Mangāns

Mangāns
25 2 13 8 2 Mn 54,938049 g/mol [Ar]3d54s2
Mangāna un mangāna rūdas paraugi
Oksidēšanas pakāpes	+7, +6, +5, +4, +3, +2, +1, 0, −1
Elektronegativitāte	1,55
Blīvums	7210 kg/m3
Kušanas temperatūra	1519 K (1246 °C)
Viršanas temperatūra	2334 K (2061 °C)

Mangāns ir ķīmiskais elements ar simbolu Mn un atomskaitli 25. Mangāns ir pārejas metāls, kas pieder pie d elementiem. Tā valences elektronu konfigurācija līdzīga tehnēcija un rēnija elektronu konfigurācijai, tādēļ šo elementu īpašības ir līdzīgas. Mangāna ķīmijai ļoti raksturīgas oksidēšanās-reducēšanās reakcijas. Savienojumos mangānam var būt oksidēšanas pakāpe no +1 līdz +7, kā arī negatīvas oksidēšanas pakāpes, tomēr oksidēšanas pakāpes zem +1 ir ļoti maz izplatītas.

Atrašanās dabā

Mangāns dabā galvenokārt ir sastopams oksīda veidā (minerāls piroluzīts MnO₂). Zemes garozā ir ap 0,1% mangāna un tas pieskaitāms pie samērā izplatītiem elementiem. Nozīmīgākās mangāna rūdu atradnes ir Indijā, Brazīlijā, Dienvidāfrikā un Rietumāfrikā, Ukrainā, Gruzijā, arī Krievijā (Urālu kalnos). Lieli mangāna krājumi dzelzs-mangāna konkrēciju veidā atrodami okeānu dzīlēs. Nelielos daudzumos mangāna savienojumus var atrast gan atmosfērā (putekļu daļiņu veidā), gan augsnē un ūdenī — mangāns var uzkrāties ūdenī mītošajos vienkāršākajos organismos (fitoplanktonā, aļģēs, gliemežos, dažās zivīs).

Pazīstamākie mangāna minerāli ir piroluzīts MnO2, braunīts Mn₂O₃, hausmanīts Mn₃O₄, mangāna kolčedāns MnS₂, rodohrozīts jeb mangāna špats MnCO₃, kā arī dažādi dzelzs-mangāna minerāli. Mangāns kā mikroelements atrodas augos, cilvēku un dzīvnieku organismos.

Īpašības

Mangāns ir ciets, trausls sudrabbalts metāls, kas veido cietos šķīdumus, sakausējumus vai intermetāliskos savienojumus ar citiem metāliem. Mangāns labi absorbē ūdeņradi, tomēr nereaģē ar to. Parastajos apstākļos mangāns ir ķīmiski samērā inerts metāls, jo to klāj blīva oksīdu aizsargkārtiņa, kas kavē tālāku oksidēšanos. Mangānu pasivē auksta slāpekļskābe, jo tā īpaši veicina šādas oksīdu kārtiņas rašanos. Mangāns diezgan aktīvi reaģē ar atšķaidītu HCl un H₂SO₄, izdalot H₂ un veidojot attiecīgi MnCl₂ un MnSO₄. Pulverveida mangāns lēnām reaģē ar ūdeni, paaugstinātā temperatūrā šādas reakcijas ātrums palielinās:

Mn + 2H₂O → Mn(OH)₂ + H₂↑

Karsējot līdz 400 °C, mangāna pulveris gaisā aizdegas, veidojot dažāda sastāva oksīdus (MnO₂, Mn₃O₄). Paaugstinātā temperatūrā tas labi reaģē ar halogēniem, veidojot mangāna(II) halogenīdus. Sakarsēts mangāna pulveris vai izkausēts mangāns reaģē ar daudziem nemetāliem, turklāt rodas arī nestehiometriski savienojumi, piemēram, MnS, MnSe, Mn₃S₄, MnN₂, Mn₂N, Mn₄N, Mn₂P, MnP, Mn₃C, Mn₇C₃, Mn₂Si, MnSi, Mn₂Si₃.

