Андрей Смирнов
Время чтения: ~9 мин.
Просмотров: 0

Расшифровка маркировок сталей, правила обозначения

История открытия

Один из основных минералов марганца — пиролюзит — был известен в древности как чёрная магнезия и использовался при варке стекла для его осветления. Его считали разновидностью магнитного железняка, а тот факт, что он не притягивается магнитом, Плиний Старший объяснил женским полом чёрной магнезии, к которому магнит «равнодушен». В 1774 году шведский химик К. Шееле показал, что в руде содержится неизвестный металл. Он послал образцы руды своему другу химику Ю. Гану, который, нагревая в печке пиролюзит с углем, получил металлический марганец. В начале XIX века для него было принято название «манганум» (от нем. Manganerz — марганцевая руда).

Изотопы

Основная статья: Изотопы марганца

Марганец является моноизотопным элементом — в природе существует только один устойчивый изотоп 55Mn. Все другие изотопы марганца нестабильны и радиоактивны, они получены искусственно. Известны 25 радиоактивных изотопов марганца, имеющие массовое число А в диапазоне от 44 до 70. Наиболее стабильными из них являются 53Mn (период полураспада T1/2 = 3,7 млн лет), 54Mn (T1/2 = 312,3 суток) и 52Mn (T1/2 = 5,591 суток). Преобладающим каналом распада лёгких изотопов марганца (А < 55) является электронный захват (и иногда конкурирующий с ним позитронный распад) в соответствующие изотопы хрома. У тяжёлых изотопов (А > 55) основным каналом распада является β−-распад в соответствующие изотопы железа. Известны также 7 изомеров (метастабильных возбуждённых состояний) с периодами полураспада более 100 нс.

Йод

Основная функция йода – обеспечение синтеза гормона щитовидной железы под названием «тироксин». Кроме того, йод активно участвует в создании фагоцитов, представляющих собой своеобразные «патрульные» клетки, уничтожающие мусор и всевозможные чужеродные тела непосредственно в клетках.

Польза йода

  • Нормализация работы эндокринной системы путем регулирования функций щитовидной железы, а также гипофиза.
  • Обеспечение обменных процессов.
  • Способствование нормальному физическому и умственному развитию (особенно у детей).
  • Предупреждение накопления радиоактивного йода, что обеспечивает надежную защиту от воздействия радиации.
  • Укрепление иммунитета.
  • Нормализация работы нервной системы.
  • Регулирование работы сердечно-сосудистой, половой, а также костно-мышечной систем.
  • Стабилизация гормонального фона.

Важно! Йод в чистом виде, попадающий в организм, почти не усваивается, при этом значительные его дозы могут спровоцировать тяжелое отравление: так, смертельная доза чистого йода для человека составляет порядка 3 г (получить такую дозу с продуктами питания, обогащенными йодом, невозможно). Избыток йода чреват следующими последствиями:

Избыток йода чреват следующими последствиями:

  • развитием гипертиреоза, одним из проявлений которого является Базедова болезнь с зобом;
  • повышенной раздражительностью;
  • тахикардией;
  • мышечной слабостью;
  • потливостью;
  • резкой потерей веса;
  • склонностью к диарее.

Дефицит йода приводит к таким нарушениям:

  • заболеваниям нервной системы;
  • задержке роста и развитию слабоумия у детей;
  • болезням щитовидной железы;
  • увеличению риска развития раковых заболеваний;
  • повышению холестерина;
  • врожденным порокам развития;
  • невынашиванию беременности у женщин и стерильности у мужчин;
  • снижению частоты сердечных сокращений.

Йод попадает в организм человека с продуктами питания, водой и воздухом, поэтому люди, постоянно проживающие у моря, редко испытывают йододефицит, особенно если включают в рацион йодосодержащие продукты.

В каких продуктах содержится йод?

Суточная норма йода равна 2 – 4 мкг на один килограмм массы тела.

Золотое правило! Чем меньше йода присутствует в окружающей среде, тем больше необходимо вводить в рацион продуктов, богатых этим микроэлементом.

Йодосодержащие продукты:

  • морская соль;
  • овощи зеленого цвета;
  • пищевая йодированная соль;
  • океаническая и морская рыба;
  • морепродукты, включая морские водоросли и морскую капусту;
  • лук;
  • чеснок;
  • ананасы;
  • яйца;
  • печень трески;
  • восточные пряности (особенно имбирь, перец, кориандр, а также тмин, гвоздика и куркума);
  • репа;
  • спаржа;
  • морковь;
  • капуста разных сортов;
  • картофель;
  • помидоры;
  • фасоль;
  • овсяные хлопья;
  • виноград;
  • клубника;
  • свекла.

Валентности марганца

Элемент находится в седьмой группе. Типичные валентности марганца – II, III, IV, VI, VII.

