kémiai elem, rendszáma 25, vegyjele Mn From Wikipedia, the free encyclopedia
A mangán (latinul: Manganum) a periódusos rendszer 25-ös rendszámú kémiai eleme. Vegyjele Mn. A 4. periódusban és a 7. mellékcsoportban található. Az átmenetifémek közé tartozik. A természetben főként a barnakőben található meg, és nagy mennyiségben termelik. A termelt mangán 90%-át az acélgyártás használja. Ferromangánként fontos ötvözőanyag. Segít eltávolítani az acélból az oxigént és a ként. Gazdasági szempontból fontos még a mangán(IV)-oxid, ami katód az alkáli-mangán elemekben.
| |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Általános | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
Név, vegyjel, rendszám | mangán, Mn, 25 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Latin megnevezés | manganum | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Elemi sorozat | átmenetifémek | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Csoport, periódus, mező | 7, 4, d | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Megjelenés | ezüst fémes | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Atomtömeg | 54,938043(2) g/mol[1] | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Elektronszerkezet | [Ar] 3d5 4s2 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Elektronok héjanként | 2, 8, 13, 2 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Fizikai tulajdonságok | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Halmazállapot | szilárd | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Sűrűség (szobahőm.) | 7,21 g/cm³ | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Sűrűség (folyadék) az o.p.-on | 5,95 g/cm³ | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Olvadáspont | 1519 K (1246 °C, 2275 °F) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Forráspont | 2334 K (2061 °C, 3742 °F) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Olvadáshő | 12,91 kJ/mol | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Párolgáshő | 221 kJ/mol | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Moláris hőkapacitás | (25 °C) 26,32 J/(mol·K) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Atomi tulajdonságok | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Kristályszerkezet | köbös tércentrált | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Oxidációs szám | 7, 6, 5, 4, 2, 3 (erősen savas oxid) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Elektronegativitás | 1,55 (Pauling-skála) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Ionizációs energia | 1.: 717,3 kJ/mol | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
2.: 1509,0 kJ/mol | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
3.: 3248 kJ/mol | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Atomsugár | 140 pm | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Atomsugár (számított) | 161 pm | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Kovalens sugár | 139 pm | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Egyebek | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Mágnesség | paramágneses | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Fajlagos ellenállás | (20 °C) 1,44 µΩ·m | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Hővezetési tényező | (300 K) 7,81 W/(m·K) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Hőtágulási együttható | (25 °C) 21,7 µm/(m·K) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Hangsebesség (vékony rúd) | (20 °C) 5150 m/s | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Young-modulus | 198 GPa | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Kompressziós modulus | 120 GPa | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Mohs-keménység | 6,0 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Brinell-keménység | 196 HB | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
CAS-szám | 7439-96-5 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Fontosabb izotópok | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Hivatkozások |
Biológiai szempontból is nagy jelentőségű, mivel számos enzim alkotórésze, így a fotoszintézisben is központi szerepe van. A vízből mangán-kalcium klaszter vonja ki az oxigént.
A természetben előforduló mangánvegyületeket az őskortól kezdve festékként használták. Így az Ekain és Lascaux barlangokban is kimutatták a fekete mangán-oxidot. A Kr. e. 4. századtól a rómaiak az üveggyártásban is felhasználtak mangánvegyületeket. A piroluzit erős barnás-ibolya színt adott, míg a mangán-oxid a vastartalmú üveghez adva enyhén sárgássá tette az üveget.[2][3]
Az elemet először Ignatius Gottfried Kaim (1746–1778) vonta ki 1770-ben, de ez nem vált ismertté. A piroluzitot szénnel redukálta, és szennyezett mangánt kapott, amit ő piroluzitkirálynak nevezett. 1774-ben Carl Wilhelm Scheele felismerte, hogy a piroluzitnak egy addig nem ismert elemet kell tartalmaznia. Kezdeményezésére Johan Gottlieb Gahn újra előállította a mangánt 1774-ben, Svédországban úgy, hogy fő ásványát, a piroluzitot (MnO2) aktív szénnel hevítve redukálta.[4] Nevét a latin magnes (mágnes) szóból kapta. A piroluzit latin neve ugyanis manganesia nigra. Plinius a mágnesvashoz (magnes masculini sexus) való erős hasonlósága miatt magnes feminei sexusnak nevezte, mivel a piroluzit nem mágneses. A középkorban a manganesia nevet kapta. A fém nevének eredeti alakja manganesium volt, amit a magnézium felfedezése után rövidítettek le, hogy a két név kevésbé legyen összetéveszthető.[5] Nyelvújításkori magyar neve: cseleny.[6]
1839-ben felfedezték, hogy a mangán javítja a vas formálhatóságát. Robert Forester Mushetnek (1811–1891) sikerült a Bessemer-eljárásban az acélhoz adnia a mangánt. Hamarosan a mangán keresett ötvözőanyaggá vált.[7] A piroluzit is technikai jelentőséget nyert 1866-ban, miután Walter Weldon új módszert talált a klór előállítására. A Welton-módszerben sósavat oxidálnak piroluzittal klórrá.
