Manganès

Manganès
25Mn
crom ← manganès → ferro - ↑ Mn ↓ Tc Taula periòdica
Aspecte
Metàl·lic platejat
Propietats generals
Nom, símbol, nombre	Manganès, Mn, 25
Categoria d'elements	Metalls de transició
Grup, període, bloc	7, 4, d
Pes atòmic estàndard	54,938045(5)
Configuració electrònica	[Ar] 4s2 3d5 2, 8, 13, 2
Propietats físiques
Fase	Sòlid
Densitat (prop de la t. a.)	7,21 g·cm−3
Densitat del líquid en el p. f.	5,95 g·cm−3
Punt de fusió	1.519 K, 1.246 °C
Punt d'ebullició	2.334 K, 2.061 °C
Entalpia de fusió	12,91 kJ·mol−1
Entalpia de vaporització	221 kJ·mol−1
Capacitat calorífica molar	26,32 J·mol−1·K−1
Pressió de vapor
P (Pa) 1 10 100 1 k 10 k 100 k a T (K) 1.228 1.347 1.493 1.691 1.955 2.333
Propietats atòmiques
Estats d'oxidació	7, 6, 5, 4, 3, 2, 1, -1, -2, -3 (òxid àcid, bàsic o amfòter, depenent de l'estat d'oxidació)
Electronegativitat	1,55 (escala de Pauling)
Energies d'ionització (més)	1a: 717,3 kJ·mol−1
	2a: 1.509,0 kJ·mol−1
	3a: 3.248 kJ·mol−1
Radi atòmic	127 pm
Radi covalent	139±5 (espín baix). 161±8 (espín alt) pm
Miscel·lània
Estructura cristal·lina	Cúbica centrada en la cara
Ordenació magnètica	Paramagnètic
Resistivitat elèctrica	(20 °C) 1,44 µΩ·m
Conductivitat tèrmica	7,81 W·m−1·K−1
Dilatació tèrmica	(25 °C) 21,7 µm·m−1·K−1
Velocitat del so (barra prima)	(20 °C) 5.150 m·s−1
Mòdul d'elasticitat	198 GPa
Mòdul de compressibilitat	120 GPa
Duresa de Mohs	6,0
Duresa de Brinell	196 MPa
Nombre CAS	7439-96-5
Isòtops més estables
Article principal: Isòtops del manganès
Iso AN Semivida MD ED (MeV) PD 52Mn sin 5,591 d ε - 52Cr β+ 0,575 52Cr γ 0,7 0,9 1,4 - 53Mn traça 3,74 ×106 a ε - 53Cr 54Mn sin 312,3 d ε 1,377 54Cr γ 0,834 - 55Mn 100% 55Mn és estable amb 30 neutrons

El manganès o manganés és un element químic de nombre atòmic 25 situat en el grup 7 de la taula periòdica dels elements i se simbolitza com Mn.

Característiques principals

El manganès és un metall de transició blanc grisenc, semblant al ferro. És un metall dur i molt fràgil, refractari i fàcilment oxidable. El manganès metall pot ser ferromagnètic, però només després de patir un tractament especial.

Els seus estats d'oxidació més comuns són +2, +3, +4, +6 i +7, encara que s'han trobat des de +1 a +7; els compostos en els que el manganès presenta estat d'oxidació +7 són agents oxidants molt enèrgics. Dins dels sistemes biològics, el catió Mn⁺² competix sovint amb el Mg⁺². S'empra sobretot aliat amb ferro en acers i en altres aliatges.

Aplicacions

• És important per a la fabricació d'acers. El manganès reacciona amb el sofre present formant sulfur de manganès (MnS), evitant que el sofre reaccioni amb el ferro (augmentant la fragilitat i sent més difícil de forjar); també l'excés pot reaccionar amb el carboni donant carburs de manganès, millorant les propietats mecàniques de l'acer. A més, el manganès té propietats desoxidants i evita la formació de bombolles.
• La major part del manganès s'empra per a obtenir ferromanganès (conté un 80% en Mn). Aquest aliatge de manganès i ferro s'obté per reducció del triòxid de diferro (Fe₂O₃), i el diòxid de manganès, (MnO₂).
• També s'empra en el silicomanganès, un aliatge amb un 60-70% en manganès i un 15-30% en silici.
• Pot estar present en altres aliatges, per exemple amb alumini.
• El diòxid de manganès, MnO₂, s'utilitza com a despolaritzador en piles seques, anomenades també piles tipus Leclanché o de zinc/carboni (Zn/C). També es troba en les piles alcalines o de zinc/diòxid de manganès (Zn/MnO₂).
• El MnO₂ també s'empra en l'obtenció de pintures i en la descoloració del vidre.

Història

Mineral de manganita

S'ha trobat diòxid de manganès, MnO₂, en pintures rupestres (donant un color negre). També s'han utilitzat al llarg de la història, per exemple pels egipcis i els romans, compostos de manganès per a decolorar el vidre o bé donar-li color. Així mateix s'ha trobat manganès en la menes de ferro utilitzades pels espartans, i es pensa que tal vegada sigui a causa d'això l'especial duresa dels seus acers.

