Μαγγάνιο

Μαγγάνιο
	Χρώμιο ← Μαγγάνιο → Σίδηρος
	;
	;
	Ιστορία
	Ταυτότητα του στοιχείου
Όνομα, σύμβολο	Μαγγάνιο (Mn)
Ατομικός αριθμός (Ζ)	25
Κατηγορία	Μέταλλα
ομάδα, περίοδος,; τομέας	7 ,4, d
Σχετική ατομική; μάζα (Ar)	54,938043(2)[
Ηλεκτρονική; διαμόρφωση	[ Ar ] 3d5 4s2; 2 8 13 2
Αριθμός CAS	7439-96-5
	Ατομικές ιδιότητες
Ατομική ακτίνα	127 pm
Ομοιοπολική ακτίνα	139±5 pm (χαμηλό σπιν); 161±8 pm (υψηλό σπιν)
Ηλεκτραρνητικότητα	1,55
Κυριότεροι αριθμοί; οξείδωσης	-3, -2, -1, +2, +3, +4, +5, +6, +7
Ενέργειες ιονισμού	1η: 717,3 kJ/mol ; 2η: 1.509,0 kJ/mol; 3η: 3.248 kJ/mol
	Φυσικά χαρακτηριστικά
Κρυσταλλικό σύστημα	Κυβικό κέντρου σώματος
Σημείο τήξης	1.246 °C (1.519 K)
Σημείο βρασμού	2.061 °C (2.334 K)
Πυκνότητα	7.210 kg/m³ (κοντά στους 20°C); 5.950 kg/m³ (κοντά στους 1.246°C))
Ενθαλπία τήξης	12,91 kJ/mol
Ενθαλπία εξάτμισης	221 kJ/mol
Ειδική θερμοχωρητικότητα	26,32 J/(mol·K)
Μαγνητική συμπεριφορά	παραμαγνητικό
Ειδική ηλεκτρική; αντίσταση	1,44 μΩ·m (στους 20 °C)
Ειδική θερμική; αγωγιμότητα	7,81 W/(m·K)
Σκληρότητα Mohs	6,0
Σκληρότητα Brinell	196 MPa
Μέτρο ελαστικότητας; (Young's modulus)	4,9 GPa
	Η κατάσταση αναφοράς είναι η πρότυπη κατάσταση (25°C, 1 Atm); εκτός αν σημειώνεται διαφορετικά

Το μαγγάνιο είναι το χημικό στοιχείο με χημικό σύμβολο Mn και ατομικό αριθμό 25. Δεν έχει βρεθεί ως ελεύθερο στοιχείο στη φύση. Συχνά βρίσκεται σε ορυκτά σε συνδυασμό με σίδηρο. Ανήκει στην ομάδα της 1^ης κύριας σειράς των μετάλλων μετάπτωσης. Χρησιμοποιείται σε σημαντικά βιομηχανικά κράματα, ιδιαίτερα στον ανοξείδωτο χάλυβα.

Ιστορικά, το μαγγάνιο ονομάστηκε έτσι από τον πυρολουσίτη και άλλα μαύρα ορυκτά από τη Μαγνησία της Ελλάδας, που επίσης έδωσε την ονομασία τους στο μαγνήσιο και στο μαγνητίτη. Κατά τα μέσα του 18^ου αιώνα, ο σουηδο γερμανός χημικός Καρλ Βίλχελμ Σέλε (Carl Wilhelm Scheele) χρησιμοποίησε πυρολουσίτη για την παραγωγή χλωρίου. Ο Σέλε και άλλοι γνώριζαν ότι ο πυρολουσίτης (που πλέον είναι γνωστό ότι περιέχει διοξείδιο του μαγγανίου, MnO₂) περιείχε ένα νέο (για τότε) χημικό στοιχείο, αλλά δεν κατάφεραν να το απομονώσουν. Όμως, το 1774, ο Γιόχαν Γκότλιεμπ Γκαν (Johan Gottlieb Gahn) ήταν ο πρώτος που απομόνωσε ένα όχι χημικά καθαρό δείγμα μεταλλικού μαγγανίου, ανάγοντας διοξείδιο του μαγγανίου με άνθρακα.

