一、锰的性质锰锰是一种金属元素，在自然界中以化合物的形式广泛存在。地壳中锰的平均含量(质量分数)约为0.1%*(质量分数)。在元素周期表中，锰是过渡元素，与铬、铁相邻，化学活性弱于铬，强于铁。(一)锰的物理性质金属锰为立方晶体，有α、β、γ、δ四种同素异形体，其中α锰在室温下最稳定。锰的机械性能硬而脆，莫氏硬度5~6。致密的块状锰表面为银白色，粉末为灰色。锰的相对原子量是54.9380 1。原子体积为7.39cm3/mol。锰在室温下的原子半径和密度随着不同的晶体形式而略有不同，如表1所示。

表1室温下锰的原子半径、密度和晶型的关系

当大气压为101.325kPa时，锰的熔点为1260℃，沸点为1900℃，汽化热为219.7kJ/mol。锰在0～25℃的电阻率为185μω·cm，在18℃的磁化率为9.9×10-6cm3/g。(二)锰的化学性质锰是一种活性金属，容易被氧化。细小的金属锰在空气体中容易燃烧，而块状金属锰在室温下不容易被空气体中的氧气侵蚀。这是因为在空气体中锰金属表面容易形成氧化膜，对内部锰金属起到保护作用。在水中易形成氢氧化物膜，可进一步阻止锰取代水分子中的氢。但是，如果将锰放入含NH4Cl的水溶液中，置换反应可以顺利进行。锰原子基态的电子组态为[Ar]3d54s2。因为最外层和第二外层中的电子(3d4s)可以变成价电子，所以锰是变价元素。锰的主要氧化态是+2、+3、+4、+6和+7。化合价的变化导致离子性质的变化，如锰离子的半径随价态的增加而减小，离子电位和电负性随价态的增加而相应增加，其氧化物的酸碱性随价态的增加由碱性变为酸性。锰氧化物和水合物的酸碱性渐变是过渡元素中最典型的。说明随着锰氧化态的增加，碱性逐渐减弱，酸性逐渐增强。

锰的共价半径为117pm，与铁和铜的共价半径相同。它类似于铬、金刚石和镍的共价半径。根据Shannon(1970)，锰的离子半径如下:

氧化态

注:L-表示低旋；h代表高速旋转。【下一篇】锰原子第一电离势为7.43eV第二电离势为15.64eV第七电离势为119.27eV，是第一电离势的16倍。锰易与强酸反应生成二价锰盐:Mn+2h+= = Mn2+H2 ↑锰与冷浓硫酸反应缓慢。锰直接与卤素结合形成卤化锰，如MnCl2等。除了MnF2，锰和氟也可以形成MnF3。在加热下，锰与硫、碳、氮、硅、硼等发生反应。形成相应的化合物，如:

锰不能直接与氢结合，但锰能与氧形成各种氧化物，其中+2氧化态的氧化物最稳定，这与Mn2+离子的D电子层只有半满有关。氧化数为+2、+4和+7的化合物是最重要的。无锰电位图如下:

