מהם פתיתי מנגן אלקטרוליטי
מתכת מנגן אלקטרוליטית (EMM) מיוצרת על ידי אלקטרוליזה של תמיסת מנגן סולפט, והמוצר נקצר מהקתודה כפתיתים שבירים בעלי מראה מתכתי בהיר. מכיוון שהמתכת זוכה באלקטרוליזה ולא על ידי הפחתת פחמימות, הפתיתים נושאים מעט מאוד פחמן והם הרבה יותר טהורים מפרומנגן או סיליקומנגן, עם תכולת מנגן בדרך כלל ב-99.7% או מעל.
הטוהר הזה הוא הסיבה שהחומר מתנהג כמתכת תגובתית ולא כסגסוגת: כמעט כל המסה היא מנגן, ולכן התכונות הכימיות שלו נשלטות על ידי המנגן עצמו, והשאריות הנמוכות של פחמן וזרחן הופכות אותו למתאים כתוספת סגסוגת נקייה.
תגובתיות של המתכת
מנגן הוא מתכת מעבר תגובתית בינונית, שהיא הרבה יותר תגובתית בצורה מתכתית מסיבית מאשר עפרות תחמוצת קומפקטיות שלה. פתיתים עדינים מציגים שטח פנים גדול, כך שקצב התגובה באוויר ובמדיה מימית מהירים באופן ניכר מאשר למתכת גושית.
עם חמצן:הפתיתים מוכתמים באוויר, ואם מחולקים דק ומחוממים, נשרפים ליצירת תחמוצות מנגן.
עם מים וקיטור:מים קרים תוקפים את המתכת באיטיות, בעוד מים חמים או קיטור מגיבים בעוצמה עם אבולוציה של מימן.
עם חומצות:חומצה גופרתית מדוללת וחומצה הידרוכלורית ממיסות את המתכת בקלות עם התפתחות מימן חזקה.
עם הלוגנים וגופרית:שילוב ישיר מתרחש בהתחממות, וזו הסיבה שהפתיתים מורחקים מכלור רטוב, פלואור ואדי גופרית.
מצבי חמצון והתנהגות חיזור
מנגן מראה מצבי חמצון נפוצים של +2, +4, +6 ו-+7. ב-EMM היסוד קיים כמעט לחלוטין במצב חמצון אפס כמו מנגן מתכתי, והוא מתנהג כחומר מפחית חזק במדיה חומצית ובסיסית, למשל הפחתת חנקה לאמוניה בתנאים מתאימים.
| מצב חמצון | מינים מייצגים | תפקיד אופייני |
|---|---|---|
| 0 | מתכתי Mn בפתיתי EMM | חומר צמצום ותוספת סגסוגת |
| +2 | MnSO4, MnCl2, Mn(OH)2 | צורה מומסת יציבה במים חומציים או ניטרליים |
| +4 | MnO2 | חומר פעיל בסוללה וחומר מחמצן |
| +6 | מנגנט, MnO4 2- | ביניים בדרכי חמצון אלקליין |
| +7 | פרמנגנט, MnO4 - | חומר מחמצן חזק לטיפול וסינתזה במים |
תגובות עם מים, חומצות ואוויר
עם מים חמים או קיטור המתכת הופכת למנגן הידרוקסיד ומשחררת מימן:
Mn + 2H2O → Mn(OH)2 + H2 ↑
בחומצה גופרתית מדוללת המתכת מתמוססת למנגן סולפט, ובחומצה הידרוכלורית היא יוצרת מנגן כלורי, בשני המקרים עם גז מימן דליק:
Mn + H2SO4 → MnSO4 + H2 ↑
Mn + 2HCl → MnCl2 + H2 ↑
באוויר בטמפרטורת החדר נוצר סרט תחמוצת נצמד דק, בעיקר תערובת של MnO ו-Mn3O4, על פני השטח ומגביל התקפה נוספת. כאשר הפתיתים מחוממים באוויר, החמצון מואץ בחדות:
3Mn + 2O2 → Mn3O4
המימן המשתחרר בתגובה עם לחות או חומצה הוא דליק ויוצר תערובות נפיצות עם אוויר, ולכן יש לטפל במנגן אלקטרוליטי עם אוורור יעיל ולשמור עליו יבש.
