Najlepsze pytania
Chronologia
Czat
Perspektywa

Mangan

25. pierwiastek chemiczny Z Wikipedii, wolnej encyklopedii

Mangan
Remove ads

Mangan (Mn, łac. manganum[3]) – pierwiastek chemiczny należący do grupy metali przejściowych.

Szybkie fakty Nazwa, symbol, l.a., Grupa, okres, blok ...
Remove ads

Ma 15 izotopów z przedziału mas 49–62 i izomery jądrowe 51m, 52m, 54m. Trwały jest tylko izotop 55, który stanowi niemal 100% składu izotopowego manganu występującego w naturze.

Remove ads

Odmiany alotropowe

Mangan, zależnie od temperatury, przyjmuje cztery formy alotropowe mające różne gęstości:

  • < 700 °C: odmiana α;
  • 700–1079 °C: odmiana β;
  • 1079–1143 °C: odmiana γ – dość miękka, łatwo poddaje się obróbce mechanicznej;
  • > 1143 °C: odmiana δ.

Odkrycie

Sole i tlenki manganu były stosowane już w starożytności. Dawni hutnicy używali w procesie dymarkowym do wyrobu żelaza m.in. rudy darniowej zawierającej związki fosforu i manganu. We wczesnym średniowieczu wysoki stopień opanowania procesu dymarskiego cechował na obszarze barbaricum głównie celtyckie ośrodki kulturowe. Tlenki manganu wywołują również barwienie szkła na fioletowo, i mogą w zależności od atmosfery wytopu pełnić rolę odbarwiacza. Najstarsze przykłady celtyckich produktów szklanych pochodzą z około 250–220 r. p.n.e., także na terytorium Polski.

Istnienie tego pierwiastka zasugerował Carl Wilhelm Scheele. W 1774 r. przesłał próbki piroluzytu (braunsztynu) do Johana Gottlieba Gahna, który w tym samym roku wyizolował metaliczny mangan. Dokonał tego poprzez wymieszanie próbki z ropą naftową[b] i prażenie w tyglu węglowym[4]. Upraszczając, reakcja polegała na redukcji zawartego w próbkach dwutlenku manganu węglem:

MnO
2
+ 2C → Mn + 2CO
.
Remove ads

Występowanie w skorupie ziemskiej

Występuje w skorupie ziemskiej w ilości 850[4] – 1000[5] ppm, w znacznej części w postaci rud składających się z jego tlenków, węglanów i krzemianów. Jest po żelazie najbardziej rozpowszechnionym metalem ciężkim. W światowym wydobyciu manganu (w przeliczeniu na czysty składnik), wynoszącym w 2001 r. 9 mln ton, przodowały: Chiny (2,5 mln ton), RPA (1,5 mln ton), Ukraina (1,2 mln ton), Australia (1,1 mln ton) i Brazylia (1,1 mln ton).

Ważniejsze minerały: piroluzyt, psylomelan, manganit, braunit, hausmanit, dialogit, rodonit i bementyt[4].

Sztuczne radioizotopy

Do najważniejszych sztucznych radioizotopów należą:

  • 52Mn, otrzymywany w reakcjach: 52Cr(d,2n)52Mn i 56Fe(p,dn)52Mn
  • 54Mn, otrzymywany w reakcjach: 53Cr(d,n)54Mn i 56Fe(d,α)54Mn
  • 56Mn, otrzymywany przez neutronową aktywację metalicznego manganu lub dwutlenku manganu, MnO2

Są one stosowane jako wskaźniki promieniotwórcze.

Właściwości chemiczne i fizyczne

Podsumowanie
Perspektywa

Metaliczny mangan jest twardym, srebrzystym i kruchym materiałem o różowym połysku. Jest masowo stosowanym dodatkiem do stali, obniżając jej temperaturę topnienia i poprawiając właściwości mechaniczne. Wykazuje właściwości paramagnetyczne.

Jest metalem stosunkowo aktywnym chemicznie, reaguje z kwasami nieutleniającymi (w postaci pyłu także z wodą) z wydzieleniem wodoru[6]. W postaci litej jest odporniejszy od żelaza na działanie czynników atmosferycznych w wyniku pasywacji. Rozdrobniony jest piroforyczny[7].