En el segle XVII, el químic alemany Glauber, va produir per primera vegada permanganat potàssic (KMnO₄), un reactiu de laboratori força utilitzat per les seves propietats oxidants. A mitjan segle XVIII, el diòxid de manganès es va emprar per a la producció de clor. El químic suec Scheele va ser el primer que va descobrir que el manganès era un element, però va ser J. G. Gahn qui el va aïllar per reducció del diòxid amb carboni.

A principis del segle XIX es va començar a provar el manganès en aliatges d'acer. El 1816 es va comprovar que enduria l'acer, sense fer-lo més fràgil.

Rol biològic

El manganès és un oligoelement; és considerat un element químic essencial per a totes les formes de vida.

S'ha comprovat que el manganès té un paper tant estructural com enzimàtic. Està present en diferents enzims, destacant la superòxid dismutasa de manganès (Mn-SOD), que catalitza la dismutació de superòxids, O₂^-; la Mn-catalasa, que catalitza la dismutació de peròxid, H₂O₂; així com en la concavanila A (de la família de les lecitines), on el manganès té un paper estructural.

En humans, el manganès s'absorbeix en l'intestí prim, acabant la major part en el fetge, d'on es reparteix a diferents parts de l'organisme.

Abundància i obtenció

Mena de manganès

És el dotzè metall més abundant en l'escorça terrestre, per darrere del ferro, i està àmpliament distribuït.

Es troba en centenars de minerals, encara que només una dotzena té interés industrial. Destaquen: pirolusita (MnO₂), psilomelana (MnO₂·H₂O), manganita (MnO(OH)), braunita (3Mn₂O₃·MnSiO₃), rodonita (MnSiO₃), rodocrosita (MnCO₃), hübnerita (MnWO₄), etc. També s'ha trobat en nòduls marins, on el contingut en manganès oscil·la entre un 15 i un 30%, i d'on seria possible extraure'l.

Els països amb majors jaciments de minerals de manganès són Sud-àfrica, Ucraïna i Xina.

El metall s'obté per reducció dels òxids amb alumini, i el ferromanganès s'obté també reduint els òxids de ferro i manganès amb carboni.

Compostos

El permanganat de potassi, KMnO₄, és un reactiu de laboratori molt comú a causa de les seues propietats oxidants.

El diòxid de manganès, MnO₂ s'empra com a despolaritzador en piles seques. També es pot usar per a decolorar vidre que presenta color verd a causa de la presència de traces de ferro. Aquest òxid també s'empra per a donar color ametista al vidre, i és responsable del color de l'ametista (una varietat del quars). A més, s'utilitza en la producció de clor i oxigen.

Isòtops

El manganès natural conté només 1 isòtop; Mn-55. 18 radioisòtops han estat caracteritzats, sent el Mn-53 el més estable amb un període de semidesintegració de 3.7 milions d'anys, Mn-54 amb un període de 312.3 dies, i Mn-52 de 5.591 dies. La resta d'isòtops radioactius, tenen períodes inferiors a les 3 hores i la majoria d'aquests inferiors a 1 minut. Aquest element també té 3 metaestats.

El manganès està inclòs dins el grup d'elements del ferro, que es creu que són sintetitzats dins de gran estrelles poc abans de la seva explosió en forma de supernoves. El Manganès-53 es desintegra en ⁵³Cr amb un període de semidesintegració de 3.7 milions d'anys. A causa d'aquest període relativament curt, ⁵³Mn és un radionúclid extingit. El contingut isotòpic del manganès es combina típicament amb contingut isotòpic del crom, i ha trobat aplicació en la geologia d'isòtops. Variacions en la proporció ⁵³Cr/⁵²Cr i Mn/Cr des d'uns quants meteorits indiquen una proporció de ⁵³Mn/⁵⁵Mn inicial, que suggereix que la relació isotòpica de Mn-Cr hagi resultat de la desintegració in situ del ⁵³Mn en cossos planetaris diferenciats. Per això el ⁵³Mn proporciona evidències addicionals per als processos nucleosintètics immediatament abans de la coalescència del Sistema Solar.

El pes atòmic dels isòtops de manganès, varien des de les 46 uma (Mn-46) a 65 uma (Mn-65). El principal mode de desintegració dels isòtops fins a l'isòtop estable més abundant, Mn-55, és la captura electrònica i el mode principal dels isòtops més grans és la desintegració beta.

Precaucions

El manganès és un element químic essencial, sent necessària una aportació d'entre 1 a 5 mg per dia, quantitat que s'aconsegueix a través dels aliments.

El manganès en excés és tòxic. Exposicions prolongades a compostos de manganès, de forma inhalada o oral, poden provocar efectes adversos en el sistema nerviós, sistema respiratori, i altres.

El permanganat potàssic, KMnO₄, és corrosiu.

Enllaços externs

• webelements.com - Manganès (anglès)
• environmentalchemistry.com - Manganès (anglès)
• International Manganese Institute (anglès)