A mangán ezüstszürke, rideg, kemény fém. Egyes tulajdonságaiban a vashoz hasonlít. Olvadáspontja 1244 és 1246 ˚C körüli, forráspontja 2061 ˚C. A legtöbb más fémtől eltérően szobahőmérsékleten nem sűrű gömbpakolásban vagy tércentrált kockarácsban kristályosodik. Szokatlan szerkezetét α-mangánként ismerik. Négy módosulata különböző hőmérsékleteken stabil. Szobahőmérsékleten paramágneses, 100 kelvinen a Néel-hőmérséklet alatt antiferromágneses, míg a β-mangán nem mutat ilyen viselkedést.[8]
Az α-mangán 727 °C-ig stabil.[9] Ez egy eltorzult köbös szerkezet, amiben az elemi cella 58 atomot tartalmaz. A különböző atomok koordinációs száma lehet 12, 13 vagy 16.[10] 727 °C és 1095 °C között a β-mangán stabil, elemi cellánként 20 atommal és 12 vagy 14 koordinációs számmal.[11] 1095 °C-tól a mangán sűrű gömbpakolásra alakul, ez a γ-mangán. 1133 °C-tól térközepes kristályrács jön létre.[9]
Módosulat | α-Mn[10] | β-Mn[11] | γ-Mn[12] | δ-Mn[12] |
---|---|---|---|---|
Szerkezet | ||||
Kristályrendszer | köbös | köbös | köbös | köbös |
Koordinációs szám | 16+16+13+12 | 14+12 | 12 | 8 |
Tércsoport | I-43m | P4132 | Fm-3m | Im-3m |
Rácsparaméter | a = 891,1 pm | a = 631,5 pm | a = 386,3 pm | a = 308,1 pm |
Atomok száma egy cellában | 58 | 20 | 4 | 2 |
Számított sűrűség | 7,463 g/cm³ | 7,24 g/cm³ | 6,33 g/cm³ | 6,238 g/cm³ |
A mangán sok nemfémmel reagál, így oxigénnel, fluorral, klórral, bórral, szénnel, szilíciummal, arzénnal és kénnel. A tömbös mangán oxigénnel csak lassan és felületesen reagál, felszínén oxidréteg jön létre. Ellenben a fém pora pirofóros, levegőn meggyullad, és mangán(II,III)-oxid jön létre. A többi itt felsorolt elemmel is lassan reagál szobahőmérsékleten, amit a magasabb hőmérséklet meggyorsít. Még nitrogénnel is reakcióba lép 1200 °C fölött, és mangán-nitridet hoz létre (Mn3N2). Ellenben a hidrogénnel nem reagál.[13][14]
A mangán vegyületeiben számos vegyértékű (és így színű) lehet:[13][14]
Ahogy a legtöbb fém, a mangán is hidrogént fejleszt hígított savakból, és ebben a vastag oxidréteg sem akadályozza meg, szemben a klórral történő reakciójával. Lassan még a vízből is fejleszt hidrogént. Tömény kénsavban kén-dioxidot fejleszt. Vizes oldatokban a Mn2+-ionok különösen stabilak az oxidációval és a redukcióval szemben. Ennek az az oka, hogy a részben feltöltött d-pálya energetikailag kedvező.[13][14]
Égése:
Nitrogénnel való egyesülése:
A mangán a vegyületeiben többféle oxidációs számú (2, 3, 4, 5, 6, 7) is lehet, ezek a vegyületek általában színesek. Legstabilabbak a 2, 3 és 4 értékűek; az alacsonyabb oxidációs számúak komplexekben találhatók meg; a magasabb oxidációs számúak többnyire oxidok.