Η φωσφορική επικάλυψη μαγγανίου χρησιμοποιείται για την αποτροπή διάβρωσης και οξείδωσης σε χάλυβα. Το ιονισμένο μαγγάνιο χρησιμοποιείται βιομηχανικά ως χρωστική σε διάφορα χρώματα, με το χρωματισμό να εξαρτάται από τη βαθμίδα οξείδωσης των ιόντων. Τα υπερμαγγανικά (MnO₄⁻) των αλκαλίων και των αλκαλικών γαιών είναι ισχυρά οξειδωτικά.

Το διοξείδιο του μαγγανίου χρησιμοποιείται ως υλικό καθόδου (δηλαδή δέκτης ηλεκτρονίων) σε αλκαλικές μπαταρίες άνθρακα-ψευδαργύρου.

Στη βιολογία, τα ιόντα Mn²⁺ λειτουργούν ως συμπαράγοντες για μεγάλη ποικιλία ενζύμων με πολλές λειτουργίες.^[2] Τα ένζυμα μαγγανίου είναι ιδιαίτερα ζωτικά για την αποτοξίνωση των ελευθέρων ριζών σουπεροξειδίων (O₂^–•) σε οργανισμούς που πρέπει να αξιοποιήσουν στοιχειακό οξυγόνο (O₂). Το μαγγάνιο επίσης λειτουργεί (ως συμπαράγοντας) στο σύμπλοκο που δεσμεύει οξυγόνο σε φωτοσυνθετικά φυτά. Αλλά ενώ το μαγγάνιο ανήκει στα μεταλλικά ιχνοστοιχεία για όλλους τους γνωστούς ζώντες οργανισμούς, αποτελέι επίσης νευροτοξίνη σε μεγαλύτερες ποσότητες. Ιδιαίτερα αν εισπευθεί, μπορεί να προκαλέσει μαγγανίαση, μια κατάσταση στην οποία τα θηλαστικά οδηγούνται σε νευρολογική βλάβη που είναι ενίοτε μη αναστρέψιμη.

Ιστορία

Ετυμολογία

Η ιστορία του ονόματος του μαγγανίου είναι περίπλοκη. Στην αρχαία εποχή, δυο μαύρα ορυκτά από τη Μαγνησία της Ελλάδας ονομάζονταν και τα δυο «μάγνες», από την ονομασία του τόπου προέλευσής τους, αλλά θεωρούνταν ότι διέφεραν ως προς γένος. Το «αρσενικό», ο μάγνης, έλκυε το σίδηρο και ήταν σιδηρούχο ορικτό, γνωστό ως «μαγνητίτης», με κύριο χημικό συστατικό το επιτεταρτοξείδιο του σιδήρου (Fe₃O₄), από τον οποίο μάλλον προήλθε ο όρος «μαγνήτης». Το «θηλυκό», η «μάγνις», δεν έλκυε το σίδηρο, αλλά χρησιμοποιούνταν για να αποχρωματίζει το γυαλί. Στις μέρες μας το δεύτερο ορυκτό είναι γνωστό ως πυρολουσίτης, με κύριο χημικό συστατικό το διοξείδιο του μαγγανίου. Ούτε ο μαγνητίτης αλλά ούτε και το μεταλλικό μαγνήσιο είναι μαγνητικά υλικά. Κατά το 16^ο αιώνα, το διοξείδιο του μαγγανίου (MnO₂) ονομάζονταν «μαγγανήσιο» (manganesum) από υαλουργούς, πιθανώς από παραφθορά και συνδυασμό δύο λέξεων, καθώς τόσο οι υαλουργοί, όσο και οι αλχημιστές έπρεπε να μπορούν να διαχωρίζουν τα δυο ορυκτά με την κοινή ονομασία, στην οποία δεν αναγνωρίζονταν τα γένη στα λατινικά, δηλαδή το «magnesia negra» (δηλαδή «μαύρη μαγνησία») και «magnesia alba» (δηλαδή «λευκή μαγνησία»), με κύριο συστατικό το οξείδιο του μαγγανίου (MnO), που επίσης ήταν χρήσιμο και στην υαλουργία. Ο Μισέλ Μερκάτι (Michele Mercati) ονόμασε τον πυρολουσίτη «magnesia negra manganesa», ενώ όταν τελικά το μέταλλο απομονώθηκε από το οξείδιο του μαγγανίου, έγινε γνωστό ως «manganese» (που αργότερα εξελληνίστηκε σε «μαγγάνιο»), με τη γερμανική του έκδοση να ήταν «mangen».^[3]

