Переходные элементы: хром, железо, марганец

На этой странице вы узнаете 

• Как благодаря хрому наша жизнь становится ярче?
• Откуда берутся кровавые реки?
• От любви до ненависти один шаг: как марганец из жизненно необходимого элемента может стать причиной безумия?

Соединения марганца, железа и хрома встречаются не только во многих задачах в учебнике, но и в повседневной жизни — стоит вспомнить, например, ржавчину на капоте машины или кране в ванной, раствор марганцовки, которым мы обрабатываем раны, или красиво переливающиеся хромированные автомобили. О том, почему эти металлы нашли такое широкое применение и где еще они могут нам встретиться, мы сегодня и узнаем.

Общая характеристика

Кто такие переходные элементы и куда они переходят? 

К переходным элементам относятся элементы, которые расположены в побочных подгруппах больших периодов периодической системы Д.И. Менделеева. К ним принадлежат d- и f-элементы. Название «переходные» связано с тем, что переходные элементы расположены между s- и р-элементами.

Железо — металл VIIIB группы четвертого периода. Его особенностью, как и особенностью других переходных металлов, является наличие валентных (участвующих в образовании химической связи) электронов как на внешнем (4s), так и на предвнешнем (3d) подуровнях.

Хром — металл VIB группы четвертого периода. Как и железо, это d-элемент, у которого валентные электроны находятся и на внешнем, и на предвнешнем подуровне. Иметь конфигурацию 3d⁵ более энергетически выгодно, чем 3d⁴, поэтому у хрома происходит проскок (провал) электрона: электрон с верхнего «этажа» как будто проваливается на  «этаж» ниже.

Провал (проскок) электрона — переход электрона с внешнего энергетического уровня на предвнешний (нижележащий).

Железо и хром имеют идентичный набор степеней окисления (0, +2, +3, +6), а также возможных оксидов и гидроксидов.

Марганец — металл VIIB группы четвертого периода. Как и у других переходных металлов (d-элементов), валентные электроны располагаются на внешнем (4s) и на предвнешнем (3d) подуровнях.

Марганец имеет довольно необычный набор степеней окисления: 

• низшая степень окисления равна 0, как и у всех металлов; 
• высшая степень окисления равна номеру группы: +7; 
• промежуточные степени окисления — все значения от низшей до высшей (+2, +3, +4, +5, +6), за исключением +1.

Чаще всего рассматриваются степени окисления 0, +2, +4, +6 и +7. Степени окисления +3 и +5 на экзамене практически не встречаются.

После изучения основных характеристик разберемся, какими физическими свойствами обладают металлы и как мы можем их получить.

Физические свойства и способы получения металлов

По физическим свойствам железо, хром и марганец — совершенно типичные металлы серебристо-белого цвета (вы только посмотрите на красавца хрома!), которые не растворяются в воде, а на воздухе покрываются прочной оксидной пленкой. 

Особенностью железа является его быстрая коррозия (то есть разрушение под действием окисления) кислородом во влажном воздухе. По статистике суммарный мировой ущерб от коррозии, которая приводит к разрушению трубопроводного транспорта, конструкций мостов, водопровода и т.д. — более 5 триллионов долларов ежегодно.

3Fe + 2O₂ = Fe₃O₄

Особенность хрома — высокая твердость: он является одним из самых твердых металлов. Не зря же из него изготавливают комплектующие для мощнейших плазмотронов (генераторов плазмы) в космической промышленности!

Как благодаря хрому наша жизнь становится ярче? Хром — элемент, необходимый для приготовления различных пигментов: красных, желтых и зеленых. Благодаря ему стекла окрашиваются в зеленый цвет, рубины — в красный и изумрудный цвета, а также этот металл находит применение в качестве декоративного и защитного покрытия. Многие видели на улицах красиво переливающиеся металлические покрытия машин, данный эффект называется хромированием. Краска содержит мельчайшие частички металла, которые и создают тот удивительный зеркальный блеск с переливами.

