Elmanganès[nota 1] omanganés[nota 2] és unelement químic denombre atòmic 25 situat en el grup 7 de lataula periòdica dels elements i se simbolitza comMn. És un metall dur, trencadís i platejat, que sovint es troba enminerals en combinació ambferro. El manganès és unmetall de transició amb una varietat polifacètica d'usos d'aliatge industrial, especialment enacers inoxidables. Millora la resistència, la treballabilitat i la resistència al desgast. L'òxid de manganès s'utilitza com a agent oxidant; com a additiu de cautxú; i en la fabricació de vidre, adobs i ceràmica. El sulfat de manganès es pot fer servir com a fungicida.
El manganès també és un element dietètic humà essencial, important en el metabolisme dels macronutrients, la formació òssia i els sistemes de defensa delsradicals químics. És un component crític en desenes de proteïnes i enzims.[1] Es troba principalment als ossos, però també al fetge, als ronyons i al cervell.[2] Al cervell humà, el manganès està unit a lesmetal·loproteïnes de manganès, sobretot la glutamina sintetasa en elsastròcits.
El manganès es va aïllar per primera vegada el 1774. És habitual al laboratori en forma depermanganat de potassi de sal violeta. Es produeix a leszones actives d'algunsenzims.[3] De particular interès és l'ús d'un clúster Mn-O, el complex que evoluciona l'oxigen, en la producció d'oxigen per part de les plantes.
Pintures de la cova d'Altamira. Els colors més foscs s'aconseguien amb diòxid de manganès.Johan Gottlieb Gahn per Lorens Pasch.
Diversos òxids de manganès de colors vius, com lapirolusita, es poden trobar a la natura i s'han utilitzat com a pigments des de l'edat de pedra. Les pintures rupestres de lacova d'Altamira,Cantàbria, que tenen entre 36 500 i 12 000 anys d'antiguitat, són exemples de pintures amb pigments de manganès. Els compostos de manganès foren usats pels fabricants de vidre egipcis i romans, fos per afegir o treure el color del vidre. El «sabó de vidrier» s'emprà sense interrupció des de l'edat mitjana fins als temps moderns i es fa evident en el vidre del segle xiv deVenècia. Ja que es feia servir en la fabricació de vidre, la pirolusita estava disponible per a experiments delsalquimistes. L'alquimista austríacIgnatius Gottfried Kaim (1746-1778) el 1770 i l'alquimista i químic alemany-holandèsJohann Rudolf Glauber (1604-1670) observaren que eldiòxid de manganès podia ser convertit enpermanganat, un reactiu de laboratori útil. A mitjan segle xviii, el químic farmacèutic suec-pomerani i alemanyCarl Wilhelm Scheele (1742-1786) utilitzà el diòxid de manganès per produir clor. Scheele i altres químics eren conscients que el diòxid de manganès contenia un nou element, però no aconseguiren aïllar-lo. El químic i metal·lurgista suecJohan Gottlieb Gahn (1745-818) fou el primer a produir una mostra impura de metall de manganès el 1774, reduint el diòxid de manganès amb carboni.[4]
Etimològicament el mot «manganès» prové del francèsmanganèse, probablement d'una pronúncia defectuosa demangnesia, grafia medieval freqüent demagnesia, amb què es coneixia el mineralpirolusita semblant a la pedra d'imant de Magnèsia, població de l'Àsia Menor, el tetraòxid de triferro o òxid de ferro(II,III).[5]
La fabricació de clor i agents blanquejadors d'hipoclorit fou un gran consumidor de minerals de manganès. A l'inici del segle xix, el manganès es començà a fer ús en la producció d'acer i es van concedir diverses patents. El 1816 es reconegué que el ferro aliat amb manganès era més dur però no més fràgil.[4]
El manganès és el dotzè element químic més abundant en l'escorça terrestre, essent present aproximadament en un 0,1 %, per darrere del ferro, i està àmpliament distribuït. Els sols contenen entre 7 i 9 000 ppm de manganès, amb una mitjana de 400 ppm.[4]
El principal productor de manganès el 2022 fouSud-àfrica amb 7 200t, seguida delGabon amb 4 600 t iAustràlia amb 3 300 t. La producció mundial fou de 20 000 t. Les reserves mundials es calculen en 1 700 000 t, que es troben majoritàriament a Sud-àfrica (640 000 t), laXina (280 000 t) i Austràlia i elBrasil (270 000 t cadascun).[8]
