Pierwiastki grup pobocznych (mangan, chrom)

Występowanie i otrzymywanie

Chrom najczęściej występuje w postaci chromitu, czyli tlenku chromu i żelaza: FeCr₂O₄ Aby otrzymać pierwiastkowy chrom, należy przetworzyć chromit w tlenek chromu, a następnie zredukować za pomocą glinu w metodzie aluminotermicznej:
\[ Cr_{2}O_{3} + 2 Al \rightarrow Al_{2}O_{3} + 2 Cr \] Mangan występuje w postaci dwóch rud: hausmanitu Mn₃O₄ oraz braunsztynu MnO₂. Podobnie jak chrom, czysty mangan można otrzymać metodą aluminotermiczną:
\[ 3 Mn_{3}O_{4} + 8 Al \rightarrow 4 Al_{2}O_{3} + 9 Mn \] Stopy chromu i manganu z żelazem zwane odpowiednio ferrochromem i żelazomanganem są stosowane jako dodatki do stali.

Charakterystyka chromu i manganu

Chrom jest srebrzystym, twardym metalem, który dobrze przewodzi prąd i ciepło. W powietrzu chrom ulega procesowi pasywacji (pokrywa się swoim tlenkiem), co zapobiega dalszym reakcjom. Ten sam proces zachodzi, gdy chrom poddamy działaniu kwasu azotowego(V), dlatego nie reaguje z nim na zimno. Chrom wypiera wodór z kwasów dwustopniowo. Najpierw tworzy nietrwałe jony Cr²⁺, które następnie przechodzą w jony Cr³⁺.
\[ Cr + 2 HCl \rightarrow CrCl_{2} + H_{2}\uparrow\\ Cr + 2 H^{+} \rightarrow Cr^{2+} + H_{2}\uparrow\\ 2 CrCl_{2} + 2 HCl \rightarrow 2 CrCl_{3} + H_{2}\uparrow\\ 2 Cr^{2+} + 2 H^{+} \rightarrow 2 Cr^{3+} + H_{2}\uparrow \] Chrom występuję na +II, +III i +VI stopniu utlenienia, przy czym +III jest najtrwalszy. Związki chromu są silnymi utleniaczami, mają też intensywne barwy:

Stopień utlenienia chromu	Barwa soli	Charakter chemiczny tlenku
Cr(II)	granatowoniebieska	zasadowy
Cr(III)	od zielonej do fioletowej	amfoteryczny
Cr(VI)	żółta, pomarańczowa lub czerwona	kwasowy

Trwałość jonów chromianowych(VI) i dichromianowych(VI) jest uzależniona od pH.

Proces ten ilustrują następujące reakcje: \[ 2 K_{2}CrO_{4} + 2 HCl \rightarrow K_{2}Cr_{2}O_{7} + 2 KCl + H_{2}O\\ 2 CrO_{4}^{2-} + 2 H^{+} \rightarrow Cr_{2}O_{7}^{2-} + H_{2}O\\ K_{2}Cr_{2}O_{7} + 2 KOH \rightarrow 2 K_{2}CrO_{4} + H_{2}O\\ Cr_{2}O_{7}^{2-} + 2 OH^{-} \rightarrow 2 CrO_{4}^{2-} + H_{2}O \] Mangan jest kruchym, twardym, srebrzystoszarym metalem. Wypiera wodór z kwasów nieutleniających: \[ Mn + 2 HCl \rightarrow MnCl_{2} + H_{2}\uparrow\\ Mn + 2 H^{+} \rightarrow Mn^{2+} + H_{2}\uparrow \]

Stopień utlenienia manganu	Barwa soli	Charakter chemiczny tlenku
Mn(II)	jasnoróżowa	zasadowy
Mn(IV)	nietrwała	amfoteryczny (brunatny osad)
Mn(VII)	fioletowa	kwasowy

Właściwości związków chromu i manganu

Zarówno związki chromu i manganu (na wyższym stopniu utlenienia) są silnymi utleniaczami. Dichromiany(VI) są wstanie utleniać zarówno związki organiczne, jak i nieorganiczne: \[ 2 K_{2}Cr_{2}O_{7} + 3 CH_{3}OH + 8 H_{2}SO_{4} \rightarrow \\2 Cr_{2}(SO_{4})_{3} + 3 HCOOH + 2 K_{2}SO_{4} + 11 H_{2}O\\ 2 Cr_{2}O_{7}^{2-} + 3 CH_{3}OH + 16 H^{+} \rightarrow 4 Cr^{3+} + 3 HCOOH + 11 H_{2}O\\ K_{2}Cr_{2}O_{7} + 6 KI + 7 H_{2}SO_{4} \rightarrow Cr_{2}(SO_{4})_{3} + 3 I_{2} + 4 K_{2}SO_{4} + 7 H_{2}O\\ Cr_{2}O_{7}^{2-} + 6 I^{-} + 14 H^{+} \rightarrow 2 Cr^{3+} + 3 I_{2} + 7 H_{2}O \] Jony manganu są utleniaczami, jednak przebieg procesu utleniania zależy od pH roztowru, w którym jony się znajdują.

środowisko kwaśne
\[ 2 KMnO_{4} + 5 K_{2}SO_{3} + 3 H_{2}SO_{4} \rightarrow 2 MnSO_{4} + 6 K_{2}SO_{4} + 3 H_{2}O\\ 2 MnO_{4}^{-} + 5 SO_{3}^{2-} + 6 H^{+} \rightarrow 2 Mn^{2+} + 5 SO_{4}^{2-} + 3 H_{2}O \] Jon MnO4^- redukuje się do jonu Mn^2+, zaś roztwór zmienia barwę z fioletowego na bezbarwny (jasnoróżowy, ale tego naprawdę nie widać).

środowisko obojętne
\[ 2 KMnO_{4} + 3 K_{2}SO_{3} + H_{2}O \rightarrow 2 MnO_{2}\downarrow + 3 K_{2}SO_{4} + 2 KOH\\ 2 MnO_{4}^{-} + 3 SO_{3}^{2-} + H_{2}O \rightarrow 2 MnO_{2} + 3 SO_{4}^{2-} + 2 OH^{-} \] Jon MnO4^- redukuje się do jonu MnO2, wytrąca się brunatny osad.

środowisko zasadowe
\[ 2 KMnO_{4} + K_{2}SO_{3} + 2 KOH \rightarrow 2 K_{2}MnO_{4} + K_{2}SO_{4} + H_{2}O\\ 2 MnO_{4}^{-} + SO_{3}^{2-} + 2 OH^{-} \rightarrow 2 MnO_{4}^{2-} + SO_{4}^{2-} + H_{2}O \] Jon MnO4^- redukuje się do jonu MnO42-, zaś roztwór zmienia barwę z fioletowego na zieloną.