Основным способом получения марганца, хрома и железа является пирометаллургия, то есть различные реакции, происходящие при высоких температурах.

Когда мы смогли изучить физические свойства и способы получения данных металлов, можем рассмотреть, как полученные чистые металлы реагируют с другими элементами и веществами.

Химические свойства металлов

Химические свойства марганца, хрома и железа являются довольно типичными для всех металлов средней активности (стоящих в промежутке от алюминия до водорода).

1. Взаимодействие с простыми веществами

Как и другие металлы, железо, марганец и хром способны взаимодействовать со своими противоположностями, неметаллами, с образованием различных бинарных соединений. 

При этом неметаллы, являющиеся сильными окислителями, окисляют железо и хром до +3, а неметаллы, являющиеся слабыми окислителями, — только до +2. 

Железо, марганец и хром не реагируют с водородом и азотом ввиду неактивности последних. При взаимодействии с кислородом железо ржавеет: образуется смесь оксидов железа(II) и (III), то есть железная окалина Fe₃O₄.

2. Реакция с водой 

Железо и хром являются металлами, стоящими в ряду активности до водорода, поэтому они могут вытеснять его из воды с образованием оксидов (соединений кислорода в степени окисления -2 с другими элементами) и вытесненного водорода. 

Так как это металлы средней активности, они реагируют с водой не при нормальных условиях, а при очень высокой температуре. 

3Fe + 4H₂O = Fe₃O₄ + 4H₂
2Cr + 3H₂O = Cr₂O₃ + 3H₂

Марганец в ряду активности расположен до водорода, он может вступать в реакцию с водой, вытесняя из нее водород, но в отличие от хрома и железа образуется не оксид, а гидроксид.

Mn + 2H₂O = Mn(OH)₂ + H₂

3. Реакция с кислотами-неокислителями 

Благодаря нахождению железа, марганца и хрома до водорода в ряду активности металлов, они также способны вытеснять водород из растворов кислот-неокислителей.  

Fe + 2HCl = FeCl₂ + H₂
Cr + H₂SO_{4 (разб.)} = CrSO₄ + H₂
Mn + 2HBr = MnBr₂ + H₂

4. Реакция с солями

Как и прочие металлы, железо, марганец и хром могут вытеснять менее активные металлы, стоящие правее в ряду активности, из растворов их солей.

Fe + CuSO₄ = FeSO₄ + Cu
Cr + ZnCl₂  ≠
Mn + AlCl₃  ≠

5. Реакции с окислителями 

Из-за низких значений электроотрицательности, железо, марганец и хром являются типичными восстановителями, а следовательно, способны реагировать с окислителями.

Mn + 3NaNO₃ + 2NaOH = Na₂MnO₄ + 3NaNO₂ + H₂O 
Fe + 3KNO₃ + 2KOH = K₂FeO₄ + 3KNO₂ + H₂O
2Cr + KClO₃ = Cr₂O₃ + KCl 

После изучения свойств самих металлов, мы можем перейти к рассмотрению химических свойств соединений этих металлов.

Соединения железа и хрома

1. Оксиды, гидроксиды и соли железа(II) и хрома(II)

По физическим свойствам оксиды железа(II) и хрома(II), как и гидроксиды железа(II) и хрома(II), представляют собой не растворимые в воде соединения.

По химическим свойствам CrO и FeO — типичные основные оксиды, а Cr(OH)₂ и Fe(OH)₂ — типичные основания, что и объясняет их химические свойства.

1. Реакция с водой

Оксидам железа(II) и хрома(II) соответствуют нерастворимые гидроксиды, поэтому и сами оксиды с водой не реагируют.

2. Основно-кислотное взаимодействие

Оксиды и гидроксиды железа(II) и хрома(II) обладают основными свойствами. Это значит, что для них характерно взаимодействие с кислотами и кислотными оксидами.  