Per a la producció de ferromanganès, el mineral de manganès es mescla amb mineral de ferro i carboni i posteriorment es redueix sigui en unalt forn o en un forn d'arc elèctric. El ferromanganès resultant té un contingut de manganès del 30 % al 80 %. El manganès pur utilitzat per produir aliatges lliures de ferro s'obté perlixiviació del mineral de manganès ambàcid sulfúric seguida d'un procés d'electroobtenció.[4]
Un procés d'extracció més avançat consisteix en la reducció directa del mineral de manganès en una pila de lixiviació. Això es fa percolantgas natural per la part inferior de la pila; el gas natural proporciona la calor (ha de ser com a mínim 850 °C) i l'agent reductor (monòxid de carboni). Això redueix tot el mineral de manganès aòxid de manganès(II), que és una forma lixiviable. El mineral passa després a través d'un circuit de molta per reduir la grandària de partícula del mineral fins a estar entre 150 i 250 μm, augmentant l'àrea superficial per millorar l'eficiència de lixiviació. El mineral de grans dimensions s'afegeix posteriorment a un dipòsit de lixiviació d'àcid sulfúric i cations ferro(2+) en una proporció de 1,6:1. El ferro reacciona amb el diòxid de manganès per formar hidròxid de ferro i manganès elemental. Aquest procés dona com a resultat una recuperació d'aproximadament el 92 % del manganès. Per a una posterior purificació, el manganès pot ser enviat a una instal·lació d'electroobtenció.[4]
El manganès és unmetall de transició blanc grisenc, semblant alferro. És un metall dur i molt fràgil, refractari i fàcilment oxidable. El manganès metall pot serferromagnètic, però només després de patir un tractament especial.
Els seusestats d'oxidació més comuns són +2, +3, +4, +6 i +7, encara que s'han trobat des de +1 a +7; els compostos en els que el manganès presenta estat d'oxidació +7 són agents oxidants molt enèrgics. Dins dels sistemes biològics, elcatió Mn+2 competix sovint amb elMg+2. S'empra sobretotaliat amb ferro en acers i en altres aliatges.
Elpermanganat de potassi, KMnO₄, és un reactiu de laboratori molt comú a causa de les seues propietats oxidants.
El diòxid de manganès, MnO₂ s'empra com a despolaritzador enpiles seques. També es pot usar per a decolorar vidre que presenta color verd a causa de la presència de traces de ferro. Aquest òxid també s'empra per a donar color ametista al vidre, i és responsable del color de l'ametista (una varietat delquars). A més, s'utilitza en la producció de clor i oxigen.
El manganès natural conté només 1isòtop; Mn-55. 18radioisòtops han estat caracteritzats, sent el Mn-53 el més estable amb unperíode de semidesintegració de 3.7 milions d'anys, Mn-54 amb un període de 312.3 dies, i Mn-52 de 5.591 dies. La resta d'isòtops radioactius, tenen períodes inferiors a les 3 hores i la majoria d'aquests inferiors a 1 minut. Aquest element també té 3metaestats.
El manganès està inclòs dins el grup d'elements delferro, que es creu que són sintetitzats dins de granestrelles poc abans de la seva explosió en forma desupernoves. El Manganès-53 es desintegra en53Cr amb unperíode de semidesintegració de 3.7 milions d'anys. A causa d'aquest període relativament curt,53Mn és unradionúclid extingit. El contingut isotòpic del manganès es combina típicament amb contingut isotòpic delcrom, i ha trobat aplicació en lageologia d'isòtops. Variacions en la proporció53Cr/52Cr i Mn/Cr des d'uns quantsmeteorits indiquen una proporció de53Mn/55Mn inicial, que suggereix que la relació isotòpica de Mn-Cr hagi resultat de la desintegració in situ del53Mn en cossos planetaris diferenciats. Per això el53Mn proporciona evidències addicionals per als processosnucleosintètics immediatament abans de la coalescència delsistema solar.
Corba de descàrregaV=f(t) d'una pila alcalina AA a 100 mA.