Halogénvegyületei közül mangán(II)-halogenidek és a mangán(III)-fluorid stabil, az MnF4 bomlékony.[15] A legjelentősebb a mangán(II)-klorid, ami egy halvány rózsaszínű, rétegrácsos szerkezetű vegyület. Mangán(IV)-oxid és sósav reakciójából nyerik. Vízben jól oldódik, az oxidációra érzékeny. Ismert még a mangán(III)-klorid. Többek között szárazelemek, korróziónak ellenálló és kemény magnéziumötvözetek, és oktánszámjavító metil-ciklopentadienil-mangán-trikarbonil (MMT) szintéziséhez használják.[16] A megfelelő bróm- és jódvegyületek nem stabilak, mivel a bromid- és jodidionok a Mn(III)-at Mn(II)-vé redukálják.[15]
A mangánnak számos oxidja létezik, ezek közül a mangán(II)-oxid (MnO) és a mangán(III)-oxid (Mn2O3) bázisos, a mangán(IV)-oxid amfoter, a mangán(VII)-oxid (Mn2O7) savas jellegű. Az 5, 6 és 7 oxidációs számú mangán anion jellegű manganátokban és mangánhalogénoxidokban fordul elő. A legstabilabb a trimangán-tetraoxid vagy mangán(II)-dimangán(III)-oxid (Mn3O4). Ez más mangán-oxidok hevítésekor képződik (kb. 900 °C felett). A természetben a hausmannit nevű ásványként található meg. A mangán-oxidokat az Mn3O4 keletkezéséhez szükségesnél alacsonyabb hőmérsékleten hevítve (pl. 7-800 °C) a fekete mangán(III)-oxid keletkezik. Vízben nem oldódik, oxalát és oxálsav jelenlétében nem túl gyorsan [Mn(C2O4)3]3− képződése közben, vörös színnel oldódik. Ismert még a mangán(II,III)-oxid is. A mangán(IV)-oxid vagy mangán-dioxid fekete színű, vízben nem oldódik. Erős oxidálószer, a természetben szintén előfordul, mint ásvány (barnakő vagy piroluzit). Főként katód alkáli-mangán elemekben. Az elem töltésekor mangánoxidhidroxid és mangán(II)-hidroxid keletkezik.
A dimangán-heptoxid igen erős oxidálószer, a szerves anyagokat nagyon könnyen lángra lobbantja. Ütésre és melegítésre érzékeny, 95 °C felett robban. Kálium-permanganát és tömény kénsav reakciójában képződik. A mangán(VII)-oxid zöld, olajszerű, robbanékony folyadék.
A mangán(II)-hidroxid (Mn(OH)2) gyenge bázis, a mangán(II)-vegyületek oldataiból választható le fehér csapadékként lúg hozzáadásával (a levegő kizárásával). A levegő oxigénje hatására nagyon könnyen mangán(III)-hidroxiddá (Mn(OH)3) oxidálódik és megbarnul.
Átalakulhat mangán(III,IV)-oxidhidroxiddá is.[17] Könnyű oxidálhatósága miatt használják a Winkler—eljárásban. Ismert még a mangán(IV)-hidroxid is.
A mangán +6-os oxidációs számú vegyületei általában manganát (MnO2−4) iont tartalmaznak, zöld színűek. A legjelentősebb a kálium-manganát. (K2MnO4). Oldatban csak lúgos közegben állandóak, savas közegben diszproporcionálódnak. Mangán-dioxid oxidatív ömlesztésével állíthatók elő, pl.:
Oxidálószerként iparilag főleg kálium-nitrátot (KNO3) használnak, de a felsoroltakon kívül más oxidálószerek is használhatóak.