FeO + 2HCl = FeCl₂ + H₂O
Cr(OH)₂ + H₂SO₄ = CrSO₄ + 2H₂O

3. Термическое разложение 

Как и другие нерастворимые гидроксиды, Fe(OH)₂ и Cr(OH)₂ способны разлагаться при нагревании на соответствующий оксид и воду. 

Fe(OH)₂ = FeO + H₂O
Cr(OH)₂ = CrO + H₂O 

4. Реакции с типичными окислителями

При реакции с типичными окислителями соединения железа(II) и хрома(II) будут повышать свою степень окисления до +3, в редких ситуациях до +6.

4CrO + O₂ = 2Cr₂O₃
4Fe(OH)₂ + O₂ + 2H₂O = 4Fe(OH)₃
2CrCl₂ + Cl₂ = 2CrCl₃
10FeSO₄ + 2KMnO₄ + 8H₂SO₄ = 5Fe₂(SO₄)₃ + 2MnSO₄ + K₂SO₄ + 8H₂O 
3CrSO₄ + 2KBrO₃ + 12KOH = 3K₂CrO₄ + 2KBr + 3K₂SO₄ + 6H₂O

Чтобы уметь в лабораторных условиях определять наличие в растворе тех или иных ионов, в данном случае железа(II) и хрома(II), необходимо знать качественные реакции. 

Гексацианоферрат(III) калия K₃[Fe(CN)₆] называют «красной кровяной солью» из-за цвета порошка этой соли. Тривиальные (использующиеся в быту) названия KFe[Fe(CN)₆]: «берлинская лазурь», «турнбулева синь».

2. Оксиды, гидроксиды и соли железа(III) и хрома(III)

По физическим свойствам оксиды железа(III) и хрома(III) представляют порошкообразные вещества, не растворимые в воде. При этом Fe₂O₃ — оксид красновато-бурого цвета, а Cr₂O₃ — зеленого цвета. 

Откуда берутся кровавые реки? Кровавые реки встречаются во всех частях света: в Европе, Азии, в Северной Америке и даже в Антарктиде. А названы они так за свою схожесть с человеческой кровью: вместо обычного сине-голубого цвета вода в них окрашена в красный. Но сходства между кровью и водой в реках на этом не заканчиваются. Человеческая кровь окрашена в красный цвет за счет железа, который содержится в гемоглобине, — кровавые реки имеют свой цвет также за счет соединений железа. Зачастую на месте протекания подобных рек в древние времена находились залежи железной руды или оксида железа, постепенное размывание пород водой привело к окрашиванию воды в кроваво-красный цвет. Звучит жутко, но выглядит завораживающе.

Гидроксиды железа(III) и хрома(III) также являются твердыми нерастворимыми веществами, при этом они имеют цвета, аналогичные их оксидам.

По химическим свойствам они представляют собой типичные амфотерные оксиды и гидроксиды: вступают в реакции как с веществами, проявляющими основные свойства, так и с веществами, проявляющими кислотные свойства. 

1. Реакция с водой

Оксидам железа(III) и хрома(III) соответствуют нерастворимые гидроксиды, поэтому и сами оксиды с водой не взаимодействуют.

2. Основно-кислотное взаимодействие 

Оксиды и гидроксиды железа(III) и хрома(III) вступают во взаимодействие с кислотами с образованием солей и воды.

Fe₂O₃ + 6HCl = 2FeCl₃ + 3H₂O
2Cr(OH)₃ + 3H₂SO₄ = Cr₂(SO₄)₃ + 6H₂O 

С растворами щелочей оксиды железа(III) и хрома(III) не взаимодействуют: они не способны проявлять настолько выраженные кислотные свойства, как оксиды алюминия и цинка. С очень концентрированными растворами способны реагировать только гидроксиды железа(III) и хрома(III): 

Fe₂O₃ + 2NaOH = 2NaFeO₂ + H₂O
Cr₂O₃ + Na₂CO₃ = 2NaCrO₂ + CO₂
Cr(OH)₃ + 3NaOH = Na₃[Cr(OH)₆]
Fe(OH)₃ + 3NaOH _{(оч. конц.)} = Na₃[Fe(OH)₆]

3. Реакции вытеснения

Амфотерные оксиды, в том числе Fe₂O₃ и Cr₂O₃, способны вытеснять летучие CO₂ и SO₂ из их солей — карбонатов и сульфитов. 