根据锰的电位图，Mn3+和MnO42-在酸性溶液中都容易发生歧化反应:2mn 3 ++ 2h2o→Mn2 ++ mn02↓+4h+3mn 042-+4h+→2mn 04-+mn02↓+2h2o Mn2+稳定，不易被氧化或还原。mn4-和Mn02具有强氧化性。Mn(OH)2在碱性溶液中不稳定，容易被空气体中的氧气氧化成MnO 2；MnO42-也能发生歧化反应，但反应不像在酸性溶液中那样完全。(三)锰的物理化学特性锰是第四周期的过渡元素。与钪、钛、钒、铬、铁、钴和镍相比，特别是与邻近的铬和铁相比，锰具有一些特殊的物理和化学性质。这些特征对于认识锰的地球化学特征具有重要意义。第四周期过渡元素的晶体结构有六方、立方、体心立方和面心立方。例如，Sc、Ti和Co是六方的；v、Cr、Fe为体心立方；Ni是面心立方；只有锰是立方的。第四周期过渡元素的原子半径总的趋势是从Sc到Ni随着原子序数的增加而减小，锰除外。其原子半径可达136.6pm(γ-Mn)，大于Cr(124.9pm)和Fe(124.1pm)，打破了递减规律。锰的原子体积为7.39cm3/mol，大于Cr(7.23cm3/mol)和Fe(7.1cm3/mol)。第四周期过渡元素的氧化态，只有锰的最高氧化态为+7。锰之前过渡元素的最高氧化态(从Sc到Cr)逐渐升高，从+3到+6；锰之后，过渡元素的最高氧化态(从Fe到Ni)逐渐降低，从+6到+3。锰前过渡元素氧化态的增加与3d轨道价电子数的增加有关。当3d轨道中的电子数达到5个以上(从Cr到Ni)时，3D轨道逐渐趋于稳定，高氧化态逐渐变得不稳定，表现为强氧化，因此锰之后的过渡元素氧化态逐渐降低。在第四周期的过渡元素中，锰的熔点和沸点最低。从Sc到Cr，熔点为1539~1890℃，沸点为2483 ~ 3380℃；从Fe到Ni，熔点1453~1535℃，沸点2732~3000℃，而锰的熔点只有1260℃，沸点只有2077℃。它的熔化热和汽化热也很低。第四周期过渡元素的标准电极电位从Sc到Ni逐渐增加。这与它们的金属性逐渐减弱是一致的。只有锰的标准电极电位低于铬，破坏了这种递增规律。这与失去两个4s电子后形成更稳定的3d5构型有关。因此，锰在第四周期的过渡元素中有其独特的物理化学特性。【下一篇】二。锰的用途锰被广泛使用。在钢铁工业中，锰的含量仅次于铁。钢铁工业消耗90%的锰，有色冶金、化工、电子、电池、农业等部门消耗10%的锰。(一)锰在钢铁工业中的应用锰与氧和硫有很强的亲和力，所以锰是钢水的脱氧剂和脱硫剂。锰可以强化铁素体，细化珠光体，所以可以提高钢的强度和淬透性，所以可以作为钢的合金元素。钢的强度极限随着锰含量(≤7%)的增加而增加。锰含量每增加1%，强度极限增加98066.5kPa，钢的塑性极限也相应增加。当钢中锰的含量大于10%时，钢在大气中的耐腐蚀性大大增强，锰还能减少氧和硫对钢的危害，从而提高钢的可锻性和可轧性。虽然早在1774年就发现了锰元素，但直到1856年底吹酸性转炉和1864年平炉炼钢法的发明，人们才认识到锰在钢铁工业中的重要作用。现在锰已经成为钢铁工业不可缺少的原料。1.作为脱氧剂炼钢时，为了提高钢的质量，需要去除铁水中的碳、硫等有害杂质。最简单的工艺是氧化，但部分铁和杂质元素一起氧化生成氧化亚铁(FeO)，FeO在钢水中的溶解度使钢水氧含量增加到0.25%~0.45%。氧含量的增加会对钢的性能产生不利影响，所以钢对氧含量有严格的要求，一般不允许超过0.02%，甚至更严格。因此，炼钢时必须除去过量的氧。锰是一种活性很好的金属，它的化学性质比铁更活泼。钢液中加入锰，可与FeO反应生成不溶于钢液的氧化物渣，浮在钢液液面上，从而降低钢中氧含量。与其他元素(如钙、铝、硅)相比，Fe+Mn → Fe+MnO锰在钢水中的脱氧能力相对较低，但由于其易生产、价格低廉，仍很受钢铁企业的欢迎。特别是对于沸腾钢冶炼，锰铁合金的脱氧是一种理想的脱氧剂。由于锰的脱氧能力弱，它可以调节钢中的氧含量，从而不使钢中的氧含量降低。同时，锰的存在还可以增强硅和铝的脱氧能力，因为脱氧产物MnO与其他氧化物(如Si02)可以形成低熔点化合物，有利于从钢水中去除。2.作为脱硫剂的硫在钢水中以硫化铁的形式存在。钢中硫含量高容易引起热脆，降低钢的机械性能。因此，在炼钢过程中必须控制硫的含量。锰和硫之间的结合力大于铁和硫之间的结合力。