What is Mangan?
Mangan (symbol Mn) is element 25 on the periodic table, a übergangsmetall in period 4, group 7. Essential in trace amounts, brittle in bulk, and the reason your steel does not shatter in the cold. At room temperature it is a solid.
Struktur
Kein Diagramm aus Punkten auf Schalen – eine Monte-Carlo-Stichprobe der tatsächlichen Wahrscheinlichkeitsdichte |ψ|² für jede besetzte Unterschale. Ziehen Sie, um zu drehen. Blau und Violett kennzeichnen entgegengesetzte Vorzeichen der Wellenfunktion, wodurch Bindungen möglich werden.
Gemessene Werte
Jeder Balken zeigt, wo mangan bei dieser Eigenschaft unter allen 118 Elementen steht.
Quellen: IUPAC 2021 Standard-Atomgewichte · CRC Handbook of Chemistry and Physics · NIST. Mit ~ gekennzeichnete Werte sind vorhergesagt und nicht gemessen.
Größe, maßstabsgetreu
Radius 127 pm — that is 0.127 nm, so about 3937 million of them side by side would span a millimetre.
Temperaturbereich
Mangan is liquid over a 815 K window, from 1519 K to 2334 K.
Die Geschichte
Mangan ist der unbesungene Held der Stahlherstellung und der geheime Bestandteil, der den Akku Ihres Smartphones zum Funktionieren bringt. Dieses harte, spröde, silbrig-graue Metall ist für die moderne Zivilisation absolut unverzichtbar – praktisch jeder Stahl enthält Mangan, und ohne Mangan würde unsere Infrastruktur buchstäblich zerfallen. Obwohl Mangan das zwölfthäufigste Element auf der Erde ist, bleibt es oft unbeachtet, obwohl es in allem steckt – von den Stahlträgern in Wolkenkratzern bis zu den Batterien in Elektroautos. Mangan wurde 1774 vom schwedischen Chemiker Johan Gottlieb Gahn entdeckt und zunächst wegen seiner ähnlichen Eigenschaften mit Magnesium und Eisen verwechselt. Der Name stammt vom lateinischen „magnes“, was Magnet bedeutet, obwohl reines Mangan tatsächlich nur schwach magnetisch ist. Was dieses Element so unverzichtbar macht, ist seine Fähigkeit, Schwefel- und Sauerstoffverunreinigungen aus Stahl zu entfernen – dabei wirkt es während der Stahlherstellung wie ein molekulares Reinigungsteam. Hier ist etwas wirklich Erstaunliches: Mangan kommt in mehr Oxidationsstufen vor als fast jedes andere Element, von −3 bis +7. Diese unglaubliche Vielseitigkeit macht es für alles nutzbar – von violettem Glas (Mn³⁺) bis zu starken Oxidationsmitteln wie Kaliumpermanganat (Mn⁷⁺), das Wasser desinfizieren und Wunden behandeln kann. Mangan spielt auch in der Biologie eine wichtige Rolle. Es ist ein essentielles Spurenelement für alle Lebewesen, hilft Pflanzen bei der Photosynthese und ermöglicht es Menschen, Kohlenhydrate und Fette zu verarbeiten. Manganhaltige Enzyme sind entscheidend für die Knochenbildung, die Wundheilung und den antioxidativen Schutz. Ein Mangel kann Skelettanomalien und Fortpflanzungsprobleme verursachen. Der Meeresboden ist buchstäblich mit Billionen Tonnen Manganknollen bedeckt – kartoffelgroßen Gesteinen, die Mangan, Eisen, Nickel und Kupfer enthalten und über Millionen von Jahren gewachsen sind. Diese Knollen könnten die Zukunft des Tiefseebergbaus sein, doch die Auswirkungen auf die Umwelt werden noch untersucht.
Johan Gottlieb Gahn isolierte 1774 durch die Reduktion von Mangandioxid mit Kohlenstoff metallisches Mangan, obwohl das Element bereits zuvor von Carl Wilhelm Scheele und anderen erkannt worden war. Gahns systematischer Ansatz etablierte Mangan als eigenständiges Element und nicht als Form von Eisen oder einem anderen bekannten Metall.
Die kommerzielle Manganproduktion begann in den 1840er-Jahren mit dem Schmelzen von Ferromangan und revolutionierte die Stahlproduktion. Die Entwicklung von Lichtbogenöfen im frühen 20. Jahrhundert ermöglichte eine effiziente Herstellung von Manganlegierungen und unterstützte die rasche Expansion der Stahlindustrie während der Industrialisierung.
Anwendungen
Mangan dient als unverzichtbarer Partner des Stahls: Es entfernt schädlichen Schwefel und Sauerstoff und stärkt zugleich Eisenlegierungen, aus denen unsere moderne Welt besteht. Dieses vielseitige Element ermöglicht durch seine einzigartigen metallurgischen und chemischen Eigenschaften alles von Eisenbahnschienen bis zu Getränkedosen aus Aluminium.
Ferromangan mit einem Mangangehalt von 75–80 % dient als wichtigstes Desoxidations- und Entschwefelungsmittel für Stahl und entfernt Verunreinigungen, die andernfalls Sprödigkeit und Heißrisse verursachen würden. Für jede Tonne Stahl werden 6–9 kg Mangan benötigt, wodurch die Stahlproduktion weltweit der größte Verbraucher von Mangan ist. Manganstahl mit einem Mangangehalt von 11–14 % weist eine außergewöhnliche Kaltverfestigungsfähigkeit auf und eignet sich ideal für Bergbauausrüstung, Bahnübergänge und militärische Panzerungen, bei denen Schlagfestigkeit entscheidend ist.
