kemijski element From Wikipedia, the free encyclopedia
Mangan je kemijski element atomskog (rednog) broja 25 i atomske mase 54,938045(5). U periodnom sustavu elemenata predstavlja ga simbol Mn.
| mangan | ||
|---|---|---|
|
| ||
| Osnovna svojstva | ||
Element Simbol Atomski broj |
mangan Mn 25 | |
| Kemijska skupina | prijelazni metali | |
| Grupa, perioda, Blok | 7, 4, d | |
| Izgled | srebrnasta krutina | |
| Gustoća1 | 7210 kg/m3 | |
| Tvrdoća | 196 MPa (HB), 6,0 (Mohsova skala) | |
| Specifični toplinski kapacitet (cp ili cV)2 |
(25 °C) 26,32 J mol–1 K–1 | |
| Talište | 1246 °C | |
| Vrelište3 | 2061 °C | |
| Toplina taljenja | 12,91 kJ mol-1 | |
| Toplina isparavanja | 221 kJ mol-1 | |
|
1 pri standardnom tlaku i temperaturi | ||
| Atomska svojstva | ||
| Atomska masa | 54,938045(5) | |
| Elektronska konfiguracija | [Ar] 3d5 4s2 | |
Mangan je kemijski element 7. skupine periodnoga sustava elemenata, srebrnosiva do bijela, tvrda i krta kovina slična željezu. Pojavljuje se u četirima alotropskim modifikacijama; α-mangan (T < 700 °C), β-mangan (T < 1079 °C), γ-mangan (T < 1140 °C), δ-mangan (T > 1140 °C). Pri sobnoj temperaturi najstabilnija je kubična alfa-modifikacija (α-mangan).
Poznato je dvadeset izotopa mangana, a samo je jedan stabilan (55Mn) i javlja se u prirodi. Izotop 53Mn, (s vremenom poluraspada t1/2 = 2 x l06 g) nastaje u zvijezdama nuklearnom reakcijom s izotopom željeza 56Fe pa se iz njegove količine u meteoritima, u odnosu na sadržaj željeza, može odrediti njihova starost. Izotopi 54Mn i 56Mn koriste se kao radioaktivni obilježivači za proučavanje bioloških funkcija mangana u organizmu čovjeka.
Lako je topljiv u razrijeđenim kiselinama uz razvijanje vodika. Reaktivan je kad je čist, pa reagira s vodom i u njoj se sporo otapa, a na zraku površinski oksidira stvarajući smeđu prevlaku. S kisikom izgara u svoj najpostojaniji oksid, Mn3O4.
Talište mu je na 1246 °C, a vrelište na 1962 °C. Ima gustoću 7,44 g/cm3.
Elementarni mangan otkrio je švedski kemičar C.W. Scheele u Stockholmu 1774.g., a iste ga je godine izolirao J. Gahn.
Na višim temperaturama spaja se s većinom metala. Pri sobnoj temperaturi s nemetalima praktički ne reagira, a pri višoj temperaturi snažno reagira s raznim elementima: halogenidima, kisikom, sumporom, dušikom i ugljikom.
Udjel mangana u elementarnom sastavu Zemljine kore iznosi 0,085%, a vrlo je raširen u obliku spojeva.
Od ostalih mineralnih resursa koji se nalaze u morskom dnu najveću vrijednost ima mangan, koji se danas naveliko eksploatira.
U malim količinama ima ga u sastavu biljnih i životinjskih stanica.
Nalazi se u elementarnom stanju u meteoritima. Ima ga gotovo u svim tlima, bar u tragovima.
Kemijski je sličan željezu te ga prati u njegovim rudama.
U većim količinama manganske su se rude nakupile na razmjerno malo mjesta na Zemlji: u Rusiji, Indiji, Gani, Južnoafričkoj Republici, Maroku, Brazilu i Kubi.
Poznato je mnogo manganovih minerala. Glavne rude su mu:
Elementarni mangan dobiva se vrlo rijetko, a u svome metalnome, tehnički čistom stanju dobiva se aluminotermijom ili silikotermijom, tj. redukcijom svojih oksidnih ruda aluminijem ili silicijem, a u vrlo čistom stanju elektrolizom otopine manganova sulfata.
Mangan se može dobiti redukcijom manganovih ruda pomoću koksa u visokim pećima kada nastaje zrcalno željezo s oko 25% Mn ili u elektrolučnim pećima kada nastaje feromangan koji sadrži oko 80% Mn. Slijedi redukcija pomoću silicija ili aluminija. U prvom slučaju nastaje tehnički mangan čistoće do 95%. Redukcija aluminijem odvija se pri temperaturi 2000-2200 °C, a nastaje mangan čistoće 92-98% s primjesama koje sadrže do 4% željeza, do 3% silicija i 0,3% fosfora, te još nekih primjesa u znatno manjim koncentracijama.
Mangan visoke čistoće (99,95%) dobiva se naknadnom elektrolizom vodene otopine manganovog sulfata. Na olovnoj anodi (s dodatkom 1% srebra) izlučuje se kisik, a na titanijevoj ili čeličnoj katodi izlučuje se mangan. Anodni prostor odvojen je od katodnog polupropusnom membranom, a elektroliza se odvija pri temperaturi 35-40 °C.
Mangan u čeliku povisuje granicu razvlačenja, žilavost i prokaljivost, ti se čelici odlikuju čvrstoćom, tvrdoćom, žilavošću, otpornošću protiv habanja, pa se od njih u prvom redu izrađuju alati, a i različiti elementi strojeva, npr.: čeljusti drobilica, željezničke tračnice, podstave kugličnih i drugih mlinova i sl.