Нулевая валентность типична для свободного вещества. Двухвалентные соединения — соли с катионом Mn2+, трехвалентные – оксид и гидроксид, четырехвалентные – двуокись, а также оксид-гидроксид. Шести- и семивалентные соединения — соли с анионами MnO42- и MnO4-.

Как получить и из чего получают марганец? Из марганцевых и железо-марганцевых руд, а также из растворов солей. Известно три разных способа получения марганца:

  • восстановление коксом,
  • алюмотермия,
  • электролиз.

В первом случае в качестве восстановителя используется кокс, а также окись углерода. Восстанавливается металл из руды, где есть примесь оксидов железа. В результате получается как ферромарганец (сплав с железом), так и карбид (что такое карбид? это соединение металла с углеродом).

Для получения более чистого вещества используется один из способов металлотермии — алюмотермия. Сначала прокаливается пиролюзит, при этом получается Mn2O3. Затем полученный оксид смешивают с порошком алюминия. В ходе реакции выделяется много теплоты, в результате получающийся металл плавится, а оксид алюминия покрывает его шлаковой «шапкой».

Марганец — металл средней активности и стоит в ряду Бекетова левее водорода и правее алюминия. Это значит, что при электролизе водных растворов солей с катионом Mn2+ на катоде восстанавливается катион металла (при электролизе весьма разбавленного раствора на катоде восстанавливается и вода). При электролизе водного раствора MnCl2 протекают реакции:

MnCl2  Mn2+ + 2Cl-

Катод (отрицательно заряженный электрод): Mn2+ + 2e  Mn0

Анод (положительно заряженный электрод): 2Cl- — 2e  2Cl0 Cl2

Итоговое уравнение реакции:

MnCl2 (эл-з)  Mn + Cl2

При электролизе получается наиболее чистый металлический марганец.

Распространённость в природе

См. также: Марганцевые руды

Марганец — 14-й элемент по распространённости на Земле, а после железа — второй тяжёлый металл, содержащийся в земной коре (0,03 % от общего числа атомов земной коры). Массовая доля марганца увеличивается от кислых (600 г/т) к основным породам (2,2 кг/т). Сопутствует железу во многих его рудах, однако встречаются и самостоятельные месторождения марганца. В чиатурском месторождении (район Кутаиси) сосредоточено до 40 % марганцевых руд. Марганец, рассеянный в горных породах, вымывается водой и уносится в Мировой океан. При этом его содержание в морской воде незначительно (10−7—10−6 %), а в глубоких местах океана его концентрация возрастает до 0,3 % вследствие окисления растворённым в воде кислородом с образованием нерастворимого в воде оксида марганца, который в гидратированной форме (MnO2·xH2O) и опускается в нижние слои океана, формируя так называемые железомарганцевые конкреции на дне, в которых количество марганца может достигать 45 % (также в них имеются примеси меди, никеля, кобальта). Такие конкреции могут стать в будущем источником марганца для промышленности.

В России является остродефицитным сырьём, известны месторождения: «Усинское» в Кемеровской области, «Полуночное» в Свердловской, «Порожинское» в Красноярском крае, «Южно-Хинганское» в Еврейской автономной области, «Рогачёво-Тайнинская» площадь и «Северо-Тайнинское» поле на Новой Земле.

Минералы марганца

  • пиролюзит MnO2·xH2O, самый распространённый минерал (содержит 63,2 % марганца);
  • манганит (бурая марганцевая руда) MnO(OH) (62,5 % марганца);
  • браунит 3Mn2O3·MnSiO3 (69,5 % марганца);
  • гаусманит (MnIIMn2III)O4;
  • родохрозит (марганцевый шпат, малиновый шпат) MnCO3 (47,8 % марганца);
  • псиломелан mMnO·MnO2·nH2O (45-60 % марганца);
  • пурпурит Mn3+[PO4], (36,65 % марганца).

Функции в организме

Марганец для организма любого человека ценен как самодостаточный важный компонент и «организатор» многих биохимических процессов.

Биологическая миссия

В качестве самостоятельного игрока микроэлемент:

  • улучшает всасывание железа в ЖКТ;
  • регулирует уровень сахара и холестерина в крови, действие витаминов: С и группы В (4, 7);
  • активирует синтезирование гормонов щитовидной железы;
  • помогает организму эффективнее бороться с пагубным влиянием свободных радикалов;
  • обеспечивает жизнеспособность мышечной ткани;
  • удерживает нужную свертываемость крови;
  • стимулирует выработку необходимых жирных кислот, выведение жиров; препятствует ожирению печени;
  • усиливает репродуктивные способности женского организма;
  • стоит на страже здоровья нервной системы.