Χαρακτηριστικά

Φυσικές ιδιότητες

Το χημικά καθαρό μαγγάνιο, υπό κανονικές συνθήκες περιβάλλοντος (25°C, 1 atm), είναι αργυρόγκριζο μέταλλο που ομοιάζει στην όψη με το σίδηρο. Είναι σκληρό, δύστηκτο και πολύ εύθριπτο, αλλά εύκολο να οξειδωθεί.^[4] Τόσο το μεταλλικό μαγνήσιο, όσο και τα συνηθισμένα ιόντα του, είναι παραμαγνητικά.^[5] Το μαγγάνιο θαμπώνει αργά στον αέρα και οξειδώνεται (σκουριάζει), όπως και ο σίδηρος, όταν έρχεται για σημαντικό χρονικό διάστημα με νερό που περιέχει διαλυμένο οξυγόνο.

Ισότοπα

Το μαγγάνιο που βρίσκεται στη φύση αποπτελείται από ένα μόνο σταθερό ισότοπο, το ⁵⁵Mn. 18 ραδιοϊσότοπα του μαγγανίου έχουν απομονωθεί και περιγραφεί, με μαζικό αριθμό που κυμαίνεται από 46 ως 65. Τα σταθερότερα από αυτά είναι το ⁵³Mn, που έχει ημιζωή 3,7 εκατομμύρια έτη, το ⁵⁴Mn με ημιζωή 312,3 και το ⁵²Mn με ημιζωή 5.591. Όλα τα υπόλοιπα ραδιοϊσότοπα έχουν ημιζωές βραχύτερες από 3 ώρες, ενώ η πλειοψηφία τους έχει ημιζωή βραχύτερη από 1 λεπτό.

Ο κύριος τρόπος διάσπασης για τα ραδιοϊσότοπα του μαγγανίου που βρίσκονται (δηλαδή αυτά με μαζικό αριθμό μικρότερο του 55) πριν από το πιο άφθονο σταθερό ισότοπο ⁵⁵Mn, είναι η σύλληψη ηλεκτρονίου, ενώ για τα ραδιοϊσότοπα που βρίσκονται μετά από το ⁵⁵Mn (δηλαδή αυτά με μαζίκό αριθμό μεγαλύτερο του 55) είναι η β-διάσπαση.^[6] Επιπλέον, το μαγγάνιο έχει τρεις μετασταθείς καταστάσεις.^[6]

Το μαγγάνιο είναι τμήμα των χημικών στοιχείων της ομάδας του σιδήρου, που θεωρείται ότι συνθέτεται σε μεγάλα άστρα, λίγο πριν από μια έκρηξη υπερκαινοφανούς αστέρα. Το ⁵³Mn διασπάται σε ⁵³Cr με ημιζωή 3,7 εκατομμύρια έτη. Εξαιτίας της σχετικά μικρής ημιζωής του, το ⁵³Mn είναι σχετικά σπάνιο, αφού παράγεται με επίδραση κοσμικής ακτινοβολίας σε σίδηρο.^[7] Τα ισοτοπικά περιεχόμενα του μαγγανίου είναι τυπικά συνδυασμένα με ισοτοπικά περιεχόμενα του χρωμίου και βρίσκουν εφαρμογή στην ισοτοπική γεωλογία και στη ραδιομετρική χρονολόγηση. Η ισοτοπική αναλογία Mn-Cr ενισχύουν τιην ένδειξη από τα ισότοπα ²⁶Al και ¹⁰⁷Pd για την πρώημη ιστορία του ηλιακού συστήματος. Οι ποικιλίες των αναλογιών ισοτοπικών συγκεντρώσεων ⁵³Cr/⁵²Cr και Mn/Cr από διάφορους μετεωρίτες προτείνουν μια αρχική αναλογία ⁵³Mn/⁵⁵Mn, που δείχνει ότι η ισοτοπική σύνθεση Mn-Cr πρέπει να καταλήγει στην in situ ραδιενεργό διάσπαση του ⁵³Mn σε διαφορετικά πλανητικά σώματα. Έτσι, το ⁵³Mn παρέχει πρόσθετη ένδειξη για τη διεργασία πυρηνοσύνθεσης αμέσως μετά τη συνένωση του ηλιακού συστήματος.^[6]