Mangāns reaģē ar sakarsētu koncentrētu slāpekļskābi vai sērskābi:

2Mn + 8HNO₃ → 3Mn(NO₃)₂ + 2NO↑ + 4H₂O

Mn + 2H₂SO₄ → MnSO₄ + SO₂↑ + 2H₂O

Izmantošana

Mangānu feromangāna (sakausējuma ar dzelzi) veidā izmanto melnajā metalurģijā sēra un oglekļa saistīšanai, kā arī tērauda leģēšanai. Izmanto arī sakausējumiem, piemēram, manganīnam (85% hroma, 12% mangāna un 3% niķeļa), piemīt liela elektriskā pretestība, kuru ietekmē nevis temperatūra, bet spiediens. Vara sakausējumu, kurā ir 14% mangāna un 10% alumīnija, var rūdīt kā tēraudu, un tam piemīt arī feromagnētiskas īpašības.

Dažus mangāna organiskos savienojums lieto degvielas oktānskaitļa paaugstināšanai. Savienojumus, kuros mangānam ir oksidēšanas pakāpe +7, lieto par oksidētājiem (kālija permanganāts KMnO₄).

Bioloģiskā nozīme

Mangāns pieder pie cilvēka organismam nepieciešamiem mikroelementiem. Pieaugušam cilvēkam dienā vajadzīgi 2—3 mg mangāna (smaga fiziska darba strādniekiem līdz 6 mg); apmēram tikpat daudz mangāna arī tiek uzņemts ar jauktu uzturu, tādēļ cilvēkam mangāna trūkums parasti nav novērojams. Mangāns aktivē dažas fermentu sistēmas (piruvātkarboksilāzi, superoksīddismutāzi).

Pārāk liela mangāna daudzuma uzņemšana (virs 40 mg dienā) var būt kaitīga veselībai.

Hroniski saindējoties ar mangānu, visvairāk novērojami neiroloģiski, parkinsonismam līdzīgi simptomi. Ar mangānu saindējas galvenokārt šahtu strādnieki, kas iegūst mangāna rūdu, kā arī metinātāji, kuru darbs saistīts ar mangānu saturošu sakausējumu apstrādi. Lai to nepieļautu, jāievēro darba drošības noteikumi, un jānovērš mangānu saturošu putekļu ieelpošana. Novērota arī saindēšanās ar mangānu, ilgstoši lietojot dažas nelegālas, slikti attīrītas narkotiskas vielas (katinonu, metkatinonu, amfetamīna atvasinājumus).

Akūta saindēšanās ar mangānu tiek novērota reti, parasti tā ir pārāk liela mangāna sāļu daudzuma uzņemšana. Sadzīvē biežāk sastopamais mangāna savienojums ir kālija permanganāts, tā nāvējošā deva pieaugušam cilvēkam ir vairāk nekā 5 g.

Lai izvadītu lieko mangānu no organisma, lieto etilēndiamīntetraetiķskābi, taču metodes efektivitāte ir apšaubāma. Profilaksei iesaka B₁ vitamīnu un nātrija laktātu.

Skatīt arī

• Kālija permanganāts

Ārējās saites

• Vikikrātuvē par šo tēmu ir pieejami multivides faili. Skatīt: Mangāns.

• Latvijas Nacionālās enciklopēdijas šķirklis
• Encyclopædia Britannica raksts (angliski)
• Brockhaus Enzyklopädie raksts (vāciski)
• Krievijas Lielās enciklopēdijas raksts (krieviski)
• Encyclopædia Universalis raksts (franciski)

Ķīmisko elementu periodiskā tabula

H

He

Li

Be

B

C

N

O

F

Ne

Na

Mg

Al

Si

P

S

Cl

Ar

K

Ca

Sc

Ti

V

Cr

Mn

Fe

Co

Ni

Cu

Zn

Ga

Ge

As

Se

Br

Kr

Rb

Sr

Y

Zr

Nb

Mo

Tc

Ru

Rh

Pd

Ag

Cd

In

Sn

Sb

Te

I

Xe

Cs

Ba

La

Ce

Pr

Nd

Pm

Sm

Eu

Gd

Tb

Dy

Ho

Er

Tm

Yb

Lu

Hf

Ta

W

Re

Os

Ir

Pt

Au

Hg

Tl

Pb

Bi

Po

At

Rn

Fr

Ra

Ac

Th

Pa

U

Np

Pu

Am

Cm

Bk

Cf

Es

Fm

Md

No

Lr

Rf

Db

Sg

Bh

Hs

Mt

Ds

Rg

Cn

Nh

Fl

Mc

Lv

Ts

Og

Sārmu metāli

Sārmzemju metāli

Lantanīdi

Aktinīdi

Pārejas metāli

Citi metāli

Pusmetāli

Citi nemetāli

Halogēni

Cēlgāzes