És important per a la fabricació d'acers. El manganès reacciona amb elsofre present formantsulfur de manganès (MnS), evitant que el sofre reaccioni amb el ferro (augmentant la fragilitat i sent més difícil de forjar); també l'excés pot reaccionar amb el carboni donant carburs de manganès, millorant les propietats mecàniques de l'acer. A més, el manganès té propietats desoxidants i evita la formació de bombolles.
La major part del manganès s'empra per a obtenirferromanganès (conté un 80% en Mn). Aquest aliatge de manganès i ferro s'obté per reducció deltriòxid de diferro (Fe₂O₃), i eldiòxid de manganès (MnO₂).
També s'empra en elsilicomanganès, un aliatge amb un 60-70% en manganès i un 15-30% en silici.
Pot estar present en altres aliatges, per exemple amb alumini.
El diòxid de manganès, MnO₂, s'utilitza com a despolaritzador enpiles seques, anomenades també pilestipus Leclanché o dezinc/carboni (Zn/C). També es troba en lespiles alcalines o de zinc/diòxid de manganès (Zn/MnO₂).
El MnO₂ també s'empra en l'obtenció de pintures i en la descoloració delvidre.
S'ha comprovat que el manganès té un paper tant estructural com enzimàtic. Està present en diferentsenzims, destacant lasuperòxid dismutasa de manganès (Mn-SOD), que catalitza la dismutació desuperòxids, O₂-; la Mn-catalasa, que catalitza la dismutació deperòxid, H₂O₂; així com en la concavanila A (de la família de leslecitines), on el manganès té un paper estructural.
En humans, el manganès s'absorbeix en l'intestí prim i la major part acaba alfetge, d'on es reparteix a diferents parts de l'organisme.
Els compostos de manganès són menys tòxics que els d'altres metalls generalitzats, com elníquel i elcoure.[9] Tanmateix, l'exposició a pols i fums de manganès no ha de superar el valor màxim de 5 mg/m ³ fins i tot durant períodes curts a causa del seu nivell de toxicitat.[10] La intoxicació per manganès s'ha relacionat amb habilitats motrius deteriorades i trastorns cognitius.[11]
El permanganat presenta una toxicitat més alta que els compostos de manganès (II). La dosi mortal és d'uns 10 g, i s'han produït diverses intoxicacions mortals. El fort efecte oxidatiu condueix a lanecrosi de lamembrana mucosa. Per exemple, l'esòfag es veu afectat si s'empassa el permanganat. Només una quantitat limitada és absorbida pels intestins, però aquesta petita quantitat mostra efectes greus sobre els ronyons i el fetge.[12][13]
En general, l'exposició a concentracions d'aire ambiental de Mn superiors a 5 μg Mn/m3 pot provocar símptomes induïts per Mn. L'augment de l'expressió de la proteïna ferroportina a les cèl·lules del ronyó embrionari humà (HEK293) s'associa amb una disminució de la concentració intracel·lular de Mn i unacitotoxicitat atenuada, caracteritzada per la inversió de la captació deglutamat reduïda amb Mn i una disminució de la fuita delactat deshidrogenasa.[16]
↑Erikson, Keith M. «Chapter 10. Manganese: Its Role in Disease and Health». A: Sigel.Essential Metals in Medicine:Therapeutic Use and Toxicity of Metal Ions in the Clinic. 19. Berlín: de Gruyter GmbH, 2019, p. 253–266.DOI10.1515/9783110527872-016.ISBN 978-3-11-052691-2.
↑Roth, Jerome. «Chapter 6 Manganese Homeostasis and Transport». A: Banci.Metallomics and the Cell. 12. Springer, 2013, p. 169–201 (Metal Ions in Life Sciences).DOI10.1007/978-94-007-5561-1_6.ISBN 978-94-007-5560-4.
↑«Manganese Chemical Background». Metcalf Institute for Marine and Environmental Reporting University of Rhode Island, 01-04-2006. Arxivat de l'original el 28 agost 2006. [Consulta: 30 abril 2008].
↑Young, R.; Critchley, J. A.; Young, K. K.; Freebairn, R. C.; Reynolds, A. P. Human & Experimental Toxicology, 15, 3, 1996, pàg. 259–61.DOI:10.1177/096032719601500313.PMID:8839216.
.jpg){kind=logo}
