Mangán

Tlak pary
Mangán; (manganum)
	chróm ← mangán → železo
	Periodická tabuľka
	4. perióda, 7. skupina, blok d
	prechodné prvky, kovy
Vzhľad
	strieborný kov
Atómové vlastnosti
Atómová hmotnosť	54,938045 g·mol−1
Elektrónová konfigurácia	[Ar] 3d5 4s2
Atómový polomer	127 pm
Kovalentný polomer	139 pm
Kovový polomer	127 pm
Iónový polomer; pre: Mn2+	80 pm
Chemické vlastnosti
Elektronegativita	1,55 (podľa Paulinga)
Ionizačná energia(e)	1: 717,3 kJ.mol−1; 2: 1 509,0 kJ.mol−1; 3: 3 245 kJ.mol−1; 4: 5 200 kJ.mol−1
Oxidačné číslo(a)	II, III, IV, V, VI, VII
Št. potenciál; (Mn2+/Mn)	−1,18 V
Fyzikálne vlastnosti (za norm. podmienok)
Skupenstvo	pevné
Hustota	7,21 kg·dm−3
Hustota kvapaliny; (pri 1 519 K)	5,95 kg·dm−3
Teplota topenia	1 519 K (1 245,85 °C)
Teplota varu	2 334 K (2 060,85 °C)
Sk. teplo topenia	12,91 kJ·mol−1
Sk. teplo varu	221 kJ·mol−1
Tepelná kapacita	26,32 J·mol−1·K−1
Iné
Kryštálová sústava	kubická, priestorovo centrovaná
Magnetizmus	paramagnetický
Elektrický odpor	1,44 nΩ·m
Tep. vodivosť	7,81 W·m−1·K−1
Tep. rozťažnosť	21,7 µm·m−1·K−1
Rýchl. zvuku	5 150 m·s−1
Youngov modul	198 GPa
Pružnosť v šmyku	120 GPa
Tvrdosť (Mohs)	6,0
Tvrdosť (Brinell)	196 MPa
Reg. číslo CAS	7439-96-5
Legovacie vlastnosti pre oceľ
Mechanické vlastnosti
Tvrdosť	zlepšuje pre perlitické ocele, veľmi zhoršuje pri austenitických oceliach
Pevnosť	zvyšuje
Medza elasticity	zvyšuje (perlitické ocele), mierne znižuje pri austenitických oceliach
Tepelná roztažnosť	značne zvyšuje (austenitické ocele)
Zoškrtenie	nemení
Prierazuvzdornosť	nemení alebo len slabo (pozri dodatok)
Elasticita	zlepšuje pre perlitické ocele, inak nemení
Žiarupevnosť	výrazne nemení
Ochladzovanie	výrazne zrýchľuje (hlavne pre austenitické ocele)
Oteruvzdornosť	výrazné zhoršenie pre perlitické ocele
Kujnosť	výrazné zhoršenie pre austenitické ocele (pre perlitické ocele naproti tomu mierne zlepšenie)
Obrábatelnosť	výrazné zhoršenie
Magnetické vlastnosti
	Dodatky
	Užitočný prvok. Deoxiduje a viaže síru vo forme sulfidov, ktoré samy o sebe zhoršujú niektoré vlastnosti železa. Vylepšuje zakaliteľnosť z dôvodu spomalenia kritického ochladzovania (netreba tak prudko ochladiť). 4 % – 12 %: Medzi týmito hodnotami sa aj pri pomalom ochladení vytvárajú krehké martenzitové štruktúry. Pre túto vlastnosť sa tento rozsah nepoužíva.; 12 % – 18 % : Rozširujú gama oblasť, tzn. môžu byť austenitické pri väčšom obsahu uhlíka. Pri studenom valcovaní teda môžeme dosiahnuť veľmi tvrdý povrch, kým jadro ostane veľmi pevné. Toto logicky zvyšuje prierazuvzdornosť (niektoré druhy pancierov).; 18 % a viac : magnetizovateľnosť je skoro nulová aj pri viacnásobnom studenom valcovaní. Lámavosť aj pre nízke teploty je oveľa menšia.;
Izotop(y) (vybrané)
Commons ponúka multimediálny obsah na tému mangán.
	Chemický portál

Mangán manganum je chemický prvok v periodickej tabuľke prvkov, ktorý má značku Mn a protónové číslo 25. Mangán je sivobiely, tvrdý a veľmi krehký ťažký kov, v niektorých vlastnostiach podobný železu. Niektoré pramene spomínajú úplne bezuhlíkatý mangán ako duktilný.

