25 Mn マンガン 54.938
遷移金属 d-block Period 4 Group 7

マンガン

Mn · Element 25 · Manganese group

Essential in trace amounts, brittle in bulk, and the reason your steel does not shatter in the cold.

20°Cでの状態 固体
原子量 54.938 u
ELECTRON CONFIGURATION [Ar] 3d⁵ 4s²

構造

マンガン原子

環の上の点を示す図ではありません。占有された各副殻の実際の確率密度|ψ|²をモンテカルロ法でサンプリングしたものです。ドラッグして回転できます。青と紫は波動関数の反対の符号を示しており、それによって結合が可能になります。

軌道雲

測定値

性質一覧

各バーは、その性質についてマンガンが118元素の中でどこに位置するかを示しています。

物理的

密度 7.21 g/cm³ 45%
融点 1519 K 65%
沸点 2334 K 49%
比熱 0.479 J/g·K
熱伝導率 7.82 W/m·K 21%

原子

原子半径 127 pm 19%
共有結合半径 139 pm
ファンデルワールス半径 197 pm

電子

電気陰性度 1.55 47%
イオン化エネルギー 716.9 kJ/mol 55%
電子親和力

存在

地殻中の存在度 950 mg/kg 90%

同定

元素記号Mn
原子番号25
原子量54.938 u
分類遷移金属
ブロックd
結晶構造体心立方構造
酸化数-3, -1, 0, +1, +2, +3, +4, +5, +6, +7
発見年1774
発見者Johan Gottlieb Gahn

出典:IUPAC 2021標準原子量 · CRC Handbook of Chemistry and Physics · NIST。~が付いた値は、測定値ではなく予測値です。

縮尺どおりの大きさ

How big is a マンガン atom?

Radius 127 pm — that is 0.127 nm, so about 3937 million of them side by side would span a millimetre.

熱範囲

Solid, liquid, gas — and when

マンガン is liquid over a 815 K window, from 1519 K to 2334 K.

位置

表での位置

マンガン sits in period 4, group 7. Everything in group 7 shares the same outer-electron count, which is why they behave so similarly.

OTHER 遷移金属

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物語

マンガンとは何か、そしてどのように発見されたか

マンガンは製鉄業の知られざる立役者であり、スマートフォンの電池を動かす秘密の成分です。この硬くてもろい銀灰色の金属は、現代文明にとって不可欠です。ほぼすべての鋼鉄にはマンガンが含まれており、マンガンがなければ私たちのインフラは文字どおり崩れてしまいます。地球上で12番目に存在度の高い元素であるにもかかわらず、マンガンは超高層ビルの鉄骨から電気自動車の電池まで、あらゆるものに含まれているのに見過ごされがちです。 1774年、スウェーデンの化学者Johan Gottlieb Gahnによって発見されたマンガンは、性質が似ていたため、当初はマグネシウムや鉄と混同されていました。名前は磁石を意味するラテン語の「magnes」に由来しますが、純粋なマンガンは実際には弱い磁性しか示しません。この元素が極めて重要なのは、製鉄の過程で分子レベルの清掃班のように働き、鋼鉄から硫黄や酸素の不純物を取り除く能力があるためです。 驚くべきことに、マンガンはほかのほとんどの元素よりも多くの酸化数をもち、-3から+7まで変化します。この驚異的な多用途性により、紫色のガラス(Mn³⁺)から、過マンガン酸カリウム(Mn⁷⁺)のような強力な酸化剤まで、さまざまな用途があります。過マンガン酸カリウムは水の消毒や傷の処置に使用できます。 マンガンは生物学においても重要な役割を果たします。すべての生物にとって必須の微量元素であり、植物の光合成を助け、人間が炭水化物や脂肪を処理できるようにします。マンガンを含む酵素は、骨の形成、傷の治癒、抗酸化防御に不可欠です。欠乏すると、骨格異常や生殖上の問題を引き起こすことがあります。 海底には、何兆トンものマンガン団塊が文字どおり覆い尽くしています。これらは、数百万年かけて成長した、マンガン、鉄、ニッケル、銅を含むジャガイモほどの大きさの岩石です。これらの団塊は深海採鉱の未来となる可能性がありますが、環境への影響については現在も研究が進められています。