Aluminiumlegierungen der Serie 3000 mit einem Mangangehalt von 0,8–1,5 % bieten eine hervorragende Korrosionsbeständigkeit und Umformbarkeit für Getränkedosen, Karosseriebleche und architektonische Anwendungen. Mangan verhindert während der Aluminiumverarbeitung das Kornwachstum, erhält die Festigkeit und verhindert bei Umformvorgängen oberflächliche Orangenschalendefekte.
Alkalibatterien verwenden Kathoden aus Mangandioxid (MnO₂), die durch die Fähigkeit des Mangans, während der Entladung Elektronen aufzunehmen, eine zuverlässige Ausgangsspannung von 1,5 V liefern. Lithium-Ionen-Batterien verwenden zunehmend manganbasierte Kathoden (LiMn₂O₄), um die Sicherheit und thermische Stabilität in Elektrofahrzeugen zu verbessern, wobei Mangan dazu beiträgt, Bedingungen für ein thermisches Durchgehen zu verhindern.
Kaliumpermanganat (KMnO₄) dient als starkes Oxidationsmittel für die Wasseraufbereitung und entfernt Eisen, Mangan und organische Verunreinigungen aus der kommunalen Wasserversorgung. Mangandioxid katalysiert in industriellen Prozessen die Zersetzung von Wasserstoffperoxid und dient bei der Synthese organischer Chemikalien als Oxidationskatalysator.
Woher es stammt
950 mg/kg of Earth's crust · more abundant than 90% of elements
Mangan entsteht durch Sauerstoffbrennprozesse in massereichen Sternen und durch Neutroneneinfangreaktionen während der Sternentwicklung. Seine kosmische Häufigkeit spiegelt die nukleare Stabilität von Mangan und seine Bildung über mehrere Nukleosynthesewege sowohl bei der regulären stellaren Fusion als auch bei explosiven Supernova-Ereignissen wider.
Die Erdkruste enthält ungefähr 1.050 Teile pro Million Mangan, wodurch es zum zwölfthäufigsten Element wird. Diese hohe Konzentration ermöglicht das weitverbreitete Vorkommen von Mangan in Gesteinen, Böden und Wassersystemen und unterstützt sowohl geologische Prozesse als auch biologische Funktionen.
Sedimentäre Manganlagerstätten, die durch chemische Ausfällung in alten Ozeanen entstanden, machen 80 % der weltweiten Reserven aus. Das Kalahäri-Manganfeld in Südafrika enthält die weltweit größten hochgradigen Lagerstätten, die durch hydrothermale und sedimentäre Prozesse entstanden sind. Die Pilbara-Region Australiens beherbergt bedeutende Manganressourcen in gebänderten Eisenformationen.
Manganknollen, die große Bereiche der Tiefseeböden bedecken, stellen gewaltige potenzielle Ressourcen dar. Sie enthalten 24–30 % Mangan sowie Nickel, Kupfer und Cobalt. Diese kartoffelgroßen Konkretionen bilden sich über Millionen von Jahren durch extrem langsame Ausfällungsprozesse, wobei der Tiefseebergbau technisch und ökologisch weiterhin eine Herausforderung darstellt.
Mangan ist als essentielles Element für die Photosynthese und die Enzymfunktion in allen Lebewesen aktiv an den biogeochemischen Kreisläufen der Erde beteiligt. Die Verfügbarkeit von Mangan im Boden beeinflusst das Pflanzenwachstum und die landwirtschaftliche Produktivität, während der marine Mangankreislauf die Meereschemie und Produktivität beeinflusst.
Handhabung
Eine Manganvergiftung betrifft hauptsächlich das zentrale Nervensystem und verursacht Manganismus – eine Parkinson-ähnliche Erkrankung durch chronische Inhalation. Obwohl Mangan für die Gesundheit unverzichtbar ist, erfordert die berufliche Exposition eine sorgfältige Überwachung und Kontrolle.
Chronische Manganexposition verursacht irreversible neurologische Schäden, darunter Zittern, Muskelstarre und psychiatrische Symptome. Bei der Ferromanganherstellung und bei Schweißarbeiten besteht durch das Einatmen manganhaltiger Stäube und Dämpfe das höchste Expositionsrisiko.
Atemschutz, lokale Absaugung und biologische Überwachung der Manganwerte in Blut und Urin helfen, neurologische Schäden zu verhindern. Eine frühzeitige Erkennung und die Verringerung der Exposition können das Fortschreiten der Manganismus-Symptome verhindern.
Schnelle Antworten
Mangan (symbol Mn) is element 25 on the periodic table, a übergangsmetall in period 4, group 7. Essential in trace amounts, brittle in bulk, and the reason your steel does not shatter in the cold. At room temperature it is a solid.
[Ar] 3d⁵ 4s², giving 4 occupied shells holding 2, 8, 13, 2 electrons respectively.Mangan melts at 1519 K (1245.9 °C) and boils at 2334 K (2060.9 °C).
The standard atomic weight of Mangan is 54.938 u. That is a weighted average across its naturally occurring isotopes, which is why it is rarely a whole number.
Mangan has a density of 7.21 g/cm³. Water is 1.0 g/cm³, so a block of mangan is about 7.2× heavier.
Mangan has a Pauling electronegativity of 1.55. The scale runs from 0.70 (francium, the least greedy for electrons) to 3.98 (fluorine, the most). Values in this middle band tend to form covalent rather than strongly ionic bonds.
Mangan was discovered in 1774 by Johan Gottlieb Gahn. It is named after latin magnes, "magnet".
Mangan makes up about 950 mg/kg of the Earth's crust — common enough to be mined at scale.