A permangánátok +7-es oxidációs számú mangánt tartalmaznak. MnO−4 ion található bennük, ami ibolyaszínű. Iparilag (a lúgos oxidatív ömlesztéssel könnyen előállítható) manganátokból állítják elő őket elektrolízissel, pl.:
Erélyes oxidálószerek. A permangánsav sóinak tekinthetők, de ez a sav leginkább híg oldatban ismeretes, meglehetősen bomlékony, bár kristályai előállíthatók a híg oldat megfelelő körülmények között végzett vákuumdesztillációjával. A legjelentősebb permanganátsó a kálium-permanganát (KMnO4). Szerves reakciókban oxidálószerként, fertőtlenítőszerként, sebet összehúzó, vérzéscsillapító és gyulladásgátló szerként és a manganometriában használják. Az öt értékű hipomanganát (MnO43−) és a zöld manganát (MnO42−) instabil, és a permanganátgyártás köztes termékei. Emellett komplex permanganátok is léteznek, például hexamanganato(VII)-mangán(IV)-sav, (H3O)2[Mn(MnO4)6]·11H2O ami csak alacsony hőmérsékleten stabil mélyviola vegyület.[18]
A mangán nem képez szobahőmérsékleten stabil vegyületet a hidrogénnel. Az argon-mátrixban alacsony hőmérsékleten mangán(II)-hidrid ábrázolható.
A mangánnak sok komplexe ismert II oxidációs számmal. Ezek főként magas spin komplexek öt párosítatlannal elektronnal és elég erős mágneses momentummal bírnak. A kristálymező- és ligandummezőelmélet szerint nincs előnyben részesített geometria. A ligandumtól függően tetraéderes, oktaéderes, síknégyzetes és dodekaéderes Mn2+ komplexek ismertek. A kvantummechanikában tiltott d-d átmenetek miatt halványan színesek; az oktaéderesek többnyire rózsaszínűek, a tetraéderesek zöldessárgák. Erős ligandumokkal, például cianiddal alacsony spinű komplexek is képződnek egy párosítatlan elektronnal és erős ligandummezőfelhasítással. A kisebb oxidációs számú komplexek közé tartozik a Mn2(CO)10 dimangándekakarbonil, amiben a mangán oxidációs száma 0. Vannak más hasonló komplexek is, például a Mn(NO)3CO, amiben a mangán oxidációs száma -3.[14]
A mangafodipir egy májspecifikus paramágneses kontrasztanyag, amit a mágneses rezonanciatomográfia (MRT) használ. A kontrasztnövelő hatás a Mn2+ ionok paramágneses tulajdonságán múlik, amit az öt párosítatlan elektron okoz. A mangánionok mérgező hatását a dipiridoxildifoszfát ligandumok küszöbölik ki. A képalkotáshoz a májba gadolínium alapú standard MRT-kontrasztanyagokat adnak.[19]
A mangán metallocénja a manganocén. Ez a ferrocén 18 elektronjához képest csak 17 elektronnal bír, ám kedvező magas spin d5-konfigurációja miatt nem redukálódik Mn+-szá, és a szilárd testben polimeres szerkezetet alkot.[20]
25 izotópja ismert a 44Mn-tól a 69Mn-ig. Egyetlen, természetes izotópja a 55Mn. Radioaktív izotópjai közül a legstabilabb a 53Mn 3,7 millió éves felezési idővel, utána a 54Mn áll a sorban 312,3 nap felezési idővel, majd az 52-es tömegszámú 52Mn 5,591 nap felezési idővel. A többi radioaktív izotópjának felezési ideje kevesebb, mint 3 óra, legtöbbjüké még 1 óránál is kevesebb.
A 53Mn nyomokban megtalálható a természetben. Vastartalmú sziklában jön létre a kozmikus sugárzás hatására. A 54Fe a 3He-mal 53Fe-t alkot, ami rövid életű, és bomlásával 53Mn-t hagy maga után.[21]
Az izotópok mellett még hét magizomer ismert.
A mangánionok jelenlétének kémiai kimutatásához a violaszínű permanganát keletkezését használják fel. Ez keletkezik ólom(IV)-oxid, ammóniumperoxodiszulfát (ezüstionokkal mint katalizátorral) vagy hipobromit hatására lúgos oldatban.