Fe₂O₃ + K₂CO₃ (t) = 2KFeO₂ + CO₂
Cr₂O₃ + CaSO₃ (t) = Ca(CrO₂)₂ + SO₂

4. Термическое разложение гидроксидов

Нерастворимые гидроксиды разлагаются на соответствующие оксиды и воду.

2Fe(OH)₃ (t) = Fe₂O₃ + 3H₂O
2Cr(OH)₃ (t) = Cr₂O₃ + 3H₂O 

5. Реакции с восстановителями

За счет высокой степени окисления металла +3 оксиды и гидроксиды хрома(III) и железа(III) являются типичными окислителями, а значит, реагируют с восстановителями, понижая степень окисления чаще всего до соседней +2. В отличие от реакций с другими кислотами, при взаимодействии с HBr и HI будут протекать ОВР, так как эти кислоты — типичные восстановители, а Fe⁺³ и Cr⁺³ — типичные окислители.

2CrCl₃ + Cr = 3CrCl₂
2FeCl₃ + Na₂SO₃ + H₂O = Na₂SO₄ + 2FeCl₂ + 2HCl
2FeCl₃ + H₂S = 2FeCl₂ + S + 2HCl
2FeCl₃ + 3К₂S = 2FeS + S + 6КCl

За счет промежуточной степени окисления металла +3 существует возможность как понизить степень окисления до 0 или +2, так и повысить до +6. Поэтому, помимо окислительных свойств, соединения железа(III) и хромa(III) способны проявлять также слабые восстановительные свойства, повышая при этом степень окисления до +6, в основном только в реакции с сильными окислителями в щелочной среде.

Cr₂O₃ + KClO₃ + 4KOH = 2K₂CrO₄ + KCl + 2H₂O
Fe₂O₃ + 3KNO₃ + 4KOH = 2K₂FeO₄ + 3KNO₂ + 2H₂O
Cr₂O₃ + KClO₃ + 2K₂CO₃ = 2K₂CrO₄ + KCl + 2CO₂
2NaFeO₂ + 3Na₂O₂ = 2Na₂FeO₄ + 2Na₂O

Гексацианоферрат(II) калия K₄[Fe(CN)₆] называют «желтой кровяной солью» из-за цвета порошка этой соли.

3. Соединения хрома(VI)

Хром имеет две кислоты: хромовую H₂CrO₄ и дихромовую H₂Cr₂O₇, — соли которых называются соответственно хромат и дихромат. 

Хромат-ион устойчив в щелочной среде, а дихромат — в кислой. При изменении среды изменяется и соль.

K₂Cr₂O₇ + 2KOH = 2K₂CrO₄ + H₂О
2K₂CrO₄ + H₂SO₄ = K₂Cr₂O₇ + K₂SO₄ + H₂О

Мы можем закрепить полученные знания, решив задание №6 ЕГЭ. Именно в нем встречаются вопросы на понимание химических свойств веществ.

Задание. В пробирку с солью Х добавили раствор Y. В результате реакции наблюдали изменение цвета раствора с желтого на оранжевый.Из предложенного перечня выберите вещества X и Y, которые могут вступать в указанную реакцию.
1) K₂Cr₂O₇;
2) KOH;
3) K₂CrO₄;
4) Cr₂O₃;
5) HNO₃.

Решение. В задании сказано, что вещество Х — соль, значит это может быть либо дихромат калия K₂Cr₂O₇, либо хромат калия KCrO₄. Вспомним цвета этих солей: дихромат оранжевый, а хромат — желтый. Так как в задании наблюдалось изменение цвета с желтого на оранжевый, то исходная соль и вещество Х — хромат, берем вариант ответа 3.

