Přeskočit na obsah

Mangan

Z Infopedia

Šablona:Infobox - prvek Mangan (chemická značka Mn, latinsky Manganum) je stříbřitě šedý, tvrdý a velmi křehký kov. Patří mezi přechodné kovy a v periodické tabulce se nachází v 7. skupině. Je dvanáctým nejrozšířenějším prvkem v zemské kůře. Využívá se především v metalurgii jako přísada do slitin, zejména při výrobě oceli, a také v bateriích, keramice a jako katalyzátor. Pro živé organismy, včetně člověka, je esenciálním stopovým prvkem, avšak ve vyšších koncentracích je toxický.

⏳ Historie

Sloučeniny manganu jsou lidstvu známy od pravěku. Oxid manganičitý (MnO2), známý jako burel, se používal již před 17 000 lety jako pigment v jeskynních malbách. Egypťané a Římané využívali burel při výrobě skla k jeho odbarvení nebo naopak k zabarvení.

Dlouho byl burel považován za odrůdu magnetitu (magnes). Teprve v 18. století chemici rozpoznali, že obsahuje nový prvek. Za objevitele manganu jsou považováni švédští chemici Carl Wilhelm Scheele a Torbern Olof Bergman, kteří v roce 1774 teoreticky prokázali jeho existenci. Ještě téhož roku se jejich žákovi Johanu Gottliebu Gahnovi podařilo poprvé izolovat nečistý kovový mangan redukcí burelu uhlíkem při vysoké teplotě.

Název "mangan" je odvozen z latinského slova magnesia nigra (černá magnézie), což byl původní název pro burel, aby se odlišil od magnesia alba (bílá magnézie, oxid hořečnatý). Velmi čistý mangan byl vyroben až ve 30. letech 20. století pomocí elektrolýzy.

⚛️ Fyzikálně-chemické vlastnosti

Mangan je stříbřitě bílý, lesklý kov, který se podobá železu, ale je tvrdší a mnohem křehčí. Existuje v několika alotropických modifikacích, z nichž nejběžnější jsou α-mangan (stabilní za pokojové teploty, tvrdý a křehký) a γ-mangan (vzniká při elektrolýze, je měkký a tažný).

Je to poměrně reaktivní prvek. Na vzduchu pomalu koroduje a pokrývá se tenkou vrstvou oxidu. Reaguje se zředěnými kyselinami za vývoje vodíku. S vodou reaguje jen velmi pomalu za studena, ale při vyšší teplotě reaguje s vodní párou. Ve sloučeninách se vyskytuje v široké škále oxidačních čísel, od -3 až po +7. Nejstabilnější a nejběžnější jsou sloučeniny s oxidačními čísly +2, +4 a +7. Sloučeniny manganu jsou často barevné, přičemž barva závisí na oxidačním stavu.

🌍 Výskyt a výroba

Mangan je 12. nejrozšířenějším prvkem v zemské kůře, kde jeho obsah činí přibližně 0,1 %. V přírodě se téměř nikdy nenachází jako ryzí kov, ale je součástí více než 300 různých minerálů. Mezi nejdůležitější manganové rudy patří:

Významná ložiska manganových rud se nacházejí v Jihoafrické republice, Číně, Austrálii, Brazílii, Gabonu a Indii. Značné zásoby manganu jsou také ve formě manganových konkrecí na dnech oceánů, jejich těžba však v současnosti není ekonomicky rentabilní. V České republice se nachází významné ložisko manganu v odkalištích po těžbě pyritu u Chvaletic, kde se plánuje zahájení recyklace a výroby vysoce čistého manganu pro baterie kolem roku 2028.

Výroba manganu probíhá několika způsoby. Pro metalurgické účely se nejčastěji vyrábí feromangan, slitina železa a manganu, a to redukcí směsi oxidů železa a manganu koksem ve vysoké peci. Čistý kovový mangan se získává aluminotermickou redukcí oxidu Mn3O4 nebo elektrolýzou roztoků síranu manganatého.

🏭 Využití

Přibližně 90-95 % celosvětové produkce manganu se spotřebuje v ocelářství.