Βαθμίδες οξείδωσης

Κρύσταλλοι διχλωριούχου μαγγανίου (MnCl₂) στο απαλό ροζ χρώμα των αλάτων του Mn^II, εξαιτίας της απαγορευμένης λόγω σπιν μετάπτωσης 3d.^[8]

Υδατικό διάλυμα υπερμαγγανικού καλίου που επιδεικνύει το βαθύ μωβ χρώμα του Mn^VII, όπως υπάρχει στα υπερμαγγανικά ιόντα (MnO₄⁻).

Οι ενώσεις του Mn^V είναι μπλε, ενώ οι ενώσεις του Mn^VI είναι πράσινες και είναι ισχυρά οξειδωτικά μέσα και ευάλωτες σε αντιδράσεις δυσαναλογοποίησης.

Η πιο σταθερή βαθμίδα οξείδωσης για το μαγγάνιο είναι η +2, που έχει απαλό ροζ χρώμα. Πολλές ενώσεις του Mn^II είναι γνωστές, όπως, για παράδειγμα, το θειικό μαγγάνιο (Mn SO₄) και το διχλωριούχο μαγγάνιο (MnCl₂). Σε αυτήν την οξειδωτική βαθμίδα βρίσκεται και το ορυκτό ροδοχρωσίτης, (κυρίως ανθρακικό μαγγάνιο, MnCO₃). Οι περισσότερες ενώσεις του Mn²⁺ βρίσκονται στη βασική τους κατάσταση σε υψηλό σπιν, συγκεκριμένα S = 5/2, εξαιτίας της υψηλής ενέργειας ζευγαρώματος του Mn^II. Ωστόσο, υπάρχουν λίγα παραδείγματα χαμηλού σπιν, με S = 1/2.^[9] Δεν υπάρχουν επιτρεπτές σπιν μεταπτώσεις d-d του Mn^II, εξηγώντας γιατί οι ενώσεις του Mn^II είναι τυπικά απαλόχρωμες προς άχρωμες. Οι πιο συνηθισμένες βαθμίδες οξείδωσης του μαγγανίου είναι +2, +3, +4, +6 και +7, παρόλο που έχουν παρατηρηθεί όλες οι βαθμίδες οξείδωσης από -3 ως +7. Τα ιόντα Mn²⁺ συχνά ανταγωνίζονται τα ιόντα Mg²⁺ σε βιολογικά συστήματα. Οι ενώσεις του μαγγανίου στην οξειδωτική βαθμίδα +7 είναι πολύ περιορισμένες στο ασταθές επτοξείδιο του μαγγανίου (Mn₂O₇), τις έντονα μωβ ενώσεις του υπερμαγγανικού ιόντος (MnO₄^–), καθώς και τα λίγα οξυαλογονίδια, συγκεκριμένα το τριοξυφθοριούχο μαγγάνιο (MnO₃F) και το τριοξυχλωριούχο μαγγάνιο (MnO₃Cl). Όλες αυτές οι ενώσεις του Mn^VII αποτελούν πανίσχυρα οξειδωτικά μέσα.^[4]

