Mangan

Mangan
chrom ← mangan → żelazo
– ↑ Mn ↓ Tc 25 Mn
Wygląd
srebrzystoszary o niebieskawym połysku
Ogólne informacje
Nazwa, symbol, l.a.	mangan, Mn, 25 (łac. manganum)
Grupa, okres, blok	7, 4, d
Stopień utlenienia	7, 6, 4, 2, 3
Właściwości metaliczne	metal przejściowy
Właściwości tlenków	kwasowe, amfoteryczne lub zasadowe w zależności od stopnia utlenienia
Masa atomowa	54,938049 u
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 [Ar]3d54s2 Zapełnienie powłok 2, 8, 13, 2 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 MSDS Zewnętrzne dane MSDS Zagrożenia (GHS) wg MSDS Niebezpieczeństwo Zwroty H H260, H319 Zwroty EUH brak zwrotów EUH Zwroty P P223, P231+P232, P305+P351+P338, P370+P378 Zagrożenia (UE) wg MSDS Łatwopalny (F) Zwroty R R11, R15 Zwroty S S43 NFPA 704 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 mangan w Wikisłowniku

Mangan (Mn, łac. manganum) – pierwiastek chemiczny, z grupy metali przejściowych w układzie okresowym.

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. Występuje na 11 stopniach utlenienia (od -3 do +7), z czego trwałe są tylko 4 (2, 3, 4, 7).

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 rozcieńczonymi kwasami i z wodą z wydzieleniem wodoru. W postaci litej jest odporniejszy od żelaza na działanie czynników atmosferycznych ze względu na pasywację. Rozdrobniony jest piroforyczny.

W związkach występuje w stopniach utlenienia od -3 do +7. Wraz ze wzrostem stopnia utlenienia rośnie charakter kwasowy manganu. Na stopniu utlenienia +2 tworzy trwałe kationy Mn²⁺, a na stopniu utlenienia +7 aniony nadmanganianowe MnO−4.

Odmiany alotropowe

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

• poniżej 700 °C: odmiana α
• między 700 °C a 1079 °C: odmiana β
• między 1079 °C a 1143 °C: odmiana γ – dość miękka, łatwo poddaje się obróbce mechanicznej
• powyżej 1143°: odmiana δ

Odkrycie

Sole i tlenki manganu były stosowane już w starożytności. Pierwszą osobą, która zasugerowała istnienie tego pierwiastka był Carl Wilhelm Scheele, zaś kilka lat później, w 1774 r. Johan Gottlieb Gahn jako pierwszy wyizolował ten pierwiastek w stanie czystym, przez redukcję dwutlenku manganu węglem:

MnO₂ + 2C → Mn + 2CO

Występowanie w skorupie ziemskiej

Występuje w skorupie ziemskiej w ilości 950 ppm w postaci rudy składającej się z mieszaniny kilkunastu rodzajów tlenków. 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: braunsztyn i manganit – oba to mieszaniny różnych tlenków manganu.

Sztuczne radioizotopy

Do najważniejszych sztucznych radioizotopów należą:

• ⁵²Mn otrzymywany w reakcjach ${}^{52}Cr(d,2n){}^{52}Mn$ i ${}^{56}Fe(p,dn){}^{52}Mn$
• ⁵⁴Mn otrzymywany w reakcjach ${}^{53}Cr(d,n){}^{54}Mn$ i ${}^{56}Fe(d,\alpha){}^{54}Mn$
• ⁵⁶Mn otrzymywany przez neutronową aktywację metalicznego manganu lub dwutlenku manganu MnO₂

Są one stosowane jako wskaźniki promieniotwórcze.

Otrzymywanie

Czyste (99,99%) kawałki manganu rafinowane elektrolitycznie

Metaliczny mangan można otrzymać poprzez redukcję piroluzytu glinem w reakcji aluminotermii:

3MnO₂ + 4Al → 2Al₂O₃ + 3Mn

Znaczenie biologiczne

Mangan obecny jest w centrach reaktywności wielu enzymów i jest niezbędnym do życia mikroelementem. Jego minimalne, dzienne spożycie powinno wynosić ok. 1 mg. W dużych ilościach sole manganu są toksyczne.

Nadmiar może również sprzyjać rozwojowi demencji, schizofrenii oraz pogłębiać chorobę Parkinsona. Niedobór zaś powoduje opóźnienie w rozwoju fizycznym.

Źródła manganu:

• czarna herbata
• orzechy

Przykłady związków manganu

Mangan tworzy liczne związki proste i kompleksowe na wszystkich stopniach utlenienia od I do VII, z których najważniejsze są II, III, IV i VII.

Związki manganu na stopniu utlenienia I:

• heksacyjanomanganian(I) potasu, K₅[Mn(CN)₆]

Związki manganu na stopniu utlenienia II:

• tlenek manganu(II), MnO
• wodorotlenek manganu(II), Mn(OH)₂
• chlorek manganu(II), MnCl₂
• siarczan(VI) manganu(II), MnSO₄
• heksacyjanomanganian(II) potasu, K₄[Mn(CN)₆]

Związki manganu na stopniu utlenienia III

• tlenek manganu(III), Mn₂O₃
• siarczan(VI) manganu(III), Mn₂(SO₄)₃
• heksacyjanomanganian(III) potasu, K₃[Mn(CN)₆]

Związki manganu na stopniu utlenienia IV

• tlenek manganu(IV), MnO₂; trwały związek manganu(IV)

Związki manganu na stopniu utlenienia V

• manganian(V) sodu (podmanganian sodu), Na₃MnO₄

Związki manganu na stopniu utlenienia VI i VII

• manganian(VI) potasu (manganian potasu), K₂MnO₄
• manganian(VII) potasu (nadmanganian potasu), KMnO₄
• kwas manganowy(VII) (kwas nadmanganowy), HMnO₄ i jego bezwodnik, tlenek manganu(VII), Mn₂O₇