Хромат-ион устойчив в щелочной среде, дихромат-ион — в кислой, поэтому переход из соли желтого цвета в соль оранжевого цвета будет происходить вместе со сменой среды с щелочной на кислую, добавим азотную кислоту HNO₃ (вариант ответа номер 5).

2K₂CrO₄ + 2HNO₃ = K₂Cr₂O₇ + 2KNO₃ + H₂О

Ответ: 35

Дихроматы термически разлагаются:

4K₂Cr₂O₇ = 4K₂CrO₄ + 2Cr₂O₃ + 3O₂
(NH₄)₂Cr₂O₇ = Cr₂O₃ + N₂ + 4H₂O

За счет хрома в высшей степени окисления +6 хроматы и дихроматы являются сильными окислителями и реагируют со многими восстановителями, при этом хром понижает степень окисления в ОВР до +3. Продукты зависят от среды, в которой протекает реакция.

 K₂Cr₂O₇ + 14HCl = 2CrCl₃ + 2KCl + 3Cl₂ + 7H₂O
3K₂SO₃ + 2K₂CrO₄ + 5H₂O = 2Cr(OH)₃ + 3K₂SO₄ + 4KOH
3Na₂SO₃ + K₂Cr₂O₇ + 4KOH + 4H₂O = 3Na₂SO₄ + 2K₃[Cr(OH)₆]

4. Оксид железа(II, III) — железная окалина Fe₃O₄

Железная окалина представляет собой двойной оксид черного цвета, образующийся при окислении железа водой или кислородом и содержащий в себе как FeO, так и Fe₂O₃. 

Поэтому окалина обладает двойственностью: 

• за счет железа в степени окисления +2 проявляет свойства восстановителя, а соответственно, реагирует с окислителями;
• за счет железа в степени окисления +3 — свойства окислителя, в виду чего это соединение реагирует с восстановителями.

Разберем подробнее ее химические свойства.

1. Реакция с водой

Так как ни FeO, ни Fe₂O₃ не реагируют с водой, железная окалина тоже с ней не взаимодействует.

2. Реакция с кислотой-неокислителем

В реакции с кислотами-неокислителями степени окисления железа в смешанном оксиде сохраняются, то есть образуются соли железа(II) и железа(III): 

Fe₃O₄ + 8HCl = FeCl₂ + 2FeCl₃ + 4H₂O 

3. Реакции с окислителями

В составе железной окалины есть FeO, являющийся за счет степени окисления железа +2 типичным восстановителем, поэтому железная окалина способна реагировать с различными окислителями, повышая степень окисления железа до +3.

Fe₃O₄ + 8HCl = FeCl₂ + 2FeCl₃ + 4H₂O
2Fe₃O₄ + 10H₂SO_{4 (конц.)} = 3Fe₂(SO₄)₃ + SO₂ + 10H₂O
Fe₃O₄ + 10HNO_{3 (конц.)} = 3Fe(NO₃)₃ + 5H₂O + NO₂  

4. Реакции с восстановителями

Помимо FeO, в составе железной окалины также есть Fe₂O₃, являющийся за счет железа в степени окисления +3 типичным окислителем. Следовательно, железная окалина способна реагировать с восстановителями, понижая степень окисления железа до +2.

Fe₃O₄ + 8HI = 3FeI₂ + I₂ + 4H₂O
Fe₃O₄ + 4H_{2 (изб.)} = 3Fe + 4H₂O
Fe₃O₄ + H_{2 (нед.)} = 3FeO + H₂O

После изучения свойств соединений железа и хрома, можем закрепить полученные знания, решив задание №8 ЕГЭ.

Задание. Установите соответствие между исходными веществами, вступающими в реакцию, и продуктами, которые образуются при взаимодействии этих веществ: к каждой позиции, обозначенной буквой, подберите соответствующую позицию, обозначенную цифрой.

