Mangán

Előfordulása, felhasználása és tulajdonságai

A mangán más elemekkel együtt széles körben elterjedt a földkéregben. A mangán az átmeneti elemek közül a második helyen áll a vas után, ami a földkéregben való előfordulását illeti; fizikai és kémiai tulajdonságait tekintve nagyjából hasonló a vashoz, de keményebb és törékenyebb. Számos jelentős lelőhelyen fordul elő, amelyek közül a legfontosabb ércek (amelyek főként oxidok) elsősorban mangán-dioxidból (MnO2) állnak piroluszit, romanechit és wad formájában. A mangán nélkülözhetetlen a növények növekedéséhez, és részt vesz a nitrátok asszimilációjában a zöld növényekben és az algákban. Elengedhetetlen nyomelem a magasabb rendű állatokban, amelyekben számos enzim működésében vesz részt. A mangán hiánya heresorvadást okoz. Az elem feleslege a növényekben és az állatokban mérgező.

A mangánérceket elsősorban Ausztrália, Dél-Afrika, Kína, Gabon és Brazília termeli. Az óceánfenék nagy területeit borítják mangángumók, más néven polimetálgumók, mangánból némi vasat, szilíciumot és alumíniumot tartalmazó konkréciók. A gócokban lévő mangán mennyisége becslések szerint sokkal nagyobb, mint a szárazföldi készleteké.

A termelt mangán nagy részét ferromangán és szilikomangán ötvözetek formájában használják fel a vas- és acélgyártásban. A vasoxidokat tartalmazó mangánérceket először kohókban vagy elektromos kemencékben szénnel redukálják, hogy ferromangánt nyerjenek, amelyet viszont az acélgyártásban használnak fel. A mangán hozzáadásával, amelynek nagyobb az affinitása a kénhez, mint a vasnak, az acélban lévő alacsony olvadékonyságú vasszulfidot magas olvadékonyságú mangánszulfiddá alakítják át. A mangán nélkül előállított acél melegen hengerelve vagy kovácsolva széttöredezik. Az acélok általában kevesebb mint 1 százalék mangánt tartalmaznak. A mangánacélt nagyon strapabíró felhasználásra használják; 11-14 százalék mangántartalma kemény, kopásálló és önmegújuló felületet biztosít egy kemény, törhetetlen mag felett. Az elektrolitikusan előállított tiszta mangánt főként réz, alumínium, magnézium és nikkel színesfémötvözetek előállítására, valamint nagy tisztaságú vegyi anyagok gyártására használják. Gyakorlatilag minden kereskedelmi forgalomban kapható alumínium- és magnéziumötvözet tartalmaz mangánt a korrózióállóság és a mechanikai tulajdonságok javítása érdekében. Az alumíniumdobozok körülbelül 1,5 százalék mangánt tartalmaznak. (A mangán kinyerésével, finomításával és alkalmazásával kapcsolatos részletes információkért lásd: mangánfeldolgozás.)

Minden természetes mangán a mangán-55 stabil izotópja. Négy allotróp módosulásban létezik; az úgynevezett alfa-fázis összetett köbös szerkezete a közönséges hőmérsékleten stabil forma. A mangán általános kémiai aktivitásában némileg hasonlít a vasra. A fém levegőn felületesen oxidálódik, nedves levegőn pedig rozsdásodik. Magas hőmérsékleten levegőn vagy oxigénben ég, akárcsak a vas; hidegen lassan, melegítéskor gyorsan bontja a vizet; híg ásványi savakban könnyen oldódik hidrogénfejlődéssel és a megfelelő sók képződésével a +2 oxidációs állapotban.

A mangán meglehetősen elektropozitív, híg, nem oxidáló savakban nagyon könnyen oldódik. Bár szobahőmérsékleten viszonylag nem reagál a nemfémekkel szemben, magas hőmérsékleten sokukkal reakcióba lép. Így a mangán klórral égve mangán(II)-kloridot (MnCl2) ad, fluorral reagálva mangán(II)-fluoridot (MnF2) és mangán(III)-fluoridot (MnF3) ad, nitrogénnel kb. 1200 °C-on égve mangán(II)-nitridet (Mn3N2) ad, oxigénnel égve pedig mangán(II,III)-oxidot (Mn3O4). A mangán bórral, szénnel, kénnel, szilíciummal vagy foszforral közvetlenül is egyesül, de hidrogénnel nem.