Без этого микроэлемента проблематичен рост волос и хорошее состояние ногтей. О биологической роли марганца для здоровья человека свидетельствует перечень процессов, в которых он задействован:

  • продуцирование и формирование хрящей и костной ткани; тем самым предотвращается остеопороз;
  • выработка и метаболизм холестерина;
  • кроветворение;
  • энергетический обмен;
  • укрепление иммунитета.

Особо велика степень влияния марганца на организм человека в детском и подростковом возрасте.

За способность контролировать других и трудиться самому Mn заслужил звание «менеджера среди микроэлементов».

Решение бытовых проблем

Микроэлемент, который называется в аптеке перманганат калия (или марганцовокислый калий), нашел широкое применение в медицине, решении бытовых проблем. Это противомикробный препарат: раствором марганца пользуются для обработки ран, купания младенцев. Им лечат отравления, диарею, полощут горло.

Жидкая марганцовка помогает уничтожать вредителей сада и огорода.

Расшифровка сталей и чугунов

Для чугунов, называемых серыми, характерной формой графита является пластинчатая. Они маркируются буквами СЧ, цифры после буквенного обозначения говорят о минимальном значении величины предела прочности при растяжении.

Пример 1: ЧС20 – чугун серый, имеет предел прочности при растяжении до 200МПа. Для серых чугунов характерны высокие литейные свойства. Он хорошо подвергается обработке резанием, обладает антифрикционными характеристиками. Изделия из серого чугуна способны хорошо гасить вибрации.

В то же время они недостаточно устойчивы к растягивающим нагрузкам, не имеют ударной стойкости.

Пример 2: ВЧ50 – чугун высокой стойкости с сопротивлением при растяжении до 500МПа. Обладая структурой в виде шаровидного графита, он имеет прочностные характеристики более высокие по сравнению с серыми чугунами. Они обладают некой пластичностью и более высокой ударной вязкостью. Наряду с серыми, высокопрочным чугунам свойственны хорошие литейные характеристики, антифрикционные и демпфирующие свойства.

Эти чугуны применяются при производстве тяжелых деталей, таких как станины прессового оборудования или прокатные валки, коленвалы ДВС и прочее.

Пример 3: КЧ35-10 – чугун ковкий, обладающий пределом прочности до 350 МПа и допускающий относительное удлинение до 10%.

Чугуны ковкие, в сравнении с серыми, обладают большей прочностью и пластичностью. Их применяют для производства тонкостенных деталей, испытывающих ударные и вибрационные нагрузки: ступицы, фланцы, картеры двигателей и станков, вилки карданных валов и так далее.

Марганцовая кислота

Как уже было сказано выше, марганцовая кислота является сильной кислотой, существующей только в водном растворе. Соли марганцовой кислоты называются перманганатами, самым известным из которых является, конечно же, перманганат калия KMnO4, который в быту называют «марганцовкой».

Во времена СССР ампулу с марганцовкой можно было купить в любой аптеке. Сейчас, перманганат калия «простому смертному» практически не достать, и дело тут не в дефиците, а в специфических свойствах марганцовки, о которых мы не будем распространяться.

Свойства перманганата калия:

  • кристаллы темно-фиолетового цвета;
  • умеренно растворяется в воде, окрашивая ее в цвет от малинового до темно-фиолетового, в зависимости от концентрации ионов MnO4-, имеющих фиолетовый цвет;
  • является сильным окислителем, в зависимости от кислотности среды, манганаты восстанавливаются с образованием:
    • в кислой среде ионы MnO4— восстанавливаются до ионов Mn2+ — при добавлении сульфита калия к подкисленному серной кислотой фиолетовому раствору KMnO4, тот обесцвечивается по причине образования соли марганца (II):
      2KMn+7O4+5K2S+4O3+3H2SO4 = 2Mn+2SO4+6K2S+6O4+3H2O
    • в нейтральной среде при действии сульфита калия образуется бурый осадок оксида марганца (IV), при этом марганец изменяет свою степень окисления с +7 до +4:
      2KMnO4+3K2SO3+H2O = 2MnO2↓+3K2SO4+2KOH
    • в щелочной среде происходит восстановление до манганата, о чем свидетельствует образование манганат-ионов, окрашивающих раствор в зеленый цвет:
      2KMnO4+K2SO3+2KOH = 2K2MnO4+K2SO4+H2O
  • перманганаты разлагаются при термическом воздействии с выделением кислорода:
    2KMnO4 = K2MnO4+MnO2+O2
  • мелкораздробленные кристаллы марганца при нагревании растворяются в воде, выделяя водород:
    Mn+2H2O = Mn(OH)2+H2
Рейтинг автора
5
Материал подготовил
Степан Волков
Наш эксперт
Написано статей
141
Ссылка на основную публикацию
Похожие публикации