Παραδείγματα ενώσεων για τις διάφορες βαθμίδες οξείδωσης μαγγανίου^[10]
0	Δεκακαρβονυλοδιμαγγάνιο [Mn₂(CO)₁₀]
+1	Μεθυλοκυκλοπενταδιενυλοτρικαρβονυλομαγγάνιο [Mn(C₅H₄CH₃)(CO)₃]
+2	Διχλωριούχο μαγγάνιο (MnCl₂) Ανθρακικό μαγγάνιο (MnCO₃) Οξείδιο του μαγγανίου (MnO)
+3	Τριφθοριούχο μαγγάνιο (MnF₃) Τριοξικό μαγγάνιο [Mn₂OA_c)₃ Τριοξείδιο του μαγγανίου (Mn₂O₃)
+4	Διοξείδιο του μαγγανίου (MnO₂)
+5	Υπομαγγανικό κάλιο (K₃MnO₄)
+6	Μαγγανικό κάλιο (K₂MnO₄)
+7	Υπερμαγγανικό κάλιο (KMnO₄) Επτοξείδιο του μαγγανίου (Mn₂O₇)
Οι συνηθισμές οξειδωτικές βαθμίδες του μαγγανίου δηλώνονται με.έντονα ψηφία

Προέλευση

Το μαγγάνιο αποτελεί περίπου 1000 ppm (0,1%) της επιφάνειας της Γης, άρα είναι το δωδέκατο πιο συνηθισμένο στοιχείο στην επιφάνειά της. Το χώμα περιέχει 7 ως 9000 ppm μαγγανίου με μέσο όρο 440 ppm. Το θαλασσινό νερό περιέχει μόνο 10 ppm μαγγανίου και η ατμόσφαιρα περιέχει 0,01 μg/m3. Κυριότερα ορυκτά του μαγγανίου είναι ο μαγγανίτης, ο ροδοχρωσίτης, ο πυρολουσίτης και ο κρυπτομέλας.

Παραπομπές

↑ Meija, Juris; et al. (2016). "Atomic weights of the elements 2013 (IUPAC Technical Report)". Pure and Applied Chemistry. 88 (3): 265–91. doi:10.1515/pac-2015-0305
↑ Roth, Jerome· Ponzoni, Silvia· Aschner, Michael (2013). «Chapter 6 Manganese Homeostasis and Transport». Στο: Banci, Lucia. Metallomics and the Cell. Metal Ions in Life Sciences. 12. Springer. σελίδες 169–201. doi:10.1007/978-94-007-5561-1_6. ISBN 978-94-007-5560-4. PMID 23595673. electronic-book (ISBN 978-94-007-5561-1)
↑ Calvert, J. B. (24 Ιανουαρίου 2003). «Chromium and Manganese». Αρχειοθετήθηκε από το πρωτότυπο στις 31 Δεκεμβρίου 2016. Ανακτήθηκε στις 30 Απριλίου 2009.
↑ ^4,0 ^4,1 Holleman, Arnold F.· Wiberg, Egon· Wiberg, Nils (1985). «Mangan». Lehrbuch der Anorganischen Chemie (στα German) (91–100 έκδοση). Walter de Gruyter. σελίδες 1110–1117. ISBN 978-3-11-007511-3.
↑ Lide, David R. (2004). Magnetic susceptibility of the elements and inorganic compounds, in Handbook of Chemistry and Physics . CRC press. ISBN 978-0-8493-0485-9.
↑ ^6,0 ^6,1 ^6,2 G. Audi, O. Bersillon, J. Blachot, A.H. Wapstra. The NUBASE evaluation of nuclear and decayproperties. 2004. in2p3-00020241 http://adsabs.harvard.edu/abs/2003NuPhA.729....3A
↑ Schaefer, Jeorg; Faestermann, Thomas; Herzog, Gregory F.; Knie, Klaus; Korschinek, Gunther; Masarik, Jozef; Meier, Astrid; Poutivtsev, Michail και άλλοι. (2006). «Terrestrial manganese-53 – A new monitor of Earth surface processes». Earth and Planetary Science Letters 251 (3–4): 334–345. doi:10.1016/j.epsl.2006.09.016. Bibcode: 2006E&PSL.251..334S.
↑ «Ch. 20». Shriver and Atkins' Inorganic Chemistry. Oxford University Press. 2010. ISBN 978-0-19-923617-6.
↑ Saha, Amrita; Majumdar, Partha; Goswami, Sreebrata (2000). «Low-spin manganese(II) and cobalt(III) complexes of N-aryl-2-pyridylazophenylamines: new tridentate N,N,N-donors derived from cobalt mediated aromatic ring amination of 2-(phenylazo)pyridine. Crystal structure of a manganese(II) complex». Journal of the Chemical Society, Dalton Transactions (11): 1703–1708. doi:10.1039/a909769d.
↑ Schmidt, Max (1968). «VII. Nebengruppe». Anorganische Chemie II (στα German). Wissenschaftsverlag. σελίδες 100–109.

