Mangan

Na tę stronę wskazuje przekierowanie z „Mn”. Zobacz też: komitet wyborczy Mniejszość Niemiecka (MN).

Mangan

chrom ← mangan → żelazo
– ↑ Mn ↓ Tc 25 Mn
Wygląd
srebrzystoszary o niebieskawym połysku
Widmo emisyjne manganu
Ogólne informacje
Nazwa, symbol, l.a.	mangan, Mn, 25 (łac. manganum)
Grupa, okres, blok	7, 4, d
Stopień utlenienia	II, III, IV, VI, VII
Właściwości metaliczne	metal przejściowy
Właściwości tlenków	wraz ze wzrostem stopnia utleniania:zasadowe,amfoteryczne lub kwasowe
Masa atomowa	54,938 ± 0,001
Stan skupienia	stały
Gęstość	7470 kg/m³
Temperatura topnienia	1244 °C
Temperatura wrzenia	1962 °C
Numer CAS	7439-96-5
PubChem	23930
Właściwości atomowe Promień • atomowy • walencyjny • van der Waalsa 140 (obl. 161) pm 139 pm 91 pm (Mn2+) 52 pm (Mn4+) 46 pm (Mn7+) Konfiguracja elektronowa 3d54s2 Zapełnienie powłok 2, 8, 13, 2 (wizualizacja powłok) Elektroujemność • w skali Paulinga • w skali Allreda 1,55 1,60 Potencjały jonizacyjne I 717,3 kJ/mol II 1509 kJ/mol III 3248 kJ/mol
Właściwości fizyczne Ciepło parowania 226 kJ/mol Ciepło topnienia 12,05 kJ/mol Ciśnienie pary nasyconej 121 Pa (1517 K) Konduktywność 0,695×106 S/m Ciepło właściwe 480 J/(kg·K) Przewodność cieplna 7,82 W/(m·K) Układ krystalograficzny regularny przestrzennie centrowany Twardość • w skali Mohsa 6 Prędkość dźwięku 5150 m/s (293,15 K) Objętość molowa 7,35×10−6 m³/mol
Najbardziej stabilne izotopy izotop wyst. o.p.r. s.r. e.r. MeV p.r. 52Mn {syn.} 5,591 dnia w.e. 4,712 52Cr 53Mn {syn.} 3,74×106 lat w.e. 0,597 53Cr 54Mn {syn.} 312,3 dnia w.e. 1,377 54Cr 55Mn 100% stabilny izotop z 30 neutronami 56Mn {syn.} 2,579 godz. β− 3,696 56Fe
Niebezpieczeństwa Karta charakterystyki: dane zewnętrzne firmy Sigma-Aldrich Globalnie zharmonizowany system klasyfikacji i oznakowania chemikaliów Na podstawie podanej karty charakterystyki Niebezpieczeństwo Zwroty H H260, H319 Zwroty P P223, P231+P232, P305+P351+P338, P370+P378 NFPA 704 Na podstawie podanego źródła 0 0 2 W Numer RTECS OO9275000
Jeżeli nie podano inaczej, dane dotyczą warunków normalnych (0 °C, 1013,25 hPa)
Multimedia w Wikimedia Commons
Hasło w Wikisłowniku

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

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.

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 i prażenie w tyglu węglowym. Upraszczając, reakcja polegała na redukcji zawartego w próbkach dwutlenku manganu węglem:

MnO
2 + 2C → Mn + 2CO.

Występowanie w skorupie ziemskiej

Występuje w skorupie ziemskiej w ilości 850 – 1000 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.

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

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. W postaci litej jest odporniejszy od żelaza na działanie czynników atmosferycznych w wyniku pasywacji. Rozdrobniony jest piroforyczny.

Najważniejszymi stopniami utlenienia manganu są II, III, IV i VII. Formalnie zaobserwowano wszystkie stopnie utlenienia z zakresu od −III do VII. 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. 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). Tendencja do tworzenia oksyanionów na tym stopniu utlenienia jest bardzo mała, udało się to potwierdzić dla K₆Mn₂O₆. 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. 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. Manganiany(VI) są stabilne w roztworach silnie zasadowych, po obniżeniu pH ulegają reakcji dysproporcjonacji. Nadmanganiany, w których mangan jest na VII stopniu utlenienia, 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. 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.