Najważniejszymi stopniami utlenienia manganu są II, III, IV i VII[8]. Formalnie zaobserwowano wszystkie stopnie utlenienia z zakresu od −III do VII[4][9]. Na stopniach utlenienia od −III do I mangan tworzy wyłącznie związki kompleksowe. Poczynając od stopnia utlenienia II rośnie charakter kwasowy manganu. Kationy Mn2+ są trwałe w roztworach wodnych i w środowisku kwaśnym dość odporne na utlenianie, podczas gdy związki manganu(II) w środowisku zasadowym łatwo ulegają utlenieniu[4]. Nie są znane oksyaniony manganu na tym stopniu utlenienia. Kationy Mn3+ są trwałe tylko w środowisku silnie kwaśnym, nawet ich rozcieńczenie podnosi pH roztworu wystarczająco, by uległy reakcji dysproporcjonacji do związków manganu(II) i (IV)[10]. Tendencja do tworzenia oksyanionów na tym stopniu utlenienia jest bardzo mała, udało się to potwierdzić dla K6Mn2O6[11]. Na IV stopniu utlenienia mangan tworzy fluorek i siarczan, jednak te związki rozkładają się w kontakcie z wodą. Oksyaniony MnO2−3 i MnO4−4 są trwałe w rozcieńczonych roztworach wodnych[12]. Nie są znane proste kationy manganu na wyższych stopniach utlenienia. Na V stopniu utlenienia mangan tworzy aniony MnO3−4, które nawet w roztworach o pH = 14 ulegają powolnej dysproporcjonacji do dwutlenku manganu i wraz ze spadkiem zasadowości środowiska szybkość tej reakcji mocno wzrasta[13]. Manganiany(VI) są stabilne w roztworach silnie zasadowych, po obniżeniu pH ulegają reakcji dysproporcjonacji[13]. Nadmanganiany, w których mangan jest na VII stopniu utlenienia[7], są trwałe w środowisku zasadowym i obojętnym. W środowisku kwaśnym możliwe jest uzyskanie kwasu nadmanganowego w wyniku reakcji roztworu nadmanganianu baru z kwasem siarkowym w temperaturze poniżej 1 °C[4]. Powstający w reakcji nadmanganianów ze stężonym kwasem siarkowym zielony tlenek manganu(VII) wobec nadmiaru H2SO4 jest zdolny do utworzenia oksykationu MnO+3. Stopniowa zmiana charakteru manganu z zasadowego na II stopniu utlenienia do kwasowego na VII jest wyraźnie widoczna, choć nieco zakłócona obniżoną stabilnością związków manganu na stopniach utlenienia V i VI. Roztwór nadmanganianu potasu o niskim stężeniu w skrajnie zasadowym środowisku przybiera barwę niebieską, co świadczy o powstawaniu anionu MnO3−4, w którym mangan jest na V stopniu utlenienia[10].

Więcej informacji Stopień utle­nienia, Przykłady związków i jonów ...
Remove ads

Otrzymywanie

Podsumowanie
Perspektywa
Thumb
Czyste (99,99%) kawałki manganu rafinowane elektrolitycznie

W laboratorium metaliczny mangan można otrzymać poprzez redukcję piroluzytu glinem w reakcji aluminotermii:

3MnO
2
+ 4Al → 2Al
2
O
3
+ 3Mn
.

W przemyśle znaczna część manganu jest wykorzystywana w postaci stopu z żelazem – żelazomanganu. Stop ten jest otrzymywany w piecach hutniczych lub łukowych z mieszaniny rud manganu i żelaza w wyniku redukcji węglem[24] – uzyskane tą drogą stopy zawierają 30–80% manganu[25]. Czysty mangan, przeznaczony do otrzymywania stopów nie zawierających żelaza, jest otrzymywany w wyniku ekstrakcji rud za pomocą kwasu siarkowego, a następnie wydzielany na drodze elektrolitycznej[26]. Typowy proces obejmuje redukcję rud manganu za pomocą tlenku węgla zawartego w gazie ziemnym w temperaturze 800–1000 °C do tlenku manganu (MnO), który łatwo ulega ekstrakcji[27]. Ze względu na konieczność zastosowania wysokiej temperatury taki proces może być zastosowany jedynie do złóż bogatych w mangan (> 35%). W ostatnich latach opracowywano założenia do procesu wykorzystującego ekstrakcję wodnymi roztworami dwutlenku siarki przed etapem elektrorafinacji. Proces taki przeznaczony byłby do ubogich złóż zawierających 4–7% manganu[28].

Remove ads

Znaczenie biologiczne

Podsumowanie
Perspektywa

Mangan obecny jest w centrach reaktywności wielu enzymów i jest niezbędnym do życia mikroelementem[29]. Zalecane spożycie manganu dla osób dorosłych wynosi 1,6 mg, nadmiar może sprzyjać rozwojowi demencji, schizofrenii oraz pogłębiać chorobę Parkinsona, niedobór zaś, choć rzadki, powoduje opóźnienie w rozwoju fizycznym[30].

Kompleksy manganu są wykorzystywane w mechanizmie fosforylacji niecyklicznej fotosystemu II fotosyntezy u roślin – bierze udział w fotolizie wody (rozkładzie wody przez działanie światła)[31].

Więcej informacji produkt, miara produktu ...
Remove ads

Uwagi

  1. Podana wartość stanowi przybliżoną standardową względną masę atomową (ang. abridged standard atomic weight) publikowaną wraz ze standardową względną masą atomową, która wynosi 54,938043 ± 0,000002. Zob. Prohaska i in. 2021 ↓, s. 584.
  2. ang. oil użyte w referowanym tekście może też oznaczać olej lub oliwę.

Przypisy

Loading related searches...

Wikiwand - on

Seamless Wikipedia browsing. On steroids.

Remove ads