Mn · Elemento 25 · Metallo di transizione
Essenziale in tracce, fragile in quantità elevate e il motivo per cui il vostro acciaio non si frantuma al freddo.
Struttura
Non è un diagramma di punti su gusci — è un campione Monte Carlo dell'effettiva densità di probabilità |ψ|² per ogni sottoguscio occupato. Trascinate per ruotare. Il blu e il violetto indicano i segni opposti della funzione d'onda, che rendono possibile la formazione dei legami.
Valori misurati
Ogni barra mostra dove si colloca manganese tra tutti i 118 elementi per quella proprietà.
Fonti: masse atomiche standard IUPAC 2021 · CRC Handbook of Chemistry and Physics · NIST. I valori contrassegnati con ~ sono previsti anziché misurati.
Dimensioni, in scala
Raggio 127 pm — cioè 0,127 nm, quindi ne servirebbero circa 3,94 milioni affiancati per coprire un millimetro.
Intervallo termico
Manganese è liquido in un intervallo di 815 K, da 1519 K a 2334 K.
Dove si trova
Manganese si trova nel periodo 4, gruppo 7. Tutti gli elementi del gruppo 7 hanno lo stesso numero di elettroni esterni, per questo si comportano in modo così simile.
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Tutti i metalli di transizioneLa storia
Il manganese è l'eroe invisibile della produzione dell'acciaio e l'ingrediente segreto che fa funzionare la batteria del vostro smartphone. Questo metallo duro, fragile e grigio-argenteo è assolutamente essenziale per la civiltà moderna: praticamente tutto l'acciaio contiene manganese e, senza di esso, le nostre infrastrutture crollerebbero letteralmente. Nonostante sia il dodicesimo elemento più abbondante sulla Terra, il manganese passa spesso inosservato, anche se si trova in tutto, dalle travi d'acciaio dei grattacieli alle batterie delle auto elettriche. Scoperto nel 1774 dal chimico svedese Johan Gottlieb Gahn, il manganese fu inizialmente confuso con il magnesio e il ferro a causa delle loro proprietà simili. Il nome deriva dal latino "magnes", che significa magnete, anche se il manganese puro è in realtà solo debolmente magnetico. Ciò che rende questo elemento assolutamente fondamentale è la sua capacità di rimuovere le impurità di zolfo e ossigeno dall'acciaio, agendo come una squadra di pulizia molecolare durante il processo di produzione dell'acciaio. Ecco qualcosa di sorprendente: il manganese presenta più stati di ossidazione di quasi ogni altro elemento, da -3 a +7. Questa straordinaria versatilità lo rende utile in applicazioni che vanno dal vetro viola (Mn³⁺) ai potenti agenti ossidanti come il permanganato di potassio (Mn⁷⁺), che può disinfettare l'acqua e trattare le ferite. Il manganese svolge un ruolo fondamentale anche in biologia. È un oligoelemento essenziale per tutti gli esseri viventi: aiuta le piante a svolgere la fotosintesi e consente agli esseri umani di metabolizzare carboidrati e grassi. Gli enzimi contenenti manganese sono fondamentali per la formazione delle ossa, la guarigione delle ferite e la protezione antiossidante. Una carenza può causare anomalie scheletriche e problemi riproduttivi. Il fondale oceanico è letteralmente ricoperto da migliaia di miliardi di tonnellate di noduli di manganese: rocce delle dimensioni di una patata contenenti manganese, ferro, nichel e rame, formatesi nel corso di milioni di anni. Questi noduli potrebbero rappresentare il futuro dell'estrazione mineraria in acque profonde, anche se le implicazioni ambientali sono ancora in fase di studio.
Johan Gottlieb Gahn isolò il manganese metallico nel 1774 attraverso la riduzione del diossido di manganese con il carbonio, anche se l'elemento era stato riconosciuto in precedenza da Carl Wilhelm Scheele e da altri. L'approccio sistematico di Gahn stabilì che il manganese era un elemento distinto, piuttosto che una forma di ferro o di altri metalli conosciuti.
La produzione commerciale di manganese ebbe inizio con la fusione del ferromanganese negli anni 1840, rivoluzionando la produzione dell'acciaio. Lo sviluppo dei forni ad arco elettrico nei primi anni del Novecento permise una produzione efficiente delle leghe di manganese, sostenendo la rapida espansione dell'industria siderurgica durante l'industrializzazione.
Applicazioni
Il manganese è il partner essenziale dell'acciaio: rimuove zolfo e ossigeno nocivi e rafforza le leghe di ferro che costruiscono il nostro mondo moderno. Questo elemento versatile permette di realizzare qualsiasi cosa, dai binari ferroviari alle lattine per bevande in alluminio, grazie alle sue proprietà metallurgiche e chimiche uniche.
Il ferromanganese, contenente il 75-80% di manganese, è il principale disossidante e desolforante dell'acciaio e rimuove le impurità che altrimenti causerebbero fragilità e criccatura a caldo. Ogni tonnellata di acciaio richiede 6-9 kg di manganese, rendendo la produzione dell'acciaio il maggiore consumatore mondiale di manganese. L'acciaio al manganese, contenente l'11-14% di manganese, presenta straordinarie proprietà di incrudimento, ideali per attrezzature minerarie, passaggi a livello e corazze militari, dove la resistenza agli urti è fondamentale.
