Mn · Élément 25 · Métal de transition
Essentiel à l’état de traces, cassant en grande quantité et raison pour laquelle votre acier ne se brise pas dans le froid.
Structure
Il ne s’agit pas d’un diagramme de points sur des anneaux — mais d’un échantillon de Monte-Carlo de la véritable densité de probabilité |ψ|² pour chaque sous-couche occupée. Faites glisser pour faire pivoter. Le bleu et le violet indiquent les signes opposés de la fonction d’onde, ce qui rend la liaison possible.
Valeurs mesurées
Chaque barre indique où se situe manganèse parmi les 118 éléments pour cette propriété.
Sources : masses atomiques standard de l’IUPAC 2021 · CRC Handbook of Chemistry and Physics · NIST. Les valeurs marquées ~ sont prédites plutôt que mesurées.
Taille, à l’échelle
Rayon de 127 pm — soit 0,127 nm ; il en faudrait donc environ 3,94 millions côte à côte pour couvrir un millimètre.
Plage thermique
Manganèse est liquide dans une plage de 815 K, de 1519 K à 2334 K.
Où il se trouve
Manganèse se trouve dans la période 4, groupe 7. Tous les éléments du groupe 7 possèdent le même nombre d’électrons externes, ce qui explique qu’ils se comportent de manière si similaire.
Autres Métaux de transition
Tous les métaux de transitionL’histoire
Le manganèse est le héros méconnu de la sidérurgie et l’ingrédient secret qui fait fonctionner la batterie de votre smartphone. Ce métal dur, cassant et gris argenté est absolument essentiel à la civilisation moderne: pratiquement tous les aciers contiennent du manganèse et, sans lui, nos infrastructures s’effondreraient littéralement. Bien qu’il soit le 12e élément le plus abondant sur Terre, le manganèse passe souvent inaperçu, alors qu’il se trouve aussi bien dans les poutres métalliques des gratte-ciel que dans les batteries des voitures électriques. Découvert en 1774 par le chimiste suédois Johan Gottlieb Gahn, le manganèse a d’abord été confondu avec le magnésium et le fer en raison de leurs propriétés similaires. Son nom vient du latin « magnes », qui signifie aimant, bien que le manganèse pur ne soit en réalité que faiblement magnétique. Ce qui rend cet élément absolument crucial, c’est sa capacité à éliminer les impuretés de soufre et d’oxygène de l’acier, en agissant comme une équipe de nettoyage moléculaire pendant le processus de fabrication de l’acier. Voici un fait étonnant: le manganèse possède davantage d’états d’oxydation que presque tout autre élément, allant de -3 à +7. Cette incroyable polyvalence le rend utile dans des applications allant du verre violet (Mn³⁺) aux puissants agents oxydants comme le permanganate de potassium (Mn⁷⁺), qui peut désinfecter l’eau et traiter les plaies. Le manganèse joue également un rôle essentiel en biologie. C’est un oligo-élément central à tous les êtres vivants: il aide les plantes à réaliser la photosynthèse et permet aux humains de métaboliser les glucides et les lipides. Les enzymes contenant du manganèse sont essentielles à la formation des os, à la cicatrisation et à la protection antioxydante. Une carence peut provoquer des anomalies squelettiques et des problèmes de reproduction. Le plancher océanique est littéralement recouvert de milliers de milliards de tonnes de nodules de manganèse: des roches de la taille d’une pomme de terre contenant du manganèse, du fer, du nickel et du cuivre, qui se sont formées sur des millions d’années. Ces nodules pourraient constituer l’avenir de l’exploitation minière des grands fonds, même si leurs implications environnementales sont encore à l’étude.
Johan Gottlieb Gahn a isolé le manganèse métallique en 1774 par réduction du dioxyde de manganèse avec du carbone, bien que l’élément ait été identifié plus tôt par Carl Wilhelm Scheele et d’autres scientifiques. L’approche systématique de Gahn a établi que le manganèse était un élément distinct, et non une forme de fer ou un autre métal connu.
La production commerciale de manganèse a commencé avec la fusion du ferromanganèse dans les années 1840, révolutionnant la production d’acier. Le développement des fours à arc électrique au début des années 1900 a permis une production efficace d’alliages de manganèse, soutenant l’expansion rapide de l’industrie sidérurgique pendant l’industrialisation.
Applications
Le manganèse est le partenaire essentiel de l’acier : il élimine le soufre et l’oxygène nocifs tout en renforçant les alliages de fer qui façonnent notre monde moderne. Cet élément polyvalent permet de fabriquer aussi bien des rails de chemin de fer que des canettes en aluminium grâce à ses propriétés métallurgiques et chimiques uniques.
Le ferromanganèse contenant 75-80 % de manganèse sert de principal désoxydant et désulfurant de l’acier, en éliminant les impuretés qui provoqueraient autrement une fragilité et des fissures à chaud. Chaque tonne d’acier nécessite 6-9 kg de manganèse, ce qui fait de la production d’acier le principal secteur consommateur de manganèse dans le monde. L’acier au manganèse contenant 11-14 % de manganèse présente d’extraordinaires propriétés d’écrouissage, idéales pour les équipements miniers, les croisements ferroviaires et les blindages militaires où la résistance aux impacts est essentielle.
