Mangan

Występowanie, zastosowania i właściwości

Mangan w połączeniu z innymi pierwiastkami jest szeroko rozpowszechniony w skorupie ziemskiej. Mangan zajmuje drugie miejsce po żelazie wśród pierwiastków przejściowych pod względem liczebności w skorupie ziemskiej; pod względem właściwości fizycznych i chemicznych jest w przybliżeniu podobny do żelaza, ale jest twardszy i bardziej kruchy. Występuje w wielu znaczących złożach, z których najważniejsze rudy (będące głównie tlenkami) składają się przede wszystkim z dwutlenku manganu (MnO2) w postaci piroluzytu, romanechitu i waty. Mangan jest niezbędny do wzrostu roślin i bierze udział w asymilacji azotanów w roślinach zielonych i algach. Jest niezbędnym pierwiastkiem śladowym u zwierząt wyższych, u których bierze udział w działaniu wielu enzymów. Niedobór manganu powoduje zanik jąder. Nadmiar tego pierwiastka u roślin i zwierząt jest toksyczny.

Rudy manganu wydobywane są głównie w Australii, RPA, Chinach, Gabonie i Brazylii. Duże obszary dna oceanicznego pokryte są konkrecjami manganowymi, zwanymi też polimetalicznymi, konkrecjami manganu z domieszką żelaza, krzemu i aluminium. Szacuje się, że ilość manganu w konkrecjach jest znacznie większa niż w rezerwach lądowych.

Większość produkowanego manganu jest wykorzystywana w postaci stopów ferromanganu i krzemomanganu do produkcji żelaza i stali. Rudy manganu zawierające tlenki żelaza są najpierw redukowane w wielkich piecach lub piecach elektrycznych z węglem w celu uzyskania ferromanganu, który z kolei jest wykorzystywany do produkcji stali. Dodanie manganu, który ma większe powinowactwo do siarki niż żelazo, przekształca niskotopliwy siarczek żelaza w stali w wysokotopliwy siarczek manganu. Stal produkowana bez manganu rozpada się podczas walcowania na gorąco lub kucia. Stale zawierają zazwyczaj mniej niż 1 procent manganu. Stal manganowa jest używana do bardzo wytrzymałych zastosowań; zawiera 11-14% manganu, co zapewnia twardą, odporną na zużycie i samoodnawialną powierzchnię na twardym, niełamliwym rdzeniu. Czysty mangan produkowany elektrolitycznie jest używany głównie w przygotowaniu nieżelaznych stopów miedzi, aluminium, magnezu i niklu oraz w produkcji chemikaliów o wysokiej czystości. Praktycznie wszystkie komercyjne stopy aluminium i magnezu zawierają mangan w celu poprawy odporności na korozję i właściwości mechanicznych. Puszki aluminiowe zawierają około 1,5 procent manganu. (Aby uzyskać szczegółowe informacje na temat wydobycia, rafinacji i zastosowań manganu, zobacz przetwarzanie manganu.)

Wszystkie naturalne manganowce to stabilny izotop manganu-55. Występuje on w czterech modyfikacjach alotropowych; złożona struktura kubiczna tzw. fazy alfa jest formą stabilną w zwykłych temperaturach. Mangan jest nieco podobny do żelaza w ogólnej aktywności chemicznej. Metal utlenia się powierzchownie w powietrzu i rdzewieje w wilgotnym powietrzu. Pali się w powietrzu lub tlenu w podwyższonej temperaturze, podobnie jak żelazo, rozkłada wodę powoli, gdy zimno i szybko na ciepło, i rozpuszcza się łatwo w rozcieńczonych kwasów mineralnych z ewolucją wodoru i tworzenie odpowiednich soli w +2 oxidation state.

Mangan jest dość electropositive, rozpuszczając się bardzo łatwo w rozcieńczonych kwasów nie utleniających. Chociaż stosunkowo niereaktywne w kierunku niemetali w temperaturze pokojowej, reaguje z wielu w podwyższonych temperaturach. Tak więc, mangan spala się w chlorze dając chlorek manganu(II) (MnCl2), reaguje z fluorem dając fluorek manganu(II) (MnF2) i fluorek manganu(III) (MnF3), spala się w azocie w temperaturze około 1200 °C (2200 °F) dając azotek manganu(II) (Mn3N2) i spala się w tlenie dając tlenek manganu(II,III) (Mn3O4). Mangan łączy się również bezpośrednio z borem, węglem, siarką, krzemem lub fosforem, ale nie z wodorem.

.