A kationok leválasztásához kapcsolódva használható az alkalikus leválasztás, ami a mangánt hidrogén-peroxiddal és nátronlúggal oxidálja. Ennek eredménye szilárd mangán(IV)-oxidhidroxid, ami kicsapódik.
Előpróbaként használható a foszforsógyöngy, ami a mangán(III) ionoktól violára színeződik. Egy másik lehetséges előpróbában használnak egy olyan szert, amivel a nehezen oldható anyagból könnyen oldható lesz. Itt nitrátionokkal manganát(VI) (MnO42−) képződik, ha kevés az oxigén, akkor manganát(V) (MnO43−) is létrejön. Ha savat is adnak hozzá, akkor lila permanganátot kapnak.[22]
A mangán mennyisége mérhető atomabszorpciós spektroszkópiával (279,5 nm),[13] a permanganát fotometrikus meghatározásával, aminek elnyelési maximuma 525 nm,[23] vagy pedig titrálással. Itt Vollhard-Wolff manganometrikus eljárását követve a Mn2+ ionokat permanganáttal titrálják, így barnakövet hozva létre. Végül a maradék permanganát okozta rózsaszín elszíneződés mutatja a reakció végét.[24]
A mangán gyakori elem, a kontinentális földkéreg 0,95%-ban tartalmazza, a foszforhoz és a fluorhoz hasonló mennyiségben. A vas és a titán után a harmadik leggyakoribb átmenetifém. A természetben rendkívül ritkán fordul elő elemi formájában. Önálló ásványai már jóval gyakoribbak, de a leggyakrabban a vassal együtt fordul elő.
Legfontosabb ércásványai:
mint látható, ezek többsége oxid, illetve hidroxid. Legtöbb természetes vegyülete oxid, szilikát vagy karbonát.
Kémiai rokonságuk eredményeként jelentős mennyiségű mangánt tartalmaznak a vas ásványai, és a szilikátok közül is azokban van több mangán, amelyekben viszonylag sok a vas, tehát az olivinekben és a piroxénekben – ezek Mn-tartalma többnyire 0,2% fölötti. Ebből adódóan a bázikus magmás kőzetek mangántartalma nagyobb, mint a savanyúaké.
Míg sok két értékű mangánvegyület vízben oldható, a magasabb oxidációs számú vegyületek nehezen oldódnak, fizikailag és kémiailag is stabilak. Emiatt a mangánércek többnyire oxidatív körülmények között képződnek. Viszonylag kevés mangán-vas érc van, habár a vas a mangánhoz hasonlóan viselkedik, és a könnyen oldódó két értékű vegyületei oxidatív körülmények között három értékű, nehezen oldható vegyületekké oxidálódnak. Ennek az az oka, hogy a mangánnak több oxigénre van szüksége az oxidációhoz, mint a vasnak.[7]
Szokásos mennyisége:
Korábbi adatok[25] szerint:
A tengerfenéken kialakuló mangángumók mangántartalma mintegy 24%.
A mangán gazdaságosan kitermelhető érceit három csoportra osztják:
A mangánércek ismert előfordulásainak 75%-a a Kalaháriban van. Ezen kívül még Ukrajna, Brazília, Ausztrália, India, Gabon és Kína területén lelhető fel nagyobb mennyiségű mangánérc. A legnagyobb mangántermelők Ausztrália, Kína és Dél-Afrika. 2009-ben az össztermelés 10,8 millió tonna volt.[26]
Nagyobb mennyiségben a mangán mangángumókban fordul elő. Ezek gömbölyűek, legfeljebb 20 cm méretű, porózus kiválások a mélytengerekben, amelyek akár 50% mangánt tartalmaznak. A Csendes-óceánban Hawaiitól délre, és az Indiai-óceánban különösen sok található belőlük. Kitermelésük lehetőségét tanulmányozták, ám egyelőre nem gazdaságos a szárazföldi bányászattal szemben.[27]
A talajokba elsősorban a szilikát ásványok bomlásából kerül; a talajok Mn-vegyületei többnyire kloridok, szulfátok, nitrátok, karbonátok vagy foszfátok. A mangán-foszfátok kémiai tulajdonságai a kalcium-foszfátokéhoz hasonlóak, így például a Mn(H2PO4)2 vízoldható, a MnHPO4 gyengén oldható, a Mn3(PO4)2 pedig rosszul oldódik. A MnCO3 desztillált vízben rosszul oldódik, de ha a vízben van némi CO2-fölösleg, akkor jól, mert ilyenkor vízben jól oldódó Mn(HCO3)2-vé alakul. A mangán oxidjai a vízben nem oldódnak, és a hidroxidjai is rosszul, de ezek oldhatósága a pH-val nő.
