Struktur
Kein Diagramm aus Punkten auf Ringen — eine Monte-Carlo-Stichprobe der tatsächlichen Wahrscheinlichkeitsdichte |ψ|² für jede besetzte Unterschale. Ziehen Sie, um die Ansicht 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. Werte mit ~ sind vorhergesagt und nicht gemessen.
Größe, maßstabsgetreu
Radius 127 pm — das entspricht 0,127 nm; etwa 3,94 Millionen davon nebeneinander würden einen Millimeter überspannen.
Temperaturbereich
Mangan ist über einen Bereich von 815 K flüssig, von 1519 K bis 2334 K.
Wo es steht
Die Geschichte
Mangan ist der unterschätzte Held der Stahlherstellung und die geheime Zutat, die dafür sorgt, dass der Akku Ihres Smartphones funktioniert. Dieses harte, spröde, silbergraue Metall ist für die moderne Zivilisation absolut unverzichtbar – praktisch jeder Stahl enthält Mangan, und ohne Mangan würde unsere Infrastruktur buchstäblich zerfallen. Obwohl Mangan das 12. Häufigste Element auf der Erde ist, wird es oft übersehen, 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 anfangs aufgrund ihrer ähnlichen Eigenschaften mit Magnesium und Eisen verwechselt. Der Name stammt vom lateinischen „magnes“ und bedeutet Magnet, obwohl reines Mangan tatsächlich nur schwach magnetisch ist. Was dieses Element so entscheidend macht, ist seine Fähigkeit, Schwefel- und Sauerstoffverunreinigungen aus Stahl zu entfernen und während des Stahlherstellungsprozesses wie ein molekulares Reinigungsteam zu wirken. 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⁺), die Wasser desinfizieren und Wunden behandeln können. Mangan spielt auch in der Biologie eine wichtige Rolle. Es ist ein essentielles Spurenelement für alle Lebewesen, unterstützt 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, obwohl die Auswirkungen auf die Umwelt noch untersucht werden.
Johan Gottlieb Gahn isolierte 1774 metallisches Mangan durch die Reduktion von Mangandioxid mit Kohlenstoff, 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 Ferromanganschmelzen und revolutionierte die Stahlproduktion. Die Entwicklung von Lichtbogenöfen zu Beginn des 20. Jahrhunderts 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 verstärkt zugleich Eisenlegierungen, aus denen unsere moderne Welt gebaut ist. Dieses vielseitige Element ermöglicht durch seine einzigartigen metallurgischen und chemischen Eigenschaften alles von Eisenbahnschienen bis zu Aluminium-Getränkedosen.
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 Manganverbraucher ist. Manganstahl mit einem Mangangehalt von 11-14 % weist außergewöhnliche Kaltverfestigungseigenschaften auf und eignet sich ideal für Bergbauausrüstung, Bahnübergänge und Militärpanzerungen, bei denen Schlagfestigkeit entscheidend ist.
Aluminiumlegierungen der 3000er-Reihe 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 Oberflächenfehler mit Orangenhauteffekt.
Alkalibatterien verwenden Mangandioxid-Kathoden (MnO₂), die durch die Fähigkeit des Mangans, während der Entladung Elektronen aufzunehmen, zuverlässig 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 kommunalen Wasserversorgungen. Mangandioxid katalysiert in industriellen Prozessen die Zersetzung von Wasserstoffperoxid und dient bei der Synthese organischer Chemikalien als Oxidationskatalysator.
Woher es stammt
950 mg/kg der Erdkruste · häufiger als 90 % der Elemente
Mangan entsteht durch Sauerstoffbrennprozesse in massereichen Sternen und Neutroneneinfangreaktionen während der Sternentwicklung. Seine kosmische Häufigkeit spiegelt die nukleare Stabilität des Mangans und seine Entstehung durch mehrere Nukleosynthesewege sowohl bei regulärer Sternfusion als auch bei explosiven Supernovae wider.
Die Erdkruste enthält etwa 1,050 Teile pro Million Mangan, womit es das 12. häufigste Element ist. 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 urzeitlichen Ozeanen entstanden, machen 80 % der weltweiten Reserven aus. Das Kalahari-Manganfeld in Südafrika enthält die weltweit größten hochgradigen Vorkommen, die durch hydrothermale und sedimentäre Prozesse entstanden sind. Die Pilbara-Region Australiens beherbergt bedeutende Manganressourcen in gebänderten Eisenformationen.
Manganknollen, die weite Gebiete der Tiefsee bedecken, stellen enorme 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, obwohl der Tiefseebergbau technologisch und ökologisch weiterhin eine Herausforderung darstellt.
Mangan ist als essentielles Element für die Photosynthese und die Enzymfunktion in allen lebenden Organismen aktiv an den biogeochemischen Kreisläufen der Erde beteiligt. Die Verfügbarkeit von Bodenmangan beeinflusst das Pflanzenwachstum und die landwirtschaftliche Produktivität, während der marine Mangankreislauf die Meereschemie und Produktivität beeinflusst.
Handhabung
Eine Manganvergiftung betrifft vor allem 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 bestehen durch das Einatmen manganhaltiger Stäube und Dämpfe die höchsten Expositionsrisiken.
Atemschutz, lokale Absaugung und biologische Überwachung durch die Bestimmung der Manganspiegel 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) ist Element 25 im Periodensystem, ein Übergangsmetall in der 4, Gruppe 7. In Spurenmengen lebenswichtig, in größeren Mengen spröde und der Grund, warum Ihr Stahl in der Kälte nicht zerbricht. Bei Raumtemperatur ist es fest.
[Ar] 3d⁵ 4s²; sie ergibt 4 besetzte Elektronenschalen mit der Verteilung 2, 8, 13, 2.Mangan schmilzt bei 1519 K (1245.9 °C) und siedet bei 2334 K (2060.9 °C).
Die Standardatommasse von Mangan beträgt 54.938 u. Dabei handelt es sich um einen gewichteten Mittelwert seiner natürlich vorkommenden Isotope, weshalb sie nur selten eine ganze Zahl ist.
Mangan hat eine Dichte von 7.21 g/cm³. Wasser hat eine Dichte von 1.0 g/cm³, daher ist ein Block aus Mangan ungefähr 7.2× schwerer.
Mangan hat eine Elektronegativität von 1.55 nach Pauling. Die Skala reicht von 0,70 (Francium, das Elektronen am wenigsten stark anzieht) bis 3,98 (Fluor, das stärkste). Werte in diesem mittleren Bereich führen eher zur Bildung kovalenter als stark ionischer Bindungen.
Mangan wurde 1774 von Johan Gottlieb Gahn entdeckt. Es ist nach lateinisch magnes, „Magnet“ benannt.
Mangan macht Über 950 mg/kg der Erdkruste aus — genug, um im großen Maßstab abgebaut zu werden.