Mangán

Z Wikipédie

Mangán (fr. manganèse) je chemický prvok v Periodickej tabuľke prvkov, ktorý má značku Mn a protónové číslo 25.

Vlastnosti
Cr - Mangán - Fe

Mn
Tc  
 
 
[Ar]3d54s2
55
25.
Mn
Všeobecné
Názov, značka, protónové číslo Mangán, Mn, 25.
Séria Prechodné prvky
Skupina, perióda, blok 7 (VIIB), 4, d
Vzhľad kovovo strieborný
Atómové
Atómová hmotnosť 54.938049 amu
Atómový polomer (vypočítaný) 140 (161) pm
Kovalentný polomer 139 pm
Van der Waalsov polomer - pm
Elektrónová konfigurácia [Ar]3d54s2
Elektróny na energetickú hladinu 2, 8, 13, 2
Oxidačné stupne (Oxidy) 7,6,4,2,3 (silno kyslé)
Elektronegativita 1,55 (Paulingova stupnica)
Výstupná energia (eV)
Kryštalická štruktúra kocková stredo centrovaná
Fyzikálne
Skupenstvo pevné
Magnetické vlastnosti obyčajne nemagnetický
Hustota (tvrdosť podľa Mohsa) 7470, kg/m3 (6,0)
Teplota topenia (tavenia) 1517 K ( °C)
Teplota varu 2235 K ( °C)
Molový objem 7,35×10-6 m3/mol
Skupenské teplo vyparovania 226 kJ/mol
Skupenské teplo tavenia 12,05 kJ/mol
Tlak pary 121 Pa pri 1517 K
Rýchlosť zvuku 5150 m/s pri 20 °C
Rôzne
Merná tepelná kapacita 480 J/(kg · K)
Elektrická vodivosť S/m
Tepelná vodivosť 7,82 W/(m · K)
1. Ionizačná energia 717,3 kJ/mol
2. Ionizačná energia 1509 kJ/mol
3. Ionizačná energia 3248 kJ/mol
4. Ionizačná energia 4940 kJ/mol
5. Ionizačná energia 6990 kJ/mol
6. Ionizačná energia 9220 kJ/mol
7. Ionizačná energia 11500 kJ/mol
Izotop
Izotop NA t1/2 ZM ER MeV PR
52Mn {syn.} 5,591 d e-- 4,712 52Cr
53Mn {syn.} 3,74 · 106 a e-- 0,597 53Cr
54Mn {syn.} 312,3 d e-- 1,377 54Cr
54Mn {syn.} 312,3 d β- 0,697 54Cr
52Mn 100 % Mn je stabilný pri 30 neutrónoch
Vlastnosti NMR
55Mn
Spin jadra 5/2
gamma / rad/T 6,598 · 107
Citlivosť k 1H 0,175
Larmorova frekvencia pri B = 4,7 T 49,3 MHz
Pokiaľ je to možné a bežné, používame jednotky sústavy SI.
Ak nie je hore uvedené inak,
údaje sú za normálnych podmienok (NTP/STP).

Obsah

[úprava] Vlastnosti

Mangán je šedobiely, tvrdý a veľmi krehký ťažký kov, v niektorých vlastnostiach podobný železu. Niektorý pramene spomínajú úplne bezuhlíkatý mangán ako duktílny.

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. (Príklad?)
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.

[úprava] 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 #Dodatočný popis (legúra pre oceľ)) 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
  • 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.

[úprava] História

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 permanganát. V strede 18. storočia sa používal oxid mangánatý na výrobu chlóru. Na návrh chemika Carl Wilhelm 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 poprvýkrát 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.

[úprava] Fyziológia

Viazaný mangán je esenciálny stopový prvok pre všetky formy života. Ludské 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 su chudobné na mangán.

[úprava] Výskyt

Celosvetovo sa mangán vyskytuje veľmi hojne. Na tvorbe zemskej kôry sa podiela asi 900 ppm, čím je po železe najhojnejšie sa vyskytujúcim kovom. Známe doloviská mangánu sú

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

[úprava] 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
Legovacie vlastnosti pre oceľ
Mechanické vlastnosti*
Tvrdosť zlepšuje pre perlitické ocele, veľmi zhoršuje pri austenitických oceliach
Pevnosť
(Medza pevnosti)
zvyšuje
Medza elasticity
(Medza klzu)
zvyšuje (perlitické ocele), mierne znižuje pri austenitických oceliach
Tepelná roztažnosť značne zvyšuje (austenitické ocele)
Zoškrtenie(kontrakcia) výrazne nemení
Prierazuvzdornosť
(Vrubová húževnatosť)
nemení alebo len slabo (pozri dodatok)
Elasticita zlepšuje pre perlitické ocele, inak nemení
Žiarupevnosť výrazne nemení
Ochladzovanie výrazne zrýchľuje (hlavne pre austenitické ocele)
Karbidácia nemení (alebo len slabo)
Oteruvzdornosť výrazné zhoršenie pre perlitické ocele
Kujnosť výrazné zhoršenie pre austenitické ocele (pre perlitické ocele naproti tomu mierne zlepšenie)
Obrábatelnosť výrazné zhoršenie
Nitridácia vplyv nevýrazný
Hrdzuvzdornosť -
Magnetické vlastnosti
Hysterézia -
Permeabilita -
Koercivita -
Remanencia -
Výkonová strata -
Poznámky
* Len vlastnosti nadobudnuté priamym dodaním prísady a bez dodatočných úprav (kalenie, valcovanie atď.)

[úprava] Dodatočný popis (legúra pre oceľ)

Užitočný prvok. Deoxiduje a viaže síru vo forme sulfidov, ktoré sami o sebe zhoršujú niektoré vlastnosti železa. Vylepšuje zakalitelnosť z dôvodu spomaleniu 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 : magnetizovatelnosť je skoro nulová aj pri viacnásobnom studenom valcovaní. Lámavosť aj pre nízke teploty je oveľa menšia.
Wikimedia Commons ponúka multimediálny obsah k téme
Mangán