The discovery of マンガン

スウェーデンでの発見

Johan Gottlieb Gahnは1774年、二酸化マンガンを炭素で還元して金属マンガンを単離しました。ただし、この元素はそれ以前にCarl Wilhelm Scheeleらによって認識されていました。Gahnの体系的な研究により、マンガンは鉄やその他の既知の金属の一種ではなく、独立した元素として確立されました。

産業発展

商業的なマンガン生産は1840年代にフェロマンガンの製錬によって始まり、製鋼に革命をもたらしました。1900年代初頭に電気アーク炉が発展すると、マンガン合金を効率よく生産できるようになり、工業化の進展に伴う鉄鋼業の急速な拡大を支えました。

用途

マンガンの用途

マンガン:鋼鉄の浄化剤

マンガンは鋼鉄に不可欠な相棒として働き、有害な硫黄や酸素を取り除くとともに、現代社会を支える鉄合金を強化します。この多用途な元素は、独自の冶金学的および化学的性質によって、鉄道のレールからアルミニウム製飲料缶まで、さまざまな製品を可能にしています。

製鋼に不可欠

フェロマンガンは75-80%のマンガンを含み、鋼鉄の主な脱酸剤および脱硫剤として働きます。そうでなければ脆化や高温割れを引き起こす不純物を取り除くためです。鋼鉄1トンの製造には6-9 kgのマンガンが必要であり、製鋼は世界最大のマンガン消費分野です。11-14%のマンガンを含むマンガン鋼は、非常に優れた加工硬化性を示します。そのため、衝撃への耐性が重要な鉱山設備、鉄道踏切、軍用装甲に適しています。

アルミニウム合金への用途

0.8-1.5%のマンガンを含む3000系アルミニウム合金は、飲料缶、自動車の車体パネル、建築用途に優れた耐食性と成形性をもたらします。マンガンはアルミニウムの加工中に結晶粒の成長を防ぎ、強度を維持するとともに、成形時のオレンジピール状の表面欠陥を防ぎます。

電池技術

アルカリ電池は二酸化マンガン(MnO₂)正極を利用し、放電時にマンガンが電子を受け取る能力によって、安定した1.5Vの出力を生み出します。リチウムイオン電池では、電気自動車用途における安全性と熱安定性を高めるため、マンガン系正極(LiMn₂O₄)の利用が増えています。マンガンは熱暴走の発生を防ぐのに役立ちます。

化学触媒

過マンガン酸カリウム(KMnO₄)は強力な酸化剤として水処理に用いられ、自治体の水道水から鉄、マンガン、有機汚染物質を取り除きます。二酸化マンガンは工業工程で過酸化水素の分解を触媒し、有機化学合成では酸化触媒として働きます。

マンガン:現代生活を支える元素

  • 鋼鉄と建設
    • すべての鋼鉄製造(脱酸剤および強化剤)
    • 鉄道のレールと重建設機械
    • 鉱山設備と破砕機械
    • 軍用装甲と弾道防護
  • アルミニウム製品
    • 飲料缶(Coca-Cola、Pepsi、ビール缶)
    • 自動車の車体パネルとトリム
    • 建物のファサードと屋根システム
    • 海洋用途と船体
  • 電池と電子機器
    • アルカリ電池(AA、AAA、Dセル)
    • 電気自動車用電池の正極
    • 充電式電池システム
    • 電子機器の電源
  • 化学工業
    • 水処理および浄化システム
    • 工業的酸化工程
    • ラボ用分析試薬
    • 特殊化学品の製造
  • 農業と健康
    • 動物用飼料のサプリメント(必須栄養素)
    • 肥料と土壌改良剤
    • 栄養補助食品
    • 医療画像用造影剤