Решение:
А) Предположим, что протекает реакция ионного обмена, в таком случае образуется сульфид железа(III) и соляная кислота (Fe₂S₃ + HCl). Однако сульфид железа(III) неустойчив в водной среде и мгновенно распадается на сульфид железа(II) и серу.
Сульфид железа(II) растворим в кислотах, поэтому он прореагирует с образовавшейся кислотой. Запишем всю цепочку превращений: 

2FeCl₃ + 3H₂S = Fe₂S₃ + 6HCl
Fe₂S₃  = 2FeS + S
FeS + 2HCl = FeCl₂ + H₂S

Объединим все вышеописанные реакции в одну поэтапно.

2FeCl₃ + 3H₂S = 2FeS + S + 6HCl 

Так как 2FeS + 4HCl = 2FeCl₂ + 2H₂S, заменим сульфид железа(II) и соляную кислоту на продукты реакции, останется 2 молекулы HCl.

2FeCl₃ + 3H₂S = 2FeCl₂ + 2H₂S + S + 2HCl

Сократим H₂S и получим:

2FeCl₃ + H₂S = 2FeCl₂ + S + 2HCl

Таким образом, правильный ответ под цифрой 2.

Б) Логика взаимодействия между хлоридом железа(III) и сульфидом калия аналогичная, однако здесь нет кислоты, в которой образующийся сульфид растворился бы, поэтому данный этап пропускаем.

2FeCl₃ + 3K₂S = Fe₂S₃ + 6KCl
Fe₂S₃  = 2FeS + S

Объединим реакции и получим:

2FeCl₃ + 3К₂S = 2FeS + S + 6КCl

Правильный ответ под цифрой 4.

В) Взаимодействие между хлоридом железа(III) и иодоводородом аналогично реакции под А: иодид железа(III) неустойчив и распадается на иодид железа(II) и иод, образовавшаяся соль реагирует с соляной кислотой из продуктов (сильная кислота выталкивает слабую). Распишем все уравнения реакций

FeCl₃ + 3HI = FeI₃ + 3HCl
2FeI₃  = 2FeI₂ + I₂
FeI₂ + 2HCl = FeI₂ + 2HI

Объединим реакции в одну поэтапно.

2FeCl₃ + 6HI = 2FeI₃  = 2FeI₂ + I₂ + 6HCl

Так как 2FeI₂ + 4HCl = 2FeI₂ + 4HI,  заменим иодид железа(II) и соляную кислоту на продукты реакции, останется 2 молекулы HCl.

2FeCl₃ + 6HI = 2FeI₃  = 2FeI₂ + 4HI + I₂+ 2HCl

Сократим HI и коэффициенты:

2FeCl₃ + 2HI = I₂ + 2FeCl₂ + 2HCl

В ответ берем цифру 6.

Г) Реакция между железной окалиной и иодоводородом также протекает ступенчато.

Fe₂О₃ + 8HI = 2FeI₃ + FeI₂ + 4Н₂О
2FeI₃  = 2FeI₂ + I₂

Объединим реакции:

Fe₃O₄ + 8HI = 3FeI₂ + I₂ + 4H₂O

Правильный ответ под цифрой 5.

Ответ: 2465

Знакомство с соединениями железа и хрома закончено, теперь перейдем к самому интересному — соединениям марганца.

Соединения марганца

Марганец — удивительный элемент, чтобы это понять, достаточно взглянуть на возможные для него степени окисления (СО). Этот металл способен принимать СО, равные 0, +2, +3, +4, +5, +6 и +7, теперь было бы интересно проследить, как меняются свойства элемента в соединениях в зависимости от степени окисления.

Соединения марганца встречаются не только в химии, они присутствуют и внутри нас.