Mangán sa vyskytuje najmä v oxidačných stupňoch (zlúčeninách ako) +2, +3, +4 a +7. Existujú však aj -3, -2, -1, 0, +1, +5 a +6. V biologických sústavách konkuruje Mn²⁺ s Mg⁺². Mn⁺⁷ je často používaný a silný oxidant. Mangán je relatívne nestály. Reaguje s vodou za tvorby vodíka. Rozpúšťa sa aj v zriedených neoxidačných kyselinách. Za tepla reaguje s bórom, uhlíkom, kremíkom, dusíkom, fosforom, kyslíkom, sírou a halogénmi. S vodíkom nereaguje mangán za tvorby hydridu. Na vzduchu je mangán prostredníctvom tvorby oxidového filmu (ochrannej vrstvy) stály.

Použitie

Mangán sa pre svoju vysokú afinitu (zlučovaciu schopnosť) so sírou a kyslíkom, ako aj skutočnosti, že vylepšuje materiálové vlastnosti, používa v kovospracujúcom priemysle. Zhruba 90 % až 95 % vyrobeného mangánu príp. feromangánu ide do výroby železa, ocele (pozri Legovanie) a špeciálnych materiálov:

deoxidácia a odsírenie železa a ocele,
cenovo výhodná náhrada niklu v antikorových ušľachtilých oceliach,
silná pevnostná legúra (zliatinový prísadový prvok) v oceliach,
zliatiny medi a mangánu (a niklu) napr. manganín pre tepelne stabilné rezistory, bočníky
zliatiny hliníka a mangánu,
zliatiny na zvýšenie teplotnej rozťažnosti s extrémne vysokým koeficientom rozťažnosti, napr. aktívne spínače z bimetalických pásikov.

Oxid manganičitý slúži ako oxidant v suchých batériách.

Dopyt po mangáne v nasledujúcich rokoch klesať nebude, lebo nie sú známe nijaké ekonomicky výhodné náhrady.

Zlúčeniny mangánu

V zlúčeninách sa mangán vyskytuje najčastejšie ako dvoj-, štvor-, päť- a sedemmocný, ale vyskytuje sa aj ako jedno-, troj- a šesťmocný. Zo zlúčenín sú najznámejšie oxidy, hydroxidy, mangánany, manganistany a soli mangánaté.

oxid mangánatý MnO, zelená, vo vode nerozpustná látka, zásaditého charakteru. S kyselinami dáva soli mangánaté.
oxid manganitý Mn₂0₃, čierna kryštalická látka zásaditej povahy, vzniká zahrievaním (530-940 °C) oxidu manganičitého na vzduchu. S kyselinami (v závislosti od podmienok) dáva soli manganité alebo dochádza k disproporcionácii za vzniku mangánatej soli a Mn0₂.
oxid manganičitý Mn0₂, čierna, vo vode nerozpustná látka, amfotérneho charakteru, s kyselinami a zásadami tvorí soli, ktoré sú v roztoku nestále, v kyslom prostredí sa dajú redukovať, ale aj oxidovať na manganistany. V zásaditých taveninách sa mení na mangánany. Použitie MnO₂: Spolu s CuO ako katalyzátor na spaľovanie CO, ako depolarizátor, pri farbení skla na fialovo, pri čírení skla znečisteného železnatými zlúčeninami sfarbujúcich sklo na tmavozeleno, oxidujúc ich na bezfarebné železité zlúčeniny, pri výrobe fermeže a podobne.

