Mangan

Cr - Mn - Fe   Mn Tc       Układ okresowy
Dane ogólne
Nazwa, symbol, l.a.*	Mangan, Mn, 25
Własności metaliczne	metal przejściowy
Grupa, okres, blok	7 (VIIB), 4, d
Gęstość, twardość	7470 kg/m3, 6
Wygląd
Kolor	srebrzystoszary o niebieskawym połysku
Własności atomowe
Masa atomowa	54,938049 u
Promień atomowy (obl.)	140 (161) pm
Promień kowalencyjny	139 pm
Promień van der Waalsa	91 pm (Mn2+) 52 pm (Mn4+) 46 pm (Mn7+)
Konfiguracja elektronowa	[Ar]3d54s²
e- na poziom energetyczny	2, 8, 13, 2
Stopień utlenienia	7, 6, 4, 2, 3
Własności kwasowe tlenków	kwasowe, amfoteryczne lub zasadowe w zależności od stopnia utlenienia
Struktura krystaliczna	regularna przestrzennie centrowana
Własności fizyczne
Stan skupienia	stały
Temperatura topnienia	1517 K (1244 °C)
Temperatura wrzenia	2235 K (1962°C)
Objętość molowa	7,35×10-6 m³/mol
Ciepło parowania	226 kJ/mol
Ciepło topnienia	12,05 kJ/mol
Ciśnienie pary nasyconej	121 Pa (1517 K)
Prędkość dźwięku	5150 m/s (293,15 K)
Pozostałe dane
Elektroujemność	1,55 (Pauling) 1,60 (Allred)
Ciepło właściwe	480 J/(kg*K)
Przewodność właściwa	0,695×106 S/m
Przewodność cieplna	7,82 W/(m*K)
I Potencjał jonizacyjny	717,3 kJ/mol
II Potencjał jonizacyjny	1509 kJ/mol
III Potencjał jonizacyjny	3248 kJ/mol
IV Potencjał jonizacyjny	4940 kJ/mol
V Potencjał jonizacyjny	6990 kJ/mol
VI Potencjał jonizacyjny	9220 kJ/mol
VII Potencjał jonizacyjny	11500 kJ/mol
Przekrój czynny na pochł. neutronów termicznych	13 b/atom
Najbardziej stabilne izotopy*
izotop wyst. o.p.r s.r. e.r. MeV p.r. 52Mn {syn.} 5,591 dni w.e. 4,712 52Cr 53Mn {syn.} 3,74×106 lat w.e. 0,597 53Cr 54Mn {syn.} 312,3 dni w.e. 1,377 54Cr 55Mn 100% stabilny izotop z 30 neutronami 56Mn {syn.} 2,579 godz. β- 3,696 56Fe
Tam, gdzie nie jest zaznaczone inaczej, użyte są jednostki SI i warunki normalne.
*Wyjaśnienie skrótów: l.a.=liczba atomowa wyst.=występowanie w przyrodzie, o.p.r.=okres połowicznego rozpadu, s.r.=sposób rozpadu, e.r.=energia rozpadu, p.r.=produkt rozpadu, w.e.=wychwyt elektronu

Mangan (Mn, łac. manganium) to 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. Posiada 5 różnych stopni utleniania (od I do VII), z czego trwałe są tylko 3 (II, IV, VII).

Spis treści 1 Właściwości chemiczne i fizyczne 2 Odmiany alotropowe 3 Odkrycie 4 Występowanie w skorupie ziemskiej 5 Sztuczne radioizotopy 6 Otrzymywanie 7 Wartościowość manganu, a charakter kwasowo - zasadowy w tlenkach 8 Znaczenie biologiczne 9 Przykłady związków manganu

[edytuj] Właściwości chemiczne i fizyczne

Metaliczny mangan jest twardym, srebrzystym i kruchym materiałem. Jest bardzo reaktywny, zapala się w powietrzu i reaguje z wodą tworząc wodorotlenek. Jego własności są zbliżone do metali alkalicznych. Wraz ze wzorstem wartościowości we związkach rośnie charakter kwasowy. Jest pierwiastkiem rozciągliwym. Mangan jest masowo stosowanym dodatkiem do stali obniżając jej temperaturę topnienia i poprawiając własności mechaniczne. Posiada własności paramagnetyczne.

[edytuj] 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°: odmiana γ - dość miękka , łatwo poddaje się obróce mechanicznej
• powyżej 1143°: odmiana δ

[edytuj] 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

[edytuj] 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.

[edytuj] Sztuczne radioizotopy

Do najważniejszych sztucznych radioizotopów należą:

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

Są one stosowane jako wskaźniki promieniotwórcze.

[edytuj] Otrzymywanie

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

Mn₃O₄ + 8Al → 4Al₂O₃ + 9Mn

[edytuj] Wartościowość manganu, a charakter kwasowo - zasadowy w tlenkach

Mangan tworzy tlenki na różnych stopniach utlenienia, właściwości kwasowe tlenku rosną wraz ze wzrostem stopnia utlenienia. Tlenek manganu ma trwałe związki na II, IV i VII stopniu utleniania, więc może występować jako:

• MnO tlenek manganu(II)
• MnO₂ tlenek manganu(IV)
• Mn₂O₇ tlenek manganu(VII)

MnO tworzy zasadę:

MnO + H₂O → Mn(OH)₂

Mangan występuje tutaj jako jon Mn²⁺. Jest reduktorem.

MnO₂ jest amfoteryczny i nie reaguje z wodą, lecz z mocnymi kwasami i mocnymi zasadami.

MnO₂ + 4KOH + 2H₂O → K₄[Mn(OH)₈]

MnO₂ + H₂SO₄ → MnSO₄ + H₂O

W tych związkach mangan występuje jako MnO₃^2-.

Mn₂O₇ tworzy kwas:

2Mn₂O₇ + H₂O → 2HMnO₄

Tutaj jako MnO₄^-. Jest utleniaczem

[edytuj] 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 ilosciach sole manganu są toksyczne.

Nadmiar moze również sprzyjać rozwojowi demencji, schizofrenii oraz poglebiac chorobe Parkinsona. Niedobor zaś powoduje opóźnienie w rozwoju fizycznym.

Źródła: czarna herbata, orzechy

[edytuj] Przykłady związków manganu

Związki manganu na stopniu utlenienia II:

• Tlenek manganu(II)
• Wodorotlenek manganu(II)
• Chlorek manganu(II)
• Siarczan(VI) manganu(II)
• Heksacyjanomanganian(II) potasu

Związki manganu na stopniu utlenienia III:

• Tlenek manganu(III)
• Siarczan(VI) manganu(III)

Związki manganu na stopniu utlenienia IV:

• Tlenek manganu(IV)

Związki manganu na stopniu utlenienia V:

• Manganian(V) sodu

Związki manganu na stopniu utlenienia VI i VII:

• Manganian(VI) potasu
• Manganian(VII) potasu (nadmanganian potasu)
• Kwas manganowy(VII)