От любви до ненависти один шаг: как марганец из жизненно необходимого элемента может стать причиной безумия? Марганец является одним из самых жизненно важных микроэлементов, он принимает участие в биохимическом функционировании нервной системы, нормализует ее работу, способствует образованию костной, мышечной и соединительной ткани, регулирует углеводный и жировой обмен. Этот металл влияет на гормональный фон, уровень сахара в крови, а также участвует в процессе образования крови. Но в высоких дозах и этот необходимый микроэлемент может стать опасным для здоровья. Избыток марганца приводит к нарушению работы нервной системы, возникают утомляемость, слабость, сонливость. При дальнейшем ухудшении состояния возникает мнительность, а в худших ситуациях могут начаться галлюцинации. Именно это состояние и называется «марганцевым безумием».

Перейдем к непосредственному изучению различных соединений марганца, начнем со степени окисления +2.

1. Оксид, гидроксид и соли марганца(II)

Химические свойства оксида и гидроксида определяются основным характером веществ и восстановительными свойствами.

1. Основно-кислотные взаимодействия:

Mn(OH)₂ + 2HCl = MnCl₂ + 2H₂O
MnO + 2HNO_{3 (конц.)} = Mn(NO₃)₂ + H₂O, не ОВР, так как Mn²⁺ устойчив в кислой среде!

2. Окислительно-восстановительные реакции:

2Mn(OH)₂ + О₂ = 2MnO₂ + 2H₂O
MnO + 2KNO₃ + 2KOH = K₂MnO₄ + 2KNO₂ + H₂O

Есть и особые свойства для каждого вещества:

• Оксид не реагирует с водой, так как гидроксид марганца(II) нерастворим.

MnO + H₂O ≠

• А вот гидроксид подвергается термическому разложению.

Mn(OH)₂ (t) = MnO + H₂O

2. Оксид марганца(IV)

Марганец способен также проявлять степень окисления +4, наиболее устойчивым соединением с такой степенью окисления является оксид марганца(IV) — бурый осадок.

За счет высокой степени окисления диоксид марганца MnO₂ проявляет сильные окислительные свойства, а следовательно, вступает в ОВР с разнообразными восстановителями, понижая в этих реакциях свою степень окисления до более устойчивой в данной среде.

MnO₂ + 4HCl _(конц.) = MnCl₂ + Cl₂ + 2H₂O
2MnO₂ + 2H₂SO_{4 (конц.)} = 2MnSO₄ + O₂ + 2H₂O
MnO₂ + 2FeSO₄ + 2H₂SO₄ = MnSO₄ + Fe₂(SO₄)₃ + 2H₂O

Возможны также и реакции, в которых оксид проявляет восстановительные свойства.

3MnO₂  + KBrO₃ + 6KOH = 3K₂MnO₄ + KBr + 3H₂O (в щелочной среде марганец повышает СО до +6)
2MnO₂ + 3PbO₂ + 6HNO₃ = 2HMnO₄ + 3Pb(NO₃)₂ + 2H₂O (в кислой среде марганец повышает СО до +7)

Оксид марганца(IV) проявляет амфотерные свойства и реагирует со щелочами при сплавлении, в растворе реакция не идет. 

MnO₂ + 2KOH (t) =  K₂MnO₃ + H₂O, образуется манганит
MnO₂ + 2KOH + H₂O  ≠

3. Оксиды, гидроксиды и соли марганца(VI) и (VII)

Оксиды марганца(VI) и (VII) не встречаются в рамках школьной программы, достаточно знать их цвета и помнить, что они, в принципе, существуют.

Гидроксид марганца(VI) неустойчив, а вот гидроксид(VII), марганцевая кислота, при обычных условиях стабилен, зато при нагревании разлагается.

4HMnO₄ = 4MnO₂ + 2H₂O + 3O₂

Также гидроксид марганца(VII) может вступать в ОВР с понижением степени окисления марганца.

2HMnO₄ + 3H₂S = 3S + 2MnO₂ + 4H₂O 
2HMnO₄ + 5SO₂ + 2H₂O = 3H₂SO₄ + 2MnSO₄

Гидроксиду марганца(VI) соответствует такая соль, как манганат, а вот гидроксиду(VII) — перманганат.

