منگنز

منگنز عنصر شیمیایی است که در جدول تناوبی دارای نشان Mn و عدد اتمی 25 می باشد.

ویژگی های قابل توجه

منگنز مانند آهن فلزی خاکستری رنگ است. فلزی است سخت و بسیار شکننده که به سختی ذوب اما به راحتی اکسیده می شود. فلز منگنز فقط پس از پردازش خاصی فرومغناطیس می گردد.

کلی ترین حالت های اکسیداسیون منگنز6+ ،4+،3+،2+ و 7+ است اگرچه حالت های اکسیداسیون از 7+ تا 1+ مشاهده می شود. در سیستم بیولوژیکی+2Mn اغلب با +2Mg در تضاد است و ترکیبات منگنزی که در آن ها منگنز دارای حالت اکسیداسیون 7+ می باشد، عامل های اکسید کننده ای قوی هستند.

کاربردها

منگنز به خاطر خصوصیات ثابت کنندگی گوگرد، اکسیژن زدایی و آلیاژ سازی برای تولید آهن و فولاد ضروری است. فولادسازی - ازجمله بخش تولید آهن آن- بیشترین مقدار منگنز داخلی را نیاز دارد که اخیراً بین 90% تا 85% مقدار مورد نیاز است.

از بین کاربردهای مختلف دیگر آن، منگنز بخش اصلی فرمول های فولاد ضد زنگ ارزان قیمت و آلیاژهای آلومینیم پرکاربرد را تشکیل می دهد. از اکسید منگنز در انواع پیل های خشک جدید استفاده می شود. انتظار می رود ماهیت و سطح کلی کاربرد منگنز در آمریکا در آینده ای نزدیک تقریباً یکسان باقی بماند. هیچ گونه فن آوری عملی برای جایگزینی مواد دیگر به جای منگنز یا استفاده از مقادیر داخلی و سایر ذخائر جهت خودکفایی آمریکا نسبت به کانی منگنز سایر کشورها وجود ندارد.

جانشین ها: منگنز هیچ جایگزین مفیدی برای کاربردهای اصلی خود ندارد.

تاریخچه

منگنز از ماقبل تاریخ مورد استفاده بوده است. رنگ هایی که از رنگدانه های دی اکسید منگنز ساخته شده اند به 17000 سال پیش برمی گردند. مصریان و رومیان ازترکیبات این عنصر در شیشه سازی چه برای رنگ آمیزی آن و چه برای از بین بردن رنگ آن استفاده می کردند. منگنز که می توان آن را در کانی های آهن یافت توسط اسپارت ها به کار می رفت. بعضی افراد بر این باورند که سختی استثنائی فولاد اسپارتان، ناشی از تولید ناخواسته یک آلیاژ آهن منگنز می باشد.

در قرن 17 ابتدا Glauber شیمیدان آلمانی یک معرف آزمایشگاهی سودمند به نام پرمنگنات را تولید نمود. تا اواسط قرن 18 از اکسید منگنز برای تولید کلر استفاده می شد. برای اولین بار Scheele شیمیدان سوئدی متوجه شد که منگنز یک عنصر است و همکارش J. G. Gah در سال 1774 با کاهش دی اکسید منگنز به وسیله کربن موفق به تهیه نوع خالص این عنصر گشت.

تقریباً در آغاز قرن 19دانشمندان استفاده از منگنز را در فولادسازی مورد بررسی قراردادند که آن زمان حقوق انحصاری برای کاربردهای آن واگذار شد. در سال 1816 متوجه شدند افزودن منگنز به آهن بدون تغییر درمیزان شکنندگی آن باعث استحکام بیشتر آهن می شود.

نقش بیولوژیکی

منگنز ماده غذایی است که وجود آن به مقدار کم برای تمامی گونه های حیات ضروری می باشد.
رده های آنزیم هایی که عوامل مشترک منگنز دارند بسیار گسترده است و مثلاً شامل oxidoreductases transferases ،hydrolases, lyases, isomerases, ligases, lectins, integrins می باشند. شاید آرژیناز، دیسموتاس سوپر اکسید حاوی منگنز و سم دیفتری معروف ترین پلی پپتید های منگنز باشند.