Przykłady związków i jonów manganu na wybranych stopniach utlenienia

Stopień utle­nienia	Przykłady związków i jonów	Uwagi
VII	KMnO4, MnO− 4, Mn2O7, HMnO4, MnO+3, MnO3F, MnO3Cl	Aniony są trwałe w środowisku zasadowym i obojętnym. Związki manganu na VII stopniu utlenienia wykazują własności utleniające, szczególnie silne w środowisku kwaśnym. Aniony nadmanganianowe nadają roztworom wodnym barwę fioletową.
VI	K2MnO4, MnO2−4, HMnO− 4, MnO2Cl2	Kwas manganowy(VI) jest tak nietrwały, że udało się wyznaczyć jedynie jego drugą stałą dysocjacji metodą radiolizy impulsowej (pKa = 7,4 ± 0,1). Występujące we wczesnej literaturze doniesienia o otrzymaniu MnO3 okazały się nieprawdziwe. Aniony manganianowe(VI) nadają roztworom wodnym barwę zieloną.
V	K3MnO4, MnO3−4, H 2MnO− 4, MnOCl3	Manganiany(V) jedynie w bardzo silnie zasadowym środowisku nie ulegają natychmiastowej dysmutacji. Udało się jednak wyznaczyć trzecią stałą dysocjacji kwasu manganowego(V) – (pKa = 13,7 ± 0,2). Aniony manganianowe(V) nadają roztworom wodnym barwę niebieską.
IV	MnO2, MnS2, Mn(SO4)2, MnF4, MnF2−6, MnF− 5, MnO2−3, MnO4−4	Trwały MnO2 jest głównym składnikiem braunsztynu – podstawowej rudy manganu. Powstające w wyniku fotolizy nadmanganianów rozcieńczone wodne roztwory manganianów(IV) są również stabilne. Związki manganu(IV) są zazwyczaj czarne.
III	Mn2O3, Mn2(SO4)3, MnF3, MnCl3, MnBr3, Mn(OOCCH3)3, K3, K6Mn2O6	Jedynie dla K6Mn2O6 wykazano istnienie odrębnego oksyanionu, substancje takie jak LaMnO3, LiMn2O4, LiMnO2, NaMnO2 są mieszaninami tlenków o określonej strukturze krystalograficznej. Kationy Mn3+ nadają roztworom wodnym barwę czerwoną.
II	MnO, MnS, Mn(OH)2, MnCl2, MnBr2, MnI2, Mn(NO3)2, MnSO4, MnCO3, MnF2, MnF− 3, MnF2−4, K4	Związki manganu na II stopniu utlenienia mają własności redukujące. Większość z nich ma barwę jasnoróżową, która wynika z tworzenia się kationu Mn(OH)2+6. Świeżo strącony wodorotlenek manganu(II) ma barwę białą. Wydzielony kompleks K4·3H2O jest niebiesko-fioletowy a jego roztwory mają barwę żółtą.
I	Mn(CO)5Br, Mn(CO)+5, Mn(CO)5Cl, K5, (CH3C5H4)Mn(CO)3	Wyłącznie związki kompleksowe są znane, mają własności utleniające. Cyklopentadienylotrikarbonylek manganu jest używany jako dodatek do benzyny bezołowiowej.
0	Mn2(CO)10, Mn(CO)5	Dziesięciokarbonylek dimanganu można otrzymać w postaci czystej i ma pewne zastosowanie w syntezie organicznej.
−I	LiMn(CO)5, NaMn(CO)5, Mn(CO)− 5	NaMn(CO)5 można wydzielić w postaci czystej.
−II	Mn(bisftalocyjaninian)2−
−III	Mn(NO)3CO	Taki jest formalny stopień utlenienia manganu w tym kompleksie.

Otrzymywanie

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

3MnO
2 + 4Al → 2Al
2O
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 – uzyskane tą drogą stopy zawierają 30–80% manganu. 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. 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. 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.