加入锰合金时，钢液中的[FeS]很容易与锰形成高熔点的[MnS],会转移到渣中，从而降低钢中的硫含量。3.锰作为合金元素，可以强化铁素体，细化珠光体，从而提高钢的强度、淬透性、硬度和耐磨性。因此，锰是各种钢种的重要合金元素。普通碳素结构钢一般含锰0.25% ~ 0.8%；碳素结构钢一般含锰0.7% ~ 1.2%；在低合金钢中加入0.8%~1.7%的Mn，可使钢的强度比普通碳钢提高20%~30%。弹簧钢含锰0.4% ~ 1.3%；轴承钢含锰0.3% ~ 1.6%；工具钢含锰0.4% ~ 2%；耐磨钢含11% ~ 15%的锰；耐热钢含17% ~ 21%的锰；电工钢含有17% ~ 19%的锰。近两年来，以锰代镍生产不锈钢在国内得到广泛推广，特别是在江浙一带的中小型不锈钢厂，节镍代镍的几个奥氏体不锈钢品牌得到迅速推广。比如奥氏体不锈钢OCr17Mn13N就是一种不含镍的Cr-Mn-N不锈钢，可以作为1Cr18Ni9Ti的替代品。主要用于大气和抗氧化酸腐蚀，可用于生产板、带、管、棒。节镍奥氏体不锈钢1Cr18Mn8Ni5N比18-8铬镍不锈钢具有更高的室温强度，更好的抗氧化性和800℃中温强度，可用于生产板、带、线、管、棒。2Cr15Mn15Ni2N是奥氏体节镍低磁不锈钢，具有良好的低磁性能和低磁稳定性。可用于生产板材、带材、线材、棒材和锻造材料，可替代1Cr18Ni9Ti制造低磁设备和零件，如陀螺仪、转子、自动驾驶仪中的罗盘和无线电设备中的零件。我国电解锰产量快速增长，质量不断提高，为我国以锰代镍生产200系列不锈钢和节约镍的发展提供了有力保障。【下篇】(二)锰在有色冶金工业中的应用锰在有色冶金工业中主要有两种用途:一是在铜、锌、镉、铀等有色金属的湿法冶炼过程中加入二氧化锰或高锰酸钾作为氧化剂。，使溶解在酸性溶液中的二价铁被氧化成三价铁，并可调节溶液的pH值，使铁沉淀除去。EF04+Mn02+2h2s 04 = = = Fe2(SO4)3+MnS 04+2h2o每生产一吨锌需消耗约8~10kg含60% Mn的矿石，湿法生产一吨铜需消耗20~25kg含60% Mn的矿石。其次，锰和铜、铝和镁形成许多有工业价值的合金。黄铜是一种应用广泛的铜合金，含Mnl%~4%。因为锰细化了晶粒，所以提高了强度、韧性、耐磨性和耐腐蚀性。因此，锰黄铜可以制成板、带、棒、线，具有良好的机械性能和耐腐蚀性能。青铜含锰1.2% ~ 5.5%，特点是耐热性好。在高温下，其强度和耐腐蚀性仍然良好。白铜是一种铜镍合金，含镍不到50%，还有一定量的锰。根据含锰量的不同，分别称为高铜、康铜、锰铜，主要用于电器仪表。铝锰合金主要用于航空空材料。含0.5%~3%锰的铝锰合金硬度高、耐蚀性强，抗拉强度达186~235MPa，重量轻，因此广泛应用于航空空工业和军民日常装备。在镁中加入1.3%~1.5%的锰形成的合金具有良好的耐蚀性和耐温性，在航空空工业中得到了广泛的应用。(三)锰在电池行业的应用锌锰电池因其方便、价格低廉，仍是应用最广泛、产值和产量最大的电池。MnO2 _ 2是锌锰电池的正极，在电池放电时被还原。制备电池用二氧化锰的原料主要有天然二氧化锰(NMD)、化学二氧化锰(CMD)和电解二氧化锰(EMD)。天然MnO2由于纯度低，一般只用于生产糊式锌锰干电池，自然界适合干电池的NMD数量正在减少。同时，由于技术进步、人民生活水平的提高和环保力度的加大，含NMD的膏状锌锰电池的产量将逐渐减少。然而，碱性锌锰电池正在迅速发展。因此，锌锰干电池中的EMD含量也会不断增加。尤其是无汞锌锰电池对高纯度EMD的需求将增长更快。(四)锰在电子工业中的应用电子工业是全球经济增长最快的部门，带动了全球经济的发展。磁性材料，尤其是软磁材料，是电子工业的基础原材料。锰锌铁氧体是主要的软磁材料。因其剩磁感应曲线窄，可反复磁化，在高频作用下具有高磁导率、高电阻率、低损耗的特点。同时价格便宜，来源广泛。它已经取代了大部分镍锌铁氧体，占软磁材料的80%以上。各种电感器件、变压器、线圈、扼流圈等。由锰锌铁氧体制成的磁芯已广泛应用于通讯设备、家用电器、计算机产品、工业自动化设备等。四氧化三锰约占锰锌铁氧体的21%。(五)锰在建筑材料中的应用锰在玻璃生产中主要用作消色剂、着色剂和澄清剂。生产玻璃的原料大多含有金刚石、铁等杂质，影响玻璃的颜色。加入适量的MnO 2可以使玻璃无色，加入不同量的MnO 2可以使玻璃具有不同的颜色。锰在建筑材料中的另一个用途是给陶瓷、砖和瓦的表面着色，如棕色、绿色、紫色和黑色。