Manganese

Occorrenza, usi e proprietà

Il manganese combinato con altri elementi è ampiamente distribuito nella crosta terrestre. Il manganese è secondo solo al ferro tra gli elementi di transizione per abbondanza nella crosta terrestre; è approssimativamente simile al ferro nelle sue proprietà fisiche e chimiche ma è più duro e fragile. Si presenta in un certo numero di depositi sostanziali, di cui i minerali più importanti (che sono principalmente ossidi) consistono principalmente di biossido di manganese (MnO2) sotto forma di pirolusite, romanechite e batuffolo. Il manganese è essenziale per la crescita delle piante ed è coinvolto nell’assimilazione dei nitrati nelle piante verdi e nelle alghe. È un oligoelemento essenziale negli animali superiori, nei quali partecipa all’azione di molti enzimi. La mancanza di manganese causa l’atrofia dei testicoli. Un eccesso di questo elemento nelle piante e negli animali è tossico.

I minerali di manganese sono prodotti principalmente da Australia, Sud Africa, Cina, Gabon e Brasile. Grandi aree del fondo dell’oceano sono coperte da noduli di manganese, chiamati anche noduli polimetallici, concrezioni di manganese con un po’ di ferro, silicio e alluminio. Si stima che la quantità di manganese nei noduli sia molto superiore a quella delle riserve terrestri.

La maggior parte del manganese prodotto è usato sotto forma di leghe di ferromanganese e silicomanganese per la fabbricazione di ferro e acciaio. I minerali di manganese contenenti ossidi di ferro vengono prima ridotti in altiforni o forni elettrici con carbonio per produrre ferromanganese, che a sua volta viene utilizzato nella produzione di acciaio. L’aggiunta di manganese, che ha una maggiore affinità per lo zolfo rispetto al ferro, converte il solfuro di ferro a bassa fusione nell’acciaio in solfuro di manganese ad alta fusione. Prodotto senza manganese, l’acciaio si rompe quando viene laminato a caldo o forgiato. Gli acciai contengono generalmente meno dell’1% di manganese. L’acciaio al manganese è usato per un servizio molto robusto; contenendo l’11-14% di manganese, fornisce una superficie dura, resistente all’usura e auto-rinnovabile su un nucleo duro e infrangibile. Il manganese puro prodotto per via elettrolitica è usato soprattutto nella preparazione di leghe non ferrose di rame, alluminio, magnesio e nichel e nella produzione di prodotti chimici di alta purezza. Praticamente tutte le leghe commerciali di alluminio e magnesio contengono manganese per migliorare la resistenza alla corrosione e le proprietà meccaniche. Le lattine di alluminio contengono circa l’1,5% di manganese. (Per informazioni dettagliate sull’estrazione, la raffinazione e le applicazioni del manganese, vedi lavorazione del manganese.)

Tutto il manganese naturale è l’isotopo stabile manganese-55. Esiste in quattro modificazioni allotropiche; la complessa struttura cubica della cosiddetta fase alfa è la forma stabile a temperature ordinarie. Il manganese assomiglia un po’ al ferro nell’attività chimica generale. Il metallo si ossida superficialmente in aria e arrugginisce in aria umida. Brucia in aria o ossigeno a temperature elevate, come fa il ferro; decompone l’acqua lentamente quando è fredda e rapidamente al riscaldamento; e si dissolve facilmente in acidi minerali diluiti con evoluzione dell’idrogeno e la formazione di sali corrispondenti nello stato di ossidazione +2.

Il manganese è abbastanza elettropositivo, dissolvendosi molto facilmente in acidi diluiti non ossidanti. Sebbene sia relativamente non reattivo verso i non metalli a temperatura ambiente, reagisce con molti a temperature elevate. Così, il manganese brucia nel cloro per dare cloruro di manganese(II) (MnCl2), reagisce con il fluoro per dare fluoruro di manganese(II) (MnF2) e fluoruro di manganese(III) (MnF3), brucia in azoto a circa 1.200 °C (2.200 °F) per dare nitruro di manganese(II) (Mn3N2), e brucia in ossigeno per dare ossido di manganese(II,III) (Mn3O4). Il manganese si combina anche direttamente con boro, carbonio, zolfo, silicio o fosforo, ma non con l’idrogeno.