Najveće količine njegovih ruda najčešće se prerađuju u manganove slitine sa željezom i ugljikom;
- zrcalno željezo (dobiva se redukcijom ruda s pomoću koksa u visokim ili električnim pećima i sadržava oko 5 do 25% mangana), i
- feromangan (dobiva se u elektrolučnim pećima i sadržava do 80% mangana i više). Standardni feromangani sadrže 74-78% mangana i oko 7% ugljika, a ostatak je željezo.
- silikomangan (slitina mangana s razmjerno visokim udjelom silicija, a dobiva se u električnoj peći, ; 50 - 70% Mn, 15 - 30% Si, 5 - 25% Fe).
Također služi za uklanjanje nemetalnih primjesa (ponajprije kisika) iz čelika.
Ove slitine služe za uklanjanje kisika (dezoksidans) i sumpora iz čelika (mangan se s njim spaja u oksid, odnosno sulfid i prelazi u trosku) te u proizvodnji legiranih čelika.
Najviše mangana troši se u obliku feromangana pri proizvodnji feromagnetskih čelika (feromagneta; koji se dobivaju legiranjem feromangana čelikom) i za pravljenje keramika.
Tehnički čist metalni mangan manje se koristi i to uglavnom kao dezoksidans u proizvodnji nekih metala (ponajčešće za deoksidaciju bakra i bronce - manganska bronca), te u metalurgiji za legiranje - kao sastojak tehnički važnih slitina s drugim metalima. Mangan se legira s raznim metalima i s drugim kovinama, kojima povećava čvrstoću, kovnost i ljevačka svojstva.
Dodavanjem feromangana u rastaljeni metal na kraju procesa pretvaranja sirova željeza u čelik uklanja se iz njega kisik (deoksidacija) i sprječava se lomljivost čelika u žaru.
Čeliku se dodaju i silikomangani koji sprečavaju reakciju ugljika s kisikom u leguri. Posebno tvrdi čelici otporni na velika izmjenična naprezanja sadrže 13% mangana (poznati kao Hadfieldovi čelici). U velikom broju nehrđajućih čelika (serije s oznakom 200) nikal se zamjenjuje magnezijem kako bi se dobila što ekonomičnija austenitna smjesa.
Feromanganom i silikomanganom se istodobno unose u čelik i drugi njegovi sastojci (ugljik, silicij).
Od ostalih neželjenih slitina najvažnije su one kojima je, uz mangan, glavni sastojak bakar (manganske bronce) ili aluminij.
Slitine aluminija sa samo do 2% mangana veće su čvrstoće i otpornosti na trošenje i koroziju od čistog aluminija.
Mangan je jedan od 5 najvažnijih oligoelemenata, prijeko potreban za život biljaka i životinja te nastaju smetnje u rastu ako ga u tlu ili hrani nema dovoljno. Esencijalan za sve vrste.
Blago toksičan ako se proguta, a smrtonosna doza: LD50 (klorid, oralno, miš) = 1715 mg kg−1
Mangan je u malim količinama važan za ljudski organizam i dnevno ga se ishranom mora unositi u količini 10–20 mg, a njegovo pomanjkanje usporuje rast i skraćuje životni vijek jer sudjeluje u reprodukcijskim procesima. Mangana ima u žitaricama i različitim sjemenkama, osobito u kavi i čaju.
U većim količinama je otrovan. Trovanja nastaju udisanjem para mangana, prašine oksida (MnO2) ili nekog drugog spoja. Prvi vanjski znaci trovanja su umor, iscrpljenost, klonulost mišića, zatim napadaji smijeha i plača, a oboljela osoba sklona je samoubojstvu. U kasnoj fazi javljaja se drhtavica, opći simptomi Parkinsonove bolesti i skleroza nakon čega za oboljelog više nema lijeka. Dozvoljena koncentracija mangana u radnim prostorijama je do 5 mg u m3 zraka, a u vodi za piće 0,05 mg/l.
Malo trovanja je bilo uzrokovano manganovim spojevima, ali izloženost prašini ili parama je opasnost za organizam i radni uvjeti ne bi smjeli prijeći 5 mg m−3, čak ni u kraćem periodu. Njegovi spojevi su eksperimentalni karcinogeni i teratogeni.
Mangan stvara spojeve u kojima ima oksidacijski broj od 0 do +7, ali su spojevi oksidacijskog broja +2 vrlo rijetki. Većina njegovih spojeva je obojena i paramagnetična. Spojevi s nižim oksidacijskim brojevima imaju više izražen alkalan i ionski karakter, a spojevi s visokim oksidacijskim brojevima imaju izražen kiseo i kovalentan karakter. Mangan teži stvaranju ne stehiometrijskih spojeva s dušikom i ugljikom.
Kao element koji se pojavljuje u 5 valentnih stanja, mangan tvori velik niz raznolikih, većinom obojanih spojeva, međutim, samo desetak njih ima znatniju primjenu.
Dvovalentni i trovalentni mangani tvore odgovarajuće soli, četvorovalentni - manganitnu kiselinu, šesterovalentni - manganatnu kiselinu, sedmovalentni - permanganatnu kiselinu (soli: permanganati).
Manganovi se spojevi koriste kao dodatak hrani i aditivi gnojivima. Tehnički su važni osobito ovi spojevi:
[[File:Manganese electrolytic and 1cm3 cube.jpg|thumb|desno|200px|Elektrolitički prerađene flekice[Kakve "flekice"?] i kocka (1cm) mangana3 cube]]
Seamless Wikipedia browsing. On steroids.
Every time you click a link to Wikipedia, Wiktionary or Wikiquote in your browser's search results, it will show the modern Wikiwand interface.
Wikiwand extension is a five stars, simple, with minimum permission required to keep your browsing private, safe and transparent.
