Mangaan

Occurrence, uses, and properties

Mangaan, gecombineerd met andere elementen, is wijd verspreid in de aardkorst. Mangaan is de tweede onder de overgangselementen ijzer in zijn overvloed in de aardkorst; het is ruwweg vergelijkbaar met ijzer in zijn fysieke en chemische eigenschappen, maar is harder en brosser. Het komt voor in een aantal aanzienlijke afzettingen, waarvan de belangrijkste ertsen (die hoofdzakelijk uit oxiden bestaan) hoofdzakelijk bestaan uit mangaandioxide (MnO2) in de vorm van pyrolusiet, romanechiet en wad. Mangaan is essentieel voor de plantengroei en speelt een rol bij de assimilatie van nitraten in groene planten en algen. Het is een essentieel sporenelement in hogere dieren, waar het deelneemt aan de werking van vele enzymen. Een tekort aan mangaan veroorzaakt atrofie van de teelballen. Een overmaat van dit element in planten en dieren is giftig.

Tomihahndorf

Mangaanertsen worden voornamelijk geproduceerd door Australië, Zuid-Afrika, China, Gabon, en Brazilië. Grote delen van de oceaanbodem zijn bedekt met mangaanknollen, ook wel polymetaalknollen genoemd, concreties van mangaan met wat ijzer, silicium, en aluminium. De hoeveelheid mangaan in de knollen is naar schatting veel groter dan die in de landreserves.

Het grootste deel van het geproduceerde mangaan wordt gebruikt in de vorm van ferromangaan- en silicomangaanlegeringen voor de vervaardiging van ijzer en staal. Mangaanertsen die ijzeroxiden bevatten, worden eerst gereduceerd in hoogovens of elektrische ovens met koolstof om ferromangaan te verkrijgen, dat op zijn beurt wordt gebruikt bij de vervaardiging van staal. Door toevoeging van mangaan, dat een grotere affiniteit voor zwavel heeft dan ijzer, wordt het ijzersulfide in staal, dat een laag smeltpunt heeft, omgezet in mangaansulfide, dat een hoog smeltpunt heeft. Zonder mangaan breekt staal bij het warmwalsen of smeden. Staal bevat over het algemeen minder dan 1 procent mangaan. Mangaanstaal wordt gebruikt voor zeer zware toepassingen; het bevat 11-14 procent mangaan en zorgt voor een hard, slijtvast en zelfvernieuwend oppervlak over een taaie, onbreekbare kern. Elektrolytisch vervaardigd zuiver mangaan wordt meestal gebruikt bij de bereiding van non-ferro legeringen van koper, aluminium, magnesium en nikkel en bij de productie van hoogzuivere chemicaliën. Vrijwel alle in de handel verkrijgbare legeringen van aluminium en magnesium bevatten mangaan om de corrosiebestendigheid en de mechanische eigenschappen te verbeteren. Aluminiumblikjes bevatten ongeveer 1,5 procent mangaan. (Voor gedetailleerde informatie over de winning, raffinage en toepassingen van mangaan, zie mangaanverwerking.)

Al het natuurlijke mangaan is de stabiele isotoop mangaan-55. Het bestaat in vier allotropische modificaties; de complexe kubische structuur van de zogenaamde alfa-fase is de vorm die stabiel is bij gewone temperaturen. Mangaan lijkt enigszins op ijzer in algemene chemische activiteit. Het metaal oxideert oppervlakkig in lucht en roest in vochtige lucht. Het verbrandt in lucht of zuurstof bij hoge temperaturen, net als ijzer; ontleedt water langzaam bij koude en snel bij verhitting; en lost gemakkelijk op in verdunde minerale zuren met waterstofevolutie en de vorming van de overeenkomstige zouten in de +2 oxidatietoestand.

Mangaan is vrij elektropositief, lost zeer gemakkelijk op in verdunde niet-oxiderende zuren. Hoewel het bij kamertemperatuur relatief weinig reactief is ten opzichte van niet-metalen, reageert het er bij hoge temperaturen mee. Zo verbrandt mangaan in chloor tot mangaan(II)chloride (MnCl2), reageert het met fluor tot mangaan(II)fluoride (MnF2) en mangaan(III)fluoride (MnF3), verbrandt het in stikstof bij ongeveer 1.200 °C tot mangaan(II)nitride (Mn3N2), en verbrandt het in zuurstof tot mangaan(II,III)oxide (Mn3O4). Mangaan verbindt zich ook direct met boor, koolstof, zwavel, silicium, of fosfor, maar niet met waterstof.