在一些西欧国家，作为建筑装饰材料的琉璃瓦、瓷砖的表面着色主要采用MnO2作为着色材料，色泽鲜艳，经久耐用，不易褪色，深受人们的喜爱。【下篇】(六)锰在农业中的应用锰是植物正常生长所必需的微量元素之一。它参与光合作用、氮的转化、许多酶的活动和氧化还原过程，并能促进叶绿素的合成和碳水化合物的运转。当土壤严重缺锰时，农作物会变黄，生长不良，产量下降。据中科院南京土壤研究所、江苏省农科院调查，全国缺锰土壤超过1亿亩。如果每亩每年施用1kg锰肥，我国含锰肥料的农业需求将达到10万吨。硫酸锰和四氧化三锰都是优质的锰肥。除了用作肥料，锰在农业上还有许多其他用途，如杀菌剂(乙烯二硫代氨基甲酸锰)和饲料添加剂。(七)锰在环保中的应用锰在环保中主要用于污水和废气的处理。天然饮用水往往含有一定的杂质，需要净化。含有二氧化锰的净化水特别适用于去除地下水中的铁。我国地下水中铁浓度大多在10mg/LS以上。按照国家规定，饮用水和工业用水的含铁量不得超过0.3mg/L，棉絮和造纸工业用水的含铁量不得超过0.2mg/L，纺织印染和电子工业用水的含铁量不得超过0.1 ~ 0.05 mg/L，地下水往往以二价铁的形式存在。由于二价铁在水中的溶解度很大，所以刚从地下抽出来的水还是清澈透明的，但当它接触到空气体时，水中的二价铁被空气体中的氧气氧化，生成不溶于水的三价铁的氢氧化物。虽然地下水中的铁对人体健康没有影响，但当水中的铁浓度大于0.3mg/L时，水就变得浑浊，超过1 mg/L时，水就有铁的气味，水中含铁过量，会在洗好的衣服上产生锈斑；在锅炉水中，铁是产生水垢的成分之一；纺织工业中，纺织品中产生锈斑，在印染时与染料结合，使颜色暗淡；造纸时铁吸附在纤维素之间，就会变黄。因此，有必要对地下水进行净化除铁。天然二氧化锰能氧化水中的铁，使水中的可溶性二价铁被氧化成不溶于水的氢氧化铁而被去除。Fe2 ++ Mn02+4h+= = = 2fe 3 ++ Mn2 ++ 2h 202 Fe 3 ++ 6H2O = = 2fe(OH)3 ↓+ 6h+天然二氧化锰的氧化能力与锰砂的品种和晶体结构有关。天然锰砂本身不溶于水，不会给用户带来新的污染。二氧化锰可用于净化废水中的砷，废气中的硫化氢、二氧化硫等有害气体，以及含汞的工业废气。(八)锰与人体健康现有资料表明，锰是一种对人体健康有益的微量元素。广西巴马自治县是世界著名的长寿之乡，10万人中100岁以上的有31人，超过了国际公认的长寿之乡25人的标准。为了找出巴马人长寿的原因，20多个国家的专家在巴马进行了科学调查，发现除了良好的自然环境保护和未受污染的水和空气体外，还与土壤中高含量的锰和锌密切相关。一般土地锰含量高达1188~2383μg/g，菜地高达6566μg/g，锌含量平均为239~173μg/g，百岁老人头发中锰含量高达(22.47±13.33)μg/g，高于广州人。巴马人吃的粮食、蔬菜、豆类、菌类、竹笋等食物，含有比其他地区更多的锰、锌等微量元素。人类的健康长寿自然与多种因素有关，但从中国广西巴马县的人类长寿调查结果可以看出，锰元素被植物吸收，进而有益于人类的健康长寿。医学研究最近证实，老年人的骨质疏松症与锰缺乏有关。(九)锰在其他方面的应用高锰酸钾或二氧化锰在制皂工业中广泛用作催化剂。比较新的技术是用锰皂代替高锰酸钾和二氧化锰作催化剂，效果更好。目前，我国已经用一些合成脂肪酸代替一些动植物油来制备洗涤皂。锰皂的原料是工业硫酸锰、液碱和含量98%以上的脂肪酸，反应为mnso 4·H2O+2 NaOH→Mn(OH)2↓+na2so 4+H2O Mn(OH)2+2r cooh→Mn(RCOO)2+2h2o。在医学上，锰主要用作消毒剂、医药氧化剂和催化剂。高锰酸钾是医学上最常用的消毒剂之一。它是一种强氧化剂，与0.1%+高锰酸钾溶液混合后能起到消毒杀菌的作用。在生产镇静剂芬尼醇的过程中，使用二氧化锰作为中间氧化剂；

在解热镇痛药非那西丁的生产中，对硝基氯苯在活性二氧化锰催化剂存在下与氢氧化钠的乙醇溶液反应生成对硝基醚，然后用硫化钠还原，用乙酸醇化得到非那西丁。在印染工业中，二氧化锰被用作氧化剂来制备还原艳绿印染颜料。用二氧化锰作氧化剂制备的对苯二酚是胶片和照相底片的显影剂。锰也是焊接工业中不可缺少的重要原料。手工电弧焊和自动埋弧焊都是重要的原材料，起到脱硫、脱氧和提高焊缝强度的作用。1.3锰的化合物