Mangaani

Esiintyminen, käyttö ja ominaisuudet

Mangaani yhdessä muiden alkuaineiden kanssa on laajalti levinnyt maankuoreen. Mangaani on maankuoressa esiintyvyydeltään siirtymäalkuaineista raudan jälkeen toiseksi yleisin; se on fysikaalisilta ja kemiallisilta ominaisuuksiltaan suunnilleen samanlainen kuin rauta, mutta se on kovempaa ja hauraampaa. Sitä esiintyy useissa merkittävissä esiintymissä, joista tärkeimmät malmit (jotka ovat pääasiassa oksideja) koostuvat pääasiassa mangaanidioksidista (MnO2) pyrolusiitin, romanechiitin ja wadin muodossa. Mangaani on välttämätöntä kasvien kasvulle, ja se osallistuu nitraattien assimilaatioon viherkasveissa ja levissä. Se on välttämätön hivenaine korkeammissa eläimissä, joissa se osallistuu monien entsyymien toimintaan. Mangaanin puute aiheuttaa kivesten surkastumista. Tämän alkuaineen ylimäärä kasveissa ja eläimissä on myrkyllistä.

Mangaanimalmeja tuotetaan pääasiassa Australiassa, Etelä-Afrikassa, Kiinassa, Gabonissa ja Brasiliassa. Suuria alueita merenpohjaa peittävät mangaanikondulit, joita kutsutaan myös nimellä polymetallikondulit, mangaanin sekä jonkin verran rautaa, piitä ja alumiinia sisältäviä kiteytymiä. Kyhmyjen sisältämän mangaanin määrän arvioidaan olevan paljon suurempi kuin maavarojen.

Valtaosa tuotetusta mangaanista käytetään rautaa ja terästä valmistettaessa ferromangaani- ja silikomangaaniseoksina. Rautaoksideja sisältävät mangaanimalmit pelkistetään ensin masuunissa tai sähköuunissa hiilen kanssa, jolloin saadaan ferromangaania, jota puolestaan käytetään teräksenvalmistuksessa. Mangaanin lisääminen, jolla on suurempi affiniteetti rikkiin kuin raudalla, muuttaa teräksen heikosti sulavan rautasulfidin korkeasti sulavaksi mangaanisulfidiksi. Ilman mangaania valmistettu teräs hajoaa, kun sitä kuumavalssataan tai taotaan. Teräkset sisältävät yleensä alle 1 prosenttia mangaania. Mangaaniterästä käytetään erittäin kestäviin käyttökohteisiin; se sisältää 11-14 prosenttia mangaania ja muodostaa kovan, kulutusta kestävän ja itsestään uusiutuvan pinnan sitkeän, murtumattoman ytimen päälle. Puhdasta, elektrolyyttisesti tuotettua mangaania käytetään pääasiassa kuparin, alumiinin, magnesiumin ja nikkelin värimetalliseosten valmistuksessa sekä erittäin puhtaiden kemikaalien tuotannossa. Käytännössä kaikki kaupalliset alumiini- ja magnesiumseokset sisältävät mangaania korroosionkestävyyden ja mekaanisten ominaisuuksien parantamiseksi. Alumiinitölkit sisältävät noin 1,5 prosenttia mangaania. (Yksityiskohtaista tietoa mangaanin louhinnasta, jalostuksesta ja käyttökohteista on kohdassa mangaanin jalostus.)

Kaikki luonnollinen mangaani on stabiili isotooppi mangaani-55. Sitä esiintyy neljänä allotrooppisena muunnoksena; ns. alfa-faasin monimutkainen kuutiorakenne on tavanomaisissa lämpötiloissa stabiili muoto. Mangaani muistuttaa jonkin verran rautaa yleiseltä kemialliselta aktiivisuudeltaan. Metalli hapettuu pinnallisesti ilmassa ja ruostuu kosteassa ilmassa. Se palaa ilmassa tai hapessa korkeissa lämpötiloissa, kuten rauta; se hajottaa vettä hitaasti kylmänä ja nopeasti kuumennettaessa; ja se liukenee helposti laimeisiin mineraalihappoihin, jolloin vety kehittyy ja muodostuu vastaavia suoloja hapetusasteessa +2.

Mangaani on melko sähköpositiivinen, ja se liukenee hyvin helposti laimeisiin hapettumattomiin happoihin. Vaikka se on huoneenlämmössä suhteellisen reagoimaton epämetalleihin nähden, se reagoi monien metallien kanssa korotetuissa lämpötiloissa. Niinpä mangaani palaa kloorissa mangaani(II)kloridiksi (MnCl2), reagoi fluorin kanssa mangaani(II)fluoridiksi (MnF2) ja mangaani(III)fluoridiksi (MnF3), palaa typessä noin 1200 °C:ssa mangaani(II)nitridiksi (Mn3N2) ja palaa hapessa mangaani(II,III)oksidiksi (Mn3O4). Mangaani yhdistyy myös suoraan boorin, hiilen, rikin, piin tai fosforin kanssa, mutta ei vedyn kanssa.