Манганаты проявляют восстановительные свойства.

K₂MnO₄ + 2HNO₃ = KMnO₄ + KNO₃ + NO₂ + H₂O

Перманганаты способны термически разлагаться аналогично дихроматам.

2KMnO₄ = K₂MnO₄ + MnO₂ + O₂
2NH₄MnO₄ = 2MnO₂ + N₂ + 4H₂О

В реакциях за счет максимальной степени окисления +7 перманганаты выступают сильными окислителями, продукты реакции зависят от среды раствора.

8KMnO₄ + 5PH₃ + 12H₂SO₄ = 5H₃PO₄ + 8MnSO₄ + 4K₂SO₄ + 12H₂O
2KMnO₄ + 3MnSO₄ + 2H₂O = 5MnO₂ + K₂SO₄ + 2H₂SO₄
NaNO₂ + 2KMnO₄ + 2KOH = NaNO₃ + 2K₂MnO₄ + H₂O 

Наше знакомство со свойствами марганца, хрома и железа подходит к концу, но знакомство с переходными металлами не заканчивается. Для полноценного понимания данной темы рекомендуем ознакомиться со статьей «Переходные металлы: медь, серебро, ртуть».

Термины

Бинарные соединения — соединения, которые состоят из двух элементов: металла и неметалла или двух неметаллов.

Восстановители — это соединения, отдающие электроны в окислительно-восстановительных реакциях, при этом сами они повышают свою степень окисления. 

Неметаллы — вещества, не обладающие металлическими свойствами. Они способны взаимодействовать с металлами и некоторыми неметаллами, водой, щелочами и некоторыми кислотами, а также могут вступать в окислительно-восстановительные реакции. 

Окислители — это соединения, охотно принимающие электроны в окислительно-восстановительных реакциях, при этом сами они понижают свою степень окисления. 

Степень окисления (СО) — это условный заряд атома элемента, вычисленный на основе предположения, что все связи в данном соединении являются ионными (показывает, сколько электронов атом «притянул» или, наоборот, «отдал» при образовании химической связи).

Фактчек

• Марганец, хром и железо относятся к переходным металлам, то есть таким, которые расположены в побочных подгруппах больших периодов. Возможные степени окисления железа и хрома совпадают и равны 0, +2, +3 и +6; марганец чаще всего проявляет степени окисления 0, +2, +4, +6 и +7.
• Основным способом получения металлов является пирометаллургия. 
• Марганец, хром и железо способны реагировать с простыми веществами, с водой и кислотами-неокислителями, солями и вступать в ОВР.
• Оксиды и гидроксиды данных металлов способны вступать в основно-кислотные взаимодействия, ОВР, а также термически разлагаться.
• Продукты реакций с хроматом, дихроматом и перманганатом зависят от среды протекания реакции.

Проверь себя

Задание 1.
У атома какого химического элемента наблюдается «проскок» электрона? 

1. Хром
2. Марганец
3. Железо
4. Наблюдается у всех

Задание 2.
Какое вещество образуется при реакции между марганцем и водой? 

1. MnO
2. MnO₂
3. Mn(OH)₂
4. HMnO₄

Задание 3.
Что образуется при взаимодействии хлорида железа(III) с сероводородом? 

1. Сульфид железа(III) и хлороводород
2. Сульфид железа (II), хлор и хлороводород
3. Сульфид железа (II), сера и хлороводород
4. Хлорид железа (II), сера и хлороводород

Задание 4.
В какой реакции наблюдается только обесцвечивание раствора?

1. Взаимодействие дихромата калия с соляной кислотой
2. Взаимодействие перманганата калия с фосфином в кислой среде
3. Взаимодействие перманганата натрия с нитритом натрия в нейтральной среде
4. Взаимодействие гидроксида марганца(VII) с сероводородом

Ответы: 1. – 1; 2. – 3; 3. – 4; 4. – 2.м