	5627
Плотность, г/см3	7,440	11,500	21,020
Содержание в земной коре, % мольн.	0,03	следовые количества	10-8	отсутствует
Год и автор открытия	1774г, Шееле, Ганн (Швеция)	1937 г, Перье, Сегре (Италия)	1925 г, Ноддак, Такке, Берг (Германия)	1976 г, Флеров с сотр. (СССР) 1981 г, Армбрустер

2. Природные формы и методы получения металлов

Содержание марганца на Земле значительно (он занимает 14-е место среди 30 наиболее распространенных химических элементов, суммарное содержание которых равно 99,99 мольн. %). Важнейшие минералы марганца: пиролюзит (MnO₂·xH₂O), гаусманит (Mn₃O₄), родохрозит (MnCO₃), марганцевая обманка (MnS) и другие. Природным соединением марганца часто сопутствуют сходные по химическому составу минералы его соседа по периоду – железа. Богатейшие запасы металлов находятся на океаническом дне в виде железомарганцевых конкуренций, нередко образующих сплошной покров. Они содержат до 25 % марганца и до 14 % железа. Пока не установлено их происхождение.

Рений редкий рассеянный элемент; практически не образуя собственных минералов, он сопутствует молибденовым, медным и некоторым другим рудам.

Технеций в природе практически не встречаются; он получен искусственным путем на основе ядерной реакции молибдена с дейтерием:

Технеций накапливается в отходах ядерных реакторов, являясь продуктом деления урана-235; из этих отходов он и извлекается.

Марганец в природе находится в виде единственного изотопа ⁵⁵Mn. Для технеция получено большое число изотопов с диапазоном массовых чисел от 90 до 108 а.е.м. Все они радиоактивны; период полураспада наиболее долгоживущего изотопа ⁹⁸Tc составляет 4,2·10⁶ лет.

Рений в природе встречается в виде двух изотопов: стабильного ¹⁸⁵Re и радиоактивного ¹⁸⁷Re. Для всех трех элементов искусственным путем получено много радиоактивных изотопов. Ряд из них с малыми периодами полураспада используются в медицине, так называемые меченые атомы.

Методы получения

Большая часть получаемого марганца идет на изготовление сплавов, в первую очередь, с железом. По этой причине, как правило, выплавляют не чистый марганец, а его высококонцентррованный сплав с железом и углеродом – ферромарганец. Переработкой марганцевых руд получают диоксид марганца, в шихту добавляют триоксид железа, в качестве восстановителя используют углерод; процесс проводят при высокотемпературном режиме:

MnO₂ + Fe₂O₃ + 5C = Mn + 2Fe + 5CO

Технический марганец получают алюмотермическим методом из Mn₃O₄ (продукт переработки пиролюзита и гаусманита):

3 Mn₃O₄ + 8Al = 9Mn + 4Al₂O₃

Чистый металлический марганец получают электролизом водного раствора

_{процесс на катоде} Mn²⁺ + 2ē = Mn⁰

или термическим разложением декакарбонилдимарганца:

Mn₂(CO)₁₀ = 2Mn + 10CO

Переработка отходов молибденового и медного производства с целью получения рения состоит из нескольких этапов и весьма трудоемка. В итоге получают перренат калия или аммония, после чего соль восстанавливают водородом при нагревании:

2NH₄ReO₄ + 4H₂ = 2Re + N₂ + 8H₂O

Для получения чистого рения используют термическое разложение галогенидов рения:

2ReCl₃ = 2Re + 3Cl₂

2ReCl₅ = 2Re + 5Cl₂