Εξωτερικοί σύνδεσμοι

Το Βικιλεξικό έχει σχετικό λήμμα:
μαγγάνιο

Τα Wikimedia Commons έχουν πολυμέσα σχετικά με το θέμα
Μαγγάνιο

International Manganese Institute (Αγγλικά)
NIOSH Manganese Topic Page (Αγγλικά)
Διατροφογνώστης

Αυτό το λήμμα σχετικά με ένα χημικό στοιχείο χρειάζεται επέκταση. Μπορείτε να βοηθήσετε την Βικιπαίδεια επεκτείνοντάς το.

[1] Meija, Juris; et al. (2016). "Atomic weights of the elements 2013 (IUPAC Technical Report)". Pure and Applied Chemistry. 88 (3): 265–91. doi:10.1515/pac-2015-0305

[2] Roth, Jerome· Ponzoni, Silvia· Aschner, Michael (2013). «Chapter 6 Manganese Homeostasis and Transport». Στο: Banci, Lucia. Metallomics and the Cell. Metal Ions in Life Sciences. 12. Springer. σελίδες 169–201. doi:10.1007/978-94-007-5561-1_6. ISBN 978-94-007-5560-4. PMID 23595673. electronic-book (ISBN 978-94-007-5561-1)

[3] Calvert, J. B. (24 Ιανουαρίου 2003). «Chromium and Manganese». Αρχειοθετήθηκε από το πρωτότυπο στις 31 Δεκεμβρίου 2016. Ανακτήθηκε στις 30 Απριλίου 2009.

[Holl-4] 4,0 ^4,1 Holleman, Arnold F.· Wiberg, Egon· Wiberg, Nils (1985). «Mangan». Lehrbuch der Anorganischen Chemie (στα German) (91–100 έκδοση). Walter de Gruyter. σελίδες 1110–1117. ISBN 978-3-11-007511-3.

[magnet-5] Lide, David R. (2004). Magnetic susceptibility of the elements and inorganic compounds, in Handbook of Chemistry and Physics . CRC press. ISBN 978-0-8493-0485-9.

[Audi-6] 6,0 ^6,1 ^6,2 G. Audi, O. Bersillon, J. Blachot, A.H. Wapstra. The NUBASE evaluation of nuclear and decayproperties. 2004. in2p3-00020241 http://adsabs.harvard.edu/abs/2003NuPhA.729....3A

[7] Schaefer, Jeorg; Faestermann, Thomas; Herzog, Gregory F.; Knie, Klaus; Korschinek, Gunther; Masarik, Jozef; Meier, Astrid; Poutivtsev, Michail και άλλοι. (2006). «Terrestrial manganese-53 – A new monitor of Earth surface processes». Earth and Planetary Science Letters 251 (3–4): 334–345. doi:10.1016/j.epsl.2006.09.016. Bibcode: 2006E&PSL.251..334S.

[8] «Ch. 20». Shriver and Atkins' Inorganic Chemistry. Oxford University Press. 2010. ISBN 978-0-19-923617-6.

[Saha_1703–1708-9] Saha, Amrita; Majumdar, Partha; Goswami, Sreebrata (2000). «Low-spin manganese(II) and cobalt(III) complexes of N-aryl-2-pyridylazophenylamines: new tridentate N,N,N-donors derived from cobalt mediated aromatic ring amination of 2-(phenylazo)pyridine. Crystal structure of a manganese(II) complex». Journal of the Chemical Society, Dalton Transactions (11): 1703–1708. doi:10.1039/a909769d.

[Schmidt2-10] Schmidt, Max (1968). «VII. Nebengruppe». Anorganische Chemie II (στα German). Wissenschaftsverlag. σελίδες 100–109.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

[10]