היווצרות סגסוגת ופעילות קטליטית
מנגן משתלב בקלות עם ברזל, אלומיניום ונחושת ליצירת סגסוגות עם עמידות בפני קורוזיה משופרת. בייצור פלדה הוא פועל כמסיר חמצון ומסיר גופרית, והוא מעלה את העמידות של מטריצת הפלדה לחמצון ולהתקפת גופרית. מנגן מומס גם מגביר את יכולת ההתקשות, שהיא הבסיס לשימוש בו בפלדות מנגן.
מעבר למתכות, מתכת מנגן ותרכובותיה פועלות כזרזים בסינתזה אורגנית ותגובות הידרוגנציה, והן תוצרי ביניים חיוניים בייצור כימיקלים מנגן כגון אשלגן פרמנגנט ומנגן דו חמצני בדרגת סוללה-.
ציון וניקיון אופייניים
| אֵלֵמֶנט | תוכן אופייני בפתית Mn 99.7 | השפעת השארית |
|---|---|---|
| Mn | מינימום 99.7%. | תכולת מתכת פעילה זמינה להמסה |
| C | מקסימום 0.04%. | שומר על איסוף פחמן נמוך בפלדות פחמן נמוכות- |
| S | מקסימום 0.05%. | מגבלות הגופרית חזרו לאמבטיה |
| P | מקסימום 0.005%. | שולט בזרחן, שארית מזיקה בפלדה |
| Fe | מקסימום 0.03%. | דילול מינורי של תוספת המנגן |
| סִי | מקסימום 0.01%. | ממזער תכלילים של סיליקט |
טוהר גבוה מגביל תגובות לוואי לא רצויות בתהליכים במורד הזרם, וזו הסיבה שהפתיתים מועדפים במקום שבו לא ניתן לסבול תכלילים, איסוף גז או כימיה-של ניתוח. האחסון חייב להיות יבש, כי לחות על פני השטח משחררת מימן, ויש להרחיק אבקה עדינה מגיצים ומלהבות פתוחות שכן ענני אבק מהווים סכנת פיצוץ.
משמעות תעשייתית
מאפיינים אלה הופכים את פתיתי המנגן האלקטרוליטי לחיוני במטלורגיה, בייצור כימי ובאחסון אנרגיה. פלדות אל חלד ומיוחדות מסתמכות עליו עבור תוספות מנגן מבוקרות ללא איסוף פחמן; סגסוגות אלומיניום משתמשות בו כדי לשפר את עמידות בפני קורוזיה; ויצרני סוללות וכימיקלים משתמשים בו כחומר המוצא לתרכובות מנגן.
שאלות נפוצות
ש: מדוע פתית מנגן אלקטרוליטי טהור יותר מפרומנגן?
הוא מנצח על ידי אלקטרוליזה מתמיסת מנגן סולפט מטוהרת במקום להיות מופחת בכבשן עם פחמן, כך שאריות פחמן, זרחן וגופרית נשארות נמוכות מאוד ותכולת המנגן מגיעה ל-99.7% או יותר.
ש: מה קורה כאשר מנגן אלקטרוליטי נוגע במים?
מים קרים תוקפים אותו באיטיות, אך מים חמים או קיטור מגיבים בעוצמה ליצירת מנגן הידרוקסיד ומימן, ולכן נמנע אחסון רטוב ונדרש אוורור באזורי העיבוד.
ש: באיזה מצב חמצון קיים מנגן ב-EMM?
כמעט לגמרי במצב אפס, מתכתי. המצבים הגבוהים יותר של +2, +4, +6 ו-+7 מופיעים בתוצרי התגובה שלו ובכימיקלים מנגן המיוצרים מהמתכת.
ש: מדוע משתמשים במנגן אלקטרוליטי בנירוסטה?
הוא מספק תוספת מנגן מבוקרת, פועל כמסיר חמצון ומסיר גופרית, ומשפר את העמידות של מטריצת הפלדה בפני חמצון והתקפת גופרית.
ש: האם אבק מנגן אלקטרוליטי מסוכן?
כֵּן. אבקה דקה יכולה ליצור ענן אבק נפיץ, והמימן המשתחרר בתגובה עם לחות או חומצה הוא דליק, ולכן אחסון יבש, הדבקה ואוורור חיוניים.
ש: אילו תעשיות קונות פתיתי מנגן אלקטרוליטי?
יצרני פלדה וסגסוגות מיוחדות, יצרני סגסוגות אלומיניום, יצרני חומרי סוללות ומנגן כימיקלים, ויצרני מתכלים לריתוך הם הקונים העיקריים.