Le leghe di alluminio della serie 3000, contenenti lo 0,8-1,5% di manganese, offrono un'eccellente resistenza alla corrosione e formabilità per lattine per bevande, pannelli della carrozzeria e applicazioni architettoniche. Il manganese impedisce la crescita dei grani durante la lavorazione dell'alluminio, mantenendo la resistenza e prevenendo difetti superficiali a buccia d'arancia durante le operazioni di formatura.
Le batterie alcaline utilizzano catodi di diossido di manganese (MnO₂), che forniscono un'uscita affidabile di 1,5 V grazie alla capacità del manganese di accettare elettroni durante la scarica. Le batterie agli ioni di litio utilizzano sempre più catodi a base di manganese (LiMn₂O₄) per migliorare la sicurezza e la stabilità termica nelle applicazioni dei veicoli elettrici; il manganese aiuta a prevenire condizioni di fuga termica.
Il permanganato di potassio (KMnO₄) è un potente agente ossidante per il trattamento dell'acqua e rimuove ferro, manganese e contaminanti organici dalle forniture idriche municipali. Il diossido di manganese catalizza la decomposizione del perossido di idrogeno nei processi industriali e funge da catalizzatore di ossidazione nella sintesi di sostanze chimiche organiche.
Da dove proviene
950 mg/kg della crosta terrestre · più abbondante del 90% degli elementi
Il manganese si forma attraverso processi di combustione dell'ossigeno nelle stelle massicce e reazioni di cattura dei neutroni durante l'evoluzione stellare. La sua abbondanza cosmica riflette la stabilità nucleare del manganese e la sua formazione attraverso molteplici percorsi di nucleosintesi, sia nella normale fusione stellare sia negli eventi esplosivi delle supernove.
La crosta terrestre contiene circa 1.050 parti per milione di manganese, rendendolo il dodicesimo elemento più abbondante. Questa elevata concentrazione permette un'ampia presenza del manganese nelle rocce, nei suoli e nei sistemi idrici, sostenendo sia i processi geologici sia le funzioni biologiche.
I giacimenti sedimentari di manganese, formatisi attraverso la precipitazione chimica negli antichi oceani, rappresentano l'80% delle riserve mondiali. Il campo di manganese del Kalahari in Sudafrica contiene i più grandi giacimenti ad alta concentrazione del mondo, formatisi attraverso processi idrotermali e sedimentari. La regione australiana di Pilbara ospita importanti risorse di manganese in formazioni ferrifere a bande.
I noduli di manganese che ricoprono vaste aree dei fondali oceanici profondi rappresentano enormi risorse potenziali e contengono il 24-30% di manganese insieme a nichel, rame e cobalto. Queste concrezioni delle dimensioni di una patata si formano attraverso processi di precipitazione estremamente lenti nel corso di milioni di anni, anche se l'estrazione mineraria in acque profonde rimane tecnologicamente e ambientalmente complessa.
Il manganese partecipa attivamente ai cicli biogeochimici della Terra come elemento essenziale per la fotosintesi e la funzione enzimatica in tutti gli organismi viventi. La disponibilità di manganese nel suolo influisce sulla crescita delle piante e sulla produttività agricola, mentre il ciclo marino del manganese influenza la chimica e la produttività degli oceani.
Manipolazione
La tossicità del manganese colpisce principalmente il sistema nervoso centrale, causando il manganismo, una condizione simile al Parkinson dovuta all'esposizione cronica per inalazione. Sebbene il manganese sia essenziale per la salute, l'esposizione professionale richiede un attento monitoraggio e controllo.
L'esposizione cronica al manganese causa danni neurologici irreversibili, inclusi tremori, rigidità muscolare e sintomi psichiatrici. La produzione di ferromanganese e le operazioni di saldatura presentano i rischi di esposizione più elevati attraverso l'inalazione di polveri e fumi contenenti manganese.
La protezione delle vie respiratorie, la ventilazione locale aspirante e il monitoraggio biologico attraverso i livelli di manganese nel sangue e nelle urine aiutano a prevenire i danni neurologici. L'individuazione precoce e la riduzione dell'esposizione possono impedire la progressione dei sintomi del manganismo.
Risposte rapide
Manganese (simbolo Mn) è l'elemento 25 nella tavola periodica, appartenente a Metallo di transizione nel periodo 4, gruppo 7. Essenziale in tracce, fragile in quantità elevate e il motivo per cui il vostro acciaio non si frantuma al freddo. A temperatura ambiente è un solido.
[Ar] 3d⁵ 4s², con 4 gusci occupati e la distribuzione 2, 8, 13, 2.Manganese fonde a 1519 K (1245.9 °C) ed entra in ebollizione a 2334 K (2060.9 °C).
La massa atomica standard di Manganese è 54.938 u. Si tratta di una media ponderata dei suoi isotopi presenti in natura, per questo raramente è un numero intero.
Manganese ha una densità di 7.21 g/cm³. L'acqua ha una densità di 1.0 g/cm³, quindi un blocco di Manganese è circa 7.2× più pesante.
Manganese ha un'elettronegatività di Pauling pari a 1.55. La scala va da 0.70 (francio, il meno incline ad attirare elettroni) a 3.98 (fluoro, il più incline). I valori in questa fascia intermedia tendono a formare legami covalenti anziché legami fortemente ionici.
Manganese è stato scoperto nel 1774 da Johan Gottlieb Gahn. Prende il nome da dal latino magnes, "magnete".
Manganese costituisce informazioni 950 mg/kg della crosta terrestre: è abbastanza comune da poter essere estratto su larga scala.