Znaczenie biologiczne

Mangan obecny jest w centrach reaktywności wielu enzymów i jest niezbędnym do życia mikroelementem. 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.

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

Przykładowa zawartość manganu w żywności

produkt	miara produktu	pokrycie dziennego zapotrzebowania
płatki owsiane zwykłe	100 g	246% (4,9 mg)
proszek kakaowy 14% tłuszczu	100 g	192% (3,8 mg)
	1 łyżeczka (5 g)	10% (0,2 mg)
ryż brązowy długoziarnisty	100 g	187% (3,7 mg)
orzechy włoskie	100 g	171% (3,4 mg)
migdały, prażone	100 g	131% (2,6 mg)
ciecierzyca	100 g	110% (2,2 mg)
orzechy arachidowe, prażone	100 g	104% (2,1 mg)
orzechy cashew	100 g	83% (1,7 mg)
kasza jaglana	100 g	82% (1,6 mg)
kasza gryczana palona	100 g	81% (1,6 mg)
kasza jęczmienna perłowa	100 g	66% (1,3 mg)
czekolada ciemna 60–69% masy kakaowej	100 g	66% (1,3 mg)
chleb pszenny	100 g	56% (1,1 mg)
ryż kleisty	100 g	49% (1,0 mg)
mąka tortowa	100 g	32% (0,6 mg)
małże	100 g	25% (0,5 mg)
banany	100 g	13% (0,3 mg)
herbata czarna (pominięto składniki zawarte w wodzie)	100 g	11% (0,2 mg)
ziemniaki wraz ze skórką	100 g	8% (0,2 mg)
marchew	100 g	7% (0,1 mg)
pomidory	100 g	6% (0,1 mg)
przegrzebki	100 g	4% (0,1 mg)
jabłka obrane lub nie	100 g	2%
pomarańcze	100 g	1%
wieprzowina polędwiczka wieprzowa	100 g	1%
indyk mięso z piersi indyka	100 g	1%
jajo kurze	100 g	2%
	1 sztuka (63 g)	1%
jajo kurze – żółtko	100 g	3% (0,1 mg)
jajo kurze – białko	100 g	1%
mleko krowie 3,25% tłuszczu	100 g	0%

Uwagi

Przypisy

p • d • e Układ okresowy pierwiastków
	1	2																3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14	15	16	17	18
1	H																																He
2	Li	Be																										B	C	N	O	F	Ne
3	Na	Mg																										Al	Si	P	S	Cl	Ar
4	K	Ca																Sc	Ti	V	Cr	Mn	Fe	Co	Ni	Cu	Zn	Ga	Ge	As	Se	Br	Kr
5	Rb	Sr																Y	Zr	Nb	Mo	Tc	Ru	Rh	Pd	Ag	Cd	In	Sn	Sb	Te	I	Xe
6	Cs	Ba		La	Ce	Pr	Nd	Pm	Sm	Eu	Gd	Tb	Dy	Ho	Er	Tm	Yb	Lu	Hf	Ta	W	Re	Os	Ir	Pt	Au	Hg	Tl	Pb	Bi	Po	At	Rn
7	Fr	Ra		Ac	Th	Pa	U	Np	Pu	Am	Cm	Bk	Cf	Es	Fm	Md	No	Lr	Rf	Db	Sg	Bh	Hs	Mt	Ds	Rg	Cn	Nh	Fl	Mc	Lv	Ts	Og
8	Uue	Ubn	✱
					✱	Ubu	Ubb	Ubt	Ubq	Ubp	Ubh	Ubs	...
Metale alkaliczne Metale ziem alkalicznych Lantanowce Aktynowce Metale przejściowe Metale Półmetale Niemetale Halogeny Gazy szlachetne Właściwości nieznane
↑ Alternatywnie do skandowców zalicza się często nie lutet i lorens, lecz lantan, aktyn oraz hipotetyczny unbiun. ↑ Budowa 8. okresu jest przedmiotem badań teoretycznych i dokładne umiejscowienie pierwiastków tego okresu w ramach układu okresowego jest niepewne.