Les alliages d’aluminium de la série 3000 contenant 0.8-1.5 % de manganèse offrent une excellente résistance à la corrosion et une bonne aptitude au formage pour les canettes de boissons, les panneaux de carrosserie automobile et les applications architecturales. Le manganèse empêche la croissance des grains pendant le traitement de l’aluminium, préservant la résistance et évitant les défauts de surface en peau d’orange lors des opérations de formage.
Les piles alcalines utilisent des cathodes de dioxyde de manganèse (MnO₂) qui fournissent une tension fiable de 1.5V grâce à la capacité du manganèse à accepter des électrons pendant la décharge. Les batteries lithium-ion utilisent de plus en plus des cathodes à base de manganèse (LiMn₂O₄) pour améliorer la sécurité et la stabilité thermique des véhicules électriques, le manganèse contribuant à prévenir les emballements thermiques.
Le permanganate de potassium (KMnO₄) est un puissant agent oxydant utilisé pour le traitement de l’eau, éliminant le fer, le manganèse et les contaminants organiques des réseaux d’eau municipaux. Le dioxyde de manganèse catalyse la décomposition du peroxyde d’hydrogène dans les procédés industriels et sert de catalyseur d’oxydation dans la synthèse de produits chimiques organiques.
D’où il vient
950 mg/kg de la croûte terrestre · plus abondant que 90 % des éléments
Le manganèse se forme par des processus de combustion de l’oxygène dans les étoiles massives et par des réactions de capture de neutrons au cours de l’évolution stellaire. Son abondance cosmique reflète la stabilité nucléaire du manganèse et sa formation par plusieurs voies de nucléosynthèse, à la fois lors de la fusion stellaire ordinaire et des explosions de supernovae.
La croûte terrestre contient environ 1,050 parties par million de manganèse, ce qui en fait le 12e élément le plus abondant. Cette forte concentration explique la présence généralisée du manganèse dans les roches, les sols et les systèmes aquatiques, où il contribue aux processus géologiques et aux fonctions biologiques.
Les gisements sédimentaires de manganèse, formés par précipitation chimique dans les océans anciens, représentent 80 % des réserves mondiales. Le bassin manganésifère du Kalahari, en Afrique du Sud, contient les plus grands gisements à haute teneur du monde, formés par des processus hydrothermaux et sédimentaires. La région de Pilbara en Australie abrite d’importantes ressources de manganèse dans des formations de fer rubanées.
Les nodules de manganèse qui couvrent de vastes zones des grands fonds océaniques représentent d’énormes ressources potentielles : ils contiennent 24-30 % de manganèse ainsi que du nickel, du cuivre et du cobalt. Ces concrétions de la taille d’une pomme de terre se forment par des processus de précipitation extrêmement lents sur des millions d’années, bien que l’exploitation minière des grands fonds reste difficile sur les plans technologique et environnemental.
Le manganèse participe activement aux cycles biogéochimiques de la Terre en tant qu’élément essentiel à la photosynthèse et au fonctionnement des enzymes chez tous les organismes vivants. La disponibilité du manganèse dans les sols influe sur la croissance des plantes et la productivité agricole, tandis que le cycle marin du manganèse influence la chimie et la productivité des océans.
Manipulation
La toxicité du manganèse affecte principalement le système nerveux central, provoquant le manganisme : une affection semblable à la maladie de Parkinson due à une exposition chronique par inhalation. Bien que le manganèse soit essentiel à la santé, l’exposition professionnelle exige une surveillance et un contrôle rigoureux.
Une exposition chronique au manganèse provoque des lésions neurologiques irréversibles, notamment des tremblements, une rigidité musculaire et des symptômes psychiatriques. La production de ferromanganèse et les opérations de soudage présentent les risques d’exposition les plus élevés par inhalation de poussières et de fumées contenant du manganèse.
La protection respiratoire, la ventilation locale par aspiration et la surveillance biologique des taux de manganèse dans le sang et l’urine contribuent à prévenir les lésions neurologiques. Une détection précoce et une réduction de l’exposition peuvent empêcher la progression des symptômes du manganisme.
Réponses rapides
Manganèse (symbole Mn) est l’élément 25 du tableau périodique, un Métal de transition de la période 4, du groupe 7. Essentiel à l’état de traces, cassant en grande quantité et raison pour laquelle votre acier ne se brise pas dans le froid. À température ambiante, c’est un solide.
[Ar] 3d⁵ 4s² ; elle comporte 4 couches occupées, avec la répartition 2, 8, 13, 2.Manganèse fond à 1519 K (1245.9 °C) et bout à 2334 K (2060.9 °C).
La masse atomique standard de Manganèse est de 54.938 u. Il s’agit d’une moyenne pondérée de ses isotopes présents naturellement, ce qui explique qu’elle soit rarement un nombre entier.
Manganèse a une masse volumique de 7.21 g/cm³. L’eau a une masse volumique de 1.0 g/cm³ ; un bloc de Manganèse est donc environ 7.2× plus lourd.
Manganèse a une électronégativité de Pauling de 1.55. L’échelle va de 0.70 (le francium, le moins attiré par les électrons) à 3.98 (le fluor, le plus attiré). Les valeurs de cette plage intermédiaire tendent à former des liaisons covalentes plutôt que des liaisons fortement ioniques.
Manganèse a été découvert en 1774 par Johan Gottlieb Gahn. Il porte le nom de latin magnes, « aimant ».
Manganèse constitue environ 950 mg/kg de la croûte terrestre — suffisamment courant pour être extrait à grande échelle.