Általános érvénnyel a talajok szervetlen vegyületeiben a mangán alábbi négy formáját különíthetjük el:
A talajok átlagos mangántartalma 0,076% (760 mg/kg); koncentrációi rendkívül tág tartományban (1–18 300 mg/kg között) változnak.[28] Az egyes talajok mangántartalma viszonylag állandó, de a növények számára felvehető, úgynevezett mozgékony mangántartalom állandóan változik, mert a talajokban a mangán két-, három- és négy vegyértékű állapota is előfordul, és ezek az aktuális külső körülmények (értelemszerűen főképp a redoxpotenciál hatására rendszeresen átalakulnak egymásba. A mangán oxidálódásában rendszerint fontos szerepet játszanak a különféle mikroorganizmusok.
A magyarországi talajtípusok átlagos mangántartalma többnyire 100–1100 mg/kg,[29] a háttér értéktartomány 100–2000 mg/kg[30] A talajok szervetlen mangánvegyületei a leggyakrabban kloridok, szulfátok, nitrátok, karbonátok vagy foszfátok. A tejsav, a hangyasav és az ecetsav Mn-sói vízben jól oldódó vegyületek; ezeken túl a talajok mangántartalmának egy része (zömmel negatív töltésű) szerves komplexekben fordul elő. Különösen erősen kötik meg a mangánt a humuszsavak.
A talajból a növények leginkább a mozgékony, két vegyértékű mangániont tudják felvenni, ez azonban a talaj mangántartalmának mindössze 0,1–1%-a, a szántott talajrétegben ez hektáronként 0,3–33 t körül ingadozik. Ehhez azonban nem okvetlenül szükséges, hogy a Mn eleve két vegyértékű formában legyen a talajban, mivel savas közegben (tehát a gyökérsavak hatására is) a mangán könnyen redukálódik. A szántóföldi növények betakarításával ebből évente mintegy 0,2–1 kg-ot vonunk ki; a kivont mennyiséget a magasabb oxidációs fokú Mn-formák redukálódása többnyire pótolja. Éppen ezért mangánhiány gyakorlatilag csak a nagy humusztartalmú láptalajokon vagy a nagyon meszes talajokon fordul elő (tehát túlmeszezés eredményeként is). Utóbbiakban a mangán a karbonátásványok felületén adszorbeálódik.[31] Mn-hiány a nagyon nagy vastartalmú talajokon is kialakulhat, de erre Magyarországon nem ismerünk példát. A mangán-toxicitás savanyú talajokban jelentkezhet, főleg az intenzív N- vagy K-műtrágyázás, illetve a redukáló hatású szerves trágyázás eredményeként.