Dejiny

Ľudstvo používa zlúčeniny mangánu už po tisícročia. Je dokázané, že farby s oxidom manganičitým sa používali už pred 17000 rokmi. Rimania a Egypťania používali mangánové zlúčeniny v sklárstve na farbenie a odfarbovanie. Sparťania používali železo s obsahom mangánu na výrobu zbraní. Názor, že vysoká kvalita ich zbraní bola založená na zliatine železa a mangánu, treba však vnímať ako špekuláciu.

V 17. storočí vyrobil chemik Johann Rudolph Glauber manganistan. V strede 18. storočia sa používal oxid mangánatý na výrobu chlóru. Na návrh chemika Carla Wilhelma Scheeleho, ktorý v roku 1744 objavil, že burel (pyroluzit) nie je druh železnej rudy, ale že musí obsahovať dovtedy neznámy kov, podarilo sa Johannovi Gottliebovi Gahnovi ešte v tom istom roku po prvýkrát vyrobiť elementárny mangán uhoľnou redukciou z burelu. Začiatkom 19. storočia sa začal mangán používať na výrobu železa. Roku 1816 už bolo známe, že zvyšuje u železa pevnosť bez zvyšovania krehkosti.

Fyziológia

Viazaný mangán je esenciálny stopový prvok pre všetky formy života. Ľudské telo obsahuje zhruba 300 ppm mangánu a malo by prijať asi 4 mg za deň. Bohaté na mangán sú:

orechy,
celozrnné produkty,
klíčky,
kakao.

Mlieko, minerálky a niektoré pitné vody sú chudobné na mangán.

Výskyt

Celosvetovo sa mangán vyskytuje veľmi hojne. Na tvorbe zemskej kôry sa podieľa asi 900 ppm, čím je po železe najhojnejšie sa vyskytujúcim kovom.

Ťažba

Známe ložiská mangánu sú:

Južná Afrika (Hotazel)
Rusko (východné pobrežie Čierneho mora + Ukrajina)
Austrália (Groote Eylandt)
Brazília
Gabon
India
Mexiko
Burkina Faso

Mangánové rudy

Zdrojom mangánu sú najmä tieto rudy:

Pyroluzit – obsahuje 63 % mangánu
Braunit – 66 %
Manganit – 62 %
Psilomelan – 45 – 60 %

Zdravotné riziká

Mangán podporuje normálny vývoj kostí, pomáha pri tvorbe pohlavných hormónov a zúčastňuje sa premeny tukov, cukrov a bielkovín v tele, ovplyvňuje aj tvorbu chrupaviek. Jeho nedostatok zapríčiňuje spomalenie vývoja a rastu a zmeny v metabolizme cukrov, v štruktúre kostí a chrupaviek.

Denná odporúčaná dávka pre deti vo veku 1 – 3 rokov: 0,3 – 1,5 mg
Denná odporúčaná dávka pre deti vo veku 4 – 6 rokov: 1,5 – 2 mg
Denná odporúčaná dávka pre deti vo veku 7 – 10 rokov: 2 – 3 mg
Denná odporúčaná dávka pre dospelých a mladistvých: 2 – 5 mg

Napriek tomu, že mangán je jeden z 3 stopových prvkov veľmi dôležitých pre vývoj a život stavovcov, dlhodobá expozícia organizmu voči nadmerným dávkam je toxická. Všeobecne sa uvádza, že sústavné vdychovanie 5 mg/m³ môže spôsobiť tzv. manganizmus, ktorý sa v úvode prejavuje psychickými poruchami (podráždenosť, zmeny nálad, spomalené reakcie až halucinácie) a v neskorších štádiách prechádza do neurotoxicity (problémy koordinácie, trasenie, až nezvratné poškodenie nervov s príznakmi podobnými Parkinsonovej chorobe). Riziku neurotoxicity nadmernej expozície mangánu môžu byť vystavení ľudia pracujúci ako zvárači, baníci, narkomani užívajúci drogu "Bazooka", obyvatelia oblastí bez kontroly pitnej vody v oblastiach ťažby mangánu atď.