پیدایش

منابع زمینی منگنز بسیار زیاد اما بطور نامنظمی پراکنده شده اند؛ منابعی که در آمریکا واقع شده اند نامرغوب بوده و تهیه آن گران است. آفریقای جنوبی و اکراین بیش از 80% منابع شناخته شده جهان را دارا هستند؛ آفریقای جنوبی بدون در نظر گرفتن چین و اکراین بیش از 80% کل آنرا تولید می کند.

منگنز در بورکینوفاسو استخراج می شود. مقادیر بسیار زیادی منگنز در سختگاه های منگنز واقع در کف اقیانوس ها وجود دارد. در سال 1970 تلاش هایی که برای یافتن روش های عملی و اقتصادی بهره برداری از سختگاه های منگنز انجام می شد متوقف گشت.

ترکیبات

پرمنگنات پتاسیم که آن را بلورهای کاندی هم می نامند، به علت خصوصیات اکسیداسیون آن، یک معرف آزمایشگاهی متداول است و به عنوان یک داروی محلی کاربرد دارد (مثلاً برای درمان بیماری های ماهی).

دی اکسید منگنز در پیل های خشک کاربرد داشته و نیز می توان از آن برای کلر زدایی شیشه هایی که با مقادیر کمی آهن سبز رنگ شده اند استفاده نمود. با ترکیبات منگنز می توان شیشه ها را ارغوانی کرد و عامل رنگ ارغوانی واقعی می باشد. علاوه بر اینها از دی اکسید منگنز برای تولید اکسیژن، کلر و رنگ های سیاه جامد استفاده می گردد.

ایزوتوپ ها

منگنز به طور طبیعی دارای یک ایزوتوپ پایدار Mn-55 می باشد. 18 ایزوتوپ پرتوزاد هم برای این عنصر شناسایی شده که پایدارترین آن ها منگنز53 با نیمه عمر 7/3 میلیون سال، منگنز54 با نیمه عمر 3/312 روز و منگنز 52 با نیمه عمر 591/5 روز هستند. مابقی ایزوتوپ های رادیواکتیو از نیمه عمری کمتر از 3 ساعت برخوردار بوده که نیمه عمر اکثر آن ها کمتر از 1 دقیقه است. همچنین این عنصر دارای 3 meta states می باشد.

منگنز جزء عناصر گروه آهنی است که تصور می شود در ستارگان بزرگ اندکی قبل از انفجار ابراختر سنتز شده اند. منگنز 53 به شکل Cr-53 با نیمه عمر 7/3 میلیون سال فرسایش می یابد. منگنز 53 به علت نیمه عمر نسبتاً کوتاهش یک رادیونوکلید غیر فعال است.

محتویات ایزوتوپی منگنز معمولاً با محتویات ایزوتوپی کروم ترکیب می شود که درisotope geology به کار می رود. نسبت های ایزوتوپی منگنز کروم شواهدی را که از آلومینیم 26 و پالادیم 107 برای تاریخ آغازین منظومه شمسی وجود دارد تقویت می کند.

ایزوتوپ های منگنز از نظر وزن اتمی بینamu 46 ( Mn-46) تا amu65 ( Mn-65) قرار دارند. حالت فروپاشی اولیه قبل از فراوان ترین ایزوتوپ پایدار ( Mn-55) جذب الکترون و حالت اولیه پس از آن بتا می باشد.

هشدارها

مقدار بیش از حد منگنز سمی است و به علت میزان مسمومیت زایی این عنصر تماس با گرده، بخار و ترکیبات منگنز حتی برای زمان های کوتاه نباید از حداکثر mg/m3 5 فراتر رود.
محلول های پرمنگنات اسیدی کلیه مواد معدنی را که با آن ها در تماس هستند از بین خواهند برد و قادر به سوزاندن آن ها می باشند.