A legtöbb mangánt termelő országok:
Az évi mangántermelés 140 000 tonna.[27]
A gazdaságosan kitermelhető mangánércek legalább 35% mangánt tartalmaznak. Tartalmuk szerint a különféle alkalmazásokhoz különféle érceket használnak. Metallurgiai hasznosításra 38 és 55% közötti mangántartalmú érceket választanak, A battery-grade-ércet alkáli-mangán elemek céljára használják; legalább 44% mangánt kell tartalmaznia, és nem lehet benne sok vas, nikkel vagy kobalt. Hasonló ércek a chemical grade-ércek, amelyekből tiszta mangánt nyernek.[27]
A legtöbb célra nem szükséges tiszta mangán, megteszi a ferromangán is, aminek 78%-a mangán, a többi vas. Oxidos mangán- és vasércekből koksszal redukálják elektromos kemencében. Hasonlóan nyerik a szilikomangánt, ami szilíciumot is tartalmaz, amihez a szilíciumot kvarcként adagolják.[27]
Tiszta mangán nem kapható a fenti módszerrel, mivel a szénnel végzett redukálás során mangán-karbid is keletkezik. Csak 1600 °C fölött marad el a karbidképződés, azonban ezen a hőmérsékleten a mangán erősen párolog; ez a veszteség gazdaságtalanná teszi az eljárást. A tiszta mangánt elektrolízissel nyerik vizes sóoldataiból. Ez többnyire mangán-szulfát oldat, és nemesacél elektródákkal és 5–7 V feszültséggel elektrolizálják. A katódon tiszta mangán válik ki, az anódon oxigén.
Egy másik, gyakran alkalmazott eljárás az aluminotermia, vagy az ércet szilíciummal redukálják.[27]
Az elemi mangánnak nincs nagy gyakorlati jelentősége; a vas ötvözőfémeként azonban a feketefémek egyike. A mangán 90%-át az acélipar használja fel. Számos, iparilag fontos ötvözete közül néhány fontosabb:
A ferromangán acélok nagyon kemények, a tükörvasat az acélipar dezoxidálásra és kéntelenítésre alkalmazza. A mangán nagyon stabil vegyületeket alkot oxigénnel, ezért a szilíciumhoz és az alumíniumhoz hasonlóan oxigént vonnak el vele. Megakadályozza a könnyen oldódó vasszulfid képződését is. Ezzel együtt segíti a nitrogén oldását a vasban, ami segíti az ausztenitek kialakulását, ami több rozsdamentes acél lényeges összetevője.[27] A mangánt nemcsak vassal ötvözik. Többek között a réz és az alumínium szilárdságának és alakíthatóságának növelésére, és a korrózióvédelemre használják. A manganin elektromos ellenállása a hőmérséklettel csak kevéssé változik, ezért elektromos mérőellenállásokat készítenek belőle.[27] A cink-mangán-ferritekből áramköri elemeket készítenek.[27]
A mangánt fény sugárzására is használják. Oxidációs állapota szerint a kibocsátott fény 450 és 750 nm (Mn2+) illetve 620 és 730 nm (Mn4+) közötti. Gyakorlati fontossága a BaMgAl10O17:Eu2+,Mn2+ (zöld) és Mg14Ge5O24:Mn4+ (piros) fénysugárzónak van a fehér ledben.[32]
A növények és az állatok fejlődése szempontjából fontos a talaj mangántartalma, ekképpen az emberi szervezetben is nélkülözhetetlen elem. Minden élőlény számára esszenciális, és különféle enzimek alkotórésze. Többek között alkotója a Lewis-savnak, részt vesz az enzimszerkezet felépítésében és a redoxireakciókban. Egyes baktériumokban az energiatermelést is szolgálja. Így például a tengerben élő Shewanella putrefaciens baktérium anaerob lélegzésében Mn4+ a terminális elektronakceptor, ami Mn2+-vé redukálódik.[33]
A dioxigenázok oxigénmolekulákat építenek be. Többnyire vasat tartalmaznak, de ismert több mangántartalmú is például az Arthrobacter globoformis és Bacillus brevis baktériumokból. A Phanerochaete chrysosporium mangánperoxidáza egy kevéssé ismert enzim, ami részt vesz a lignin lebontásában. A mangán egy sor más enzimnek is része: arginázok, hidrolázok, kinázok, dekarboxilázok és transzferázok mint piruvat-karboxiláz, mevalonatkináz és glükoziltranszferáz, továbbá bizonyos ribonukleotidreduktázok és katalázok.[13][34]
A mangán élettani szerepe igen sokrétű. A prosztetikus csoport részeként több, biológiailag fontos enzim (peptidáz, prolidáz, glutamil-transzferáz, enoláz, karboxiláz, argináz, cisztein-deszulfhidráz, élesztő-foszfatáz stb.) aktivátoraként közreműködik:
A fotoszintézisben a 2. fotorendszerben lényegi szerephez jut a víz oxidációjában és az oxigén termelésében. A fotorendszer központi alkotórésze egy négy mangánatomot és egy kalciumatomot tartalmazó komplex, amiket oxigénhidak kötnek össze. Ez az oxigénképző komplex (oxygen-evolving complex, OEC) egy több lépéses ciklusban, a Kok-ciklusban napfény hatására felbomlanak a vízmolekulák, és oxigén, hidrogénionok és elektronok szabadulnak fel.[35]
A mangán tartalmú szuperoxidmutázokban két és három értékű mangánionok katalizálják a szuperoxid átalakítását oxigénné és hidrogén-peroxiddá[34] a mitokondriumokban és a peroxiszómákban.[36]
Elsősorban komplexképző tulajdonsága miatt, másodsorban azért, mert könnyen változtatja vegyértékét, szerepe meghatározó a növények nitrogén-anyagcseréjében – így például a mangánhiányos növény a nitrátot nem tudja hasznosítani.