由来

天然での存在

950 mg/kg of Earth's crust · more abundant than 90% of elements

マンガン:豊富で不可欠

マンガンは、巨大な恒星での酸素燃焼過程や、恒星進化中の中性子捕獲反応によって形成されます。その宇宙における存在度は、マンガンの核安定性と、通常の恒星融合および爆発的な超新星現象の両方で複数の元素合成経路を通じて形成されることを反映しています。

地球上での存在度

地殻には約1,050 ppmのマンガンが含まれており、12番目に存在度の高い元素です。この高い濃度により、岩石、土壌、水系にマンガンが広く存在し、地質学的過程と生物学的機能の両方を支えています。

主なマンガン鉱床

堆積性マンガン鉱床は、古代の海洋での化学的沈殿によって形成され、世界の埋蔵量の80%を占めています。南アフリカのカラハリ・マンガン鉱床には、熱水作用と堆積過程によって形成された、世界最大の高品位鉱床があります。オーストラリアのピルバラ地域には、縞状鉄鉱層中に大規模なマンガン資源が存在します。

海底資源

深海底の広大な範囲を覆うマンガン団塊は、非常に大きな資源となる可能性があります。これらは24-30%のマンガンに加え、ニッケル、銅、コバルトを含んでいます。このジャガイモほどの大きさの団塊は、数百万年にわたる極めてゆっくりとした沈殿過程によって形成されますが、深海採鉱は技術的にも環境面でも依然として困難です。

生物地球化学的循環

マンガンは、すべての生物における光合成と酵素機能に必須の元素として、地球の生物地球化学的循環に積極的に関与しています。土壌中のマンガンの利用可能性は植物の成長と農業生産性に影響し、海洋におけるマンガン循環は海洋の化学的性質と生産性に影響を与えます。

取り扱い

安全性

マンガンの安全性:神経学的な懸念

マンガン中毒は主に中枢神経系に影響し、慢性的な吸入曝露によってマンガン中毒症というパーキンソン病に似た状態を引き起こします。マンガンは健康に不可欠ですが、職業上の曝露には注意深い監視と管理が必要です。

健康への影響

慢性的なマンガン曝露は、震え、筋肉のこわばり、精神症状など、不可逆的な神経学的損傷を引き起こします。フェロマンガン製造溶接作業では、マンガンを含む粉じんやヒュームを吸入するため、曝露リスクが最も高くなります。

曝露限界

  • OSHA PEL:マンガン化合物について5 mg/m³の天井値
  • NIOSH REL:マンガンの粉じんおよび化合物について1 mg/m³(10時間TWA)
  • ACGIH TLV:マンガンおよび無機化合物について0.02 mg/m³(吸入性画分)

安全対策

呼吸用保護具、局所排気換気、血液および尿中のマンガン濃度による生物学的モニタリングは、神経学的損傷の予防に役立ちます。早期発見と曝露の低減により、マンガン中毒症の症状の進行を防ぐことができます。

簡単な回答

マンガン:よくある質問

What is マンガン?

マンガン (symbol Mn) is element 25 on the periodic table, a 遷移金属 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.

What is the electron configuration of マンガン?

マンガン's ground-state electron configuration is [Ar] 3d⁵ 4s², giving 4 occupied shells holding 2, 8, 13, 2 electrons respectively.

What are the melting and boiling points of マンガン?

マンガン melts at 1519 K (1245.9 °C) and boils at 2334 K (2060.9 °C).

What is the atomic mass of マンガン?

The standard atomic weight of マンガン is 54.938 u. That is a weighted average across its naturally occurring isotopes, which is why it is rarely a whole number.

How dense is マンガン?

マンガン has a density of 7.21 g/cm³. Water is 1.0 g/cm³, so a block of マンガン is about 7.2× heavier.

What is the electronegativity of マンガン?

マンガン 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.

Who discovered マンガン, and when?

マンガン was discovered in 1774 by Johan Gottlieb Gahn. It is named after latin magnes, "magnet".

How common is マンガン on Earth?

マンガン makes up about 950 mg/kg of the Earth's crust — common enough to be mined at scale.