A növényen belül csak minimális mértékben képes áthelyeződni, azaz az öregebb részek nem adják át mangántartalmukat a fiatalabbaknak. Ezért a mangánhiány először a fiatalabb levelekben alakul ki. A krónikus mangánhiányban szenvedő növények gyökérzete a szokásosnál gyérebb.
A mangán ásványi anyag, részt vesz az anyagcsere folyamatokban. Szükséges a szaporodáshoz, a növekedéshez, a sebgyógyuláshoz, és serkenti az agyműködést. A szervezetben kb. 15–20 mg mennyiségben van jelen és az epével választódik ki. A mangán ásványi anyag hiánya terméketlenséget okozhat, idegrendszeri zavarokat, ataxia tüneteket (az izommozgás összerendezetlensége) válthat ki, csontrendszer fejlődési zavarait idézheti elő, és a szénhidrát anyagcseréjét is rontja.[13] Általános tünetek mangán ásványi anyag hiány esetén: térdfájdalom, szédülés, hallászavar, rossz egyensúlyérzék. Kiegyensúlyozott, vegyes táplálkozás mellett nincs szükség mangán ásványi anyag utánpótlásra. Fő forrásai: teljes kiőrlésű gabonamagvak, teljes kiőrlésű barna kenyér, zabpehely, búzacsíra; mogyoró, lenmag, szója; ananász, alma, szamóca, áfonya, datolyaszilva; cékla, paraj, petrezselyemgyökér, fejes saláta; tojás; fekete tea tartalmaznak.[37]
A mangán a vékonybélben szívódik fel, és a májban, csontokban, vesében és a hasnyálmirigyben raktározódik. A sejtekben a legtöbb mangán a sejtmagban, a mitokondriumokban és a lizoszómákban található. Az agyban speciális fehérjékhez kapcsolódik, főként a glutamát-ammónium-ligáz tartalmazza az asztrocitákban.[38] Az emberi testben 10–40 mg mangán található, és a napi szükséglet 1 mg.
Ahogy több más fém, a por alakú mangán is éghető, és vízzel is reagál. Ezért csak D osztályú fémoltó vagy homok használható tüzének megfékezésére. Ellenben a kompakt mangán nem gyullad meg.[39]
Ha nagy mennyiségben lélegeznek be mangántartalmú port, akkor az méregként hat. Károsítja a tüdőt, és köhögést vált ki, továbbá hörghurutot és tüdőgyulladást idézhet elő. Továbbá idegméregként is hat, és a központi idegrendszert károsítja. Ez a mangánizmus, ami a Parkinson-kórhoz hasonlít. Ezért a mangánporra a MAK-érték 0,02 mg/m³, mivel be tud jutni a hörgőcskék hólyagocskáiba; és 0,2 mg/m³ a belélegezhető porra.[39]
A mangánnak való kitettség foglalkozási ártalom. Előfordulhat a fém kinyerésekor, szállításakor, feldolgozásakor és használatakor, hogyha a fémet vagy vegyületeit por vagy füst alakban lélegzik be. Ez vonatkozik az elektrohegesztésre is, ha csupasz mangántartalmú elektródát használnak.[40]
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.