  • Výroba oceli: Mangan je klíčovou přísadou při výrobě oceli. Působí jako deoxidační a odsiřovací činidlo, čímž zlepšuje její kvalitu. Zároveň zvyšuje pevnost, tvrdost a odolnost oceli proti opotřebení.
  • Slitiny: Mangan tvoří důležité slitiny i s jinými kovy. Slitiny hliníku s manganem jsou odolnější vůči korozi a používají se například v potravinářských plechovkách. Manganové bronzy mají vysokou pevnost.
  • Baterie: Oxid manganičitý (burel) je tradiční složkou suchých galvanických článků (baterií) jako depolarizátor. Moderní lithium-iontové baterie, zejména typu NMC (nikl-mangan-kobalt), využívají vysoce čisté sloučeniny manganu v katodě, což je klíčové pro rozvoj elektromobility.
  • Chemický průmysl: Sloučeniny manganu slouží jako silná oxidační činidla, katalyzátory a pigmenty. Manganistan draselný (KMnO4), známý jako hypermangan, se používá k dezinfekci díky svým silným oxidačním vlastnostem.
  • Sklářství a keramika: Mangan se používá k barvení skla a keramiky na fialovo, hnědě nebo černě, případně k odbarvování skla znečištěného železem.

🔬 Vysvětlení pro laiky

Představte si mangan jako superhrdinského pomocníka pro jiné materiály, hlavně pro ocel. Ocel je jako těsto na chléb a mangan je přísada, která ho udělá pevnějším a odolnějším, aby se jen tak nerozbilo. Je to jako přidat do těsta semínka, která ho zpevní.

Další skvělou vlastností manganu je jeho role v bateriích. V klasických tužkových bateriích funguje jako "uklízeč", který pomáhá udržovat správný tok elektřiny. A v moderních bateriích pro elektromobily je jednou z klíčových ingrediencí, která jim dává sílu a výdrž, aby auto dojelo co nejdál.

I naše tělo potřebuje trošičku manganu, podobně jako potřebuje vitamíny. Pomáhá nám stavět pevné kosti a udržovat zdravý mozek. Ale stejně jako u sladkostí, i tady platí – všeho s mírou. Příliš mnoho manganu může být škodlivé.

🌿 Biologický význam

Mangan je esenciální stopový prvek pro všechny živé organismy. V lidském těle dospělého člověka se nachází přibližně 10–20 mg manganu, nejvíce v kostech, játrech, ledvinách a slinivce břišní.

Je součástí nebo aktivátorem mnoha enzymů a podílí se na klíčových procesech:

Doporučený denní příjem pro dospělé se pohybuje kolem 1,8–2,3 mg. Zdrojem manganu v potravě jsou především celozrnné obiloviny, ořechy, luštěniny, listová zelenina, čaj a ananas.

☠️ Toxicita a bezpečnost

Zatímco příjem manganu z potravy je bezpečný, dlouhodobé vdechování prachu s vysokým obsahem manganu, typicky v průmyslovém prostředí jako jsou doly nebo slévárny, může vést k otravě zvané manganismus. Jedná se o vážné neurodegenerativní onemocnění s příznaky podobnými Parkinsonově chorobě, jako jsou třes, svalová ztuhlost a psychické poruchy.

Akutní otrava může nastat po požití velkého množství sloučenin, například manganistanu draselného, což vede k poleptání trávicího traktu. Zvýšené koncentrace manganu v pitné vodě mohou také představovat zdravotní riziko, zejména pro děti, a způsobovat technické problémy, jako je zanášení potrubí a skvrny na prádle.

🧪 Významné sloučeniny

  • Oxid manganičitý (MnO2): Nejběžnější sloučenina manganu, černý prášek známý jako burel. Používá se v bateriích, jako pigment a katalyzátor.
  • Manganistan draselný (KMnO4): Tmavě fialová krystalická látka, známá jako hypermangan. Je to silné oxidační činidlo používané k dezinfekci, v chemické analýze (manganometrie) a v medicíně.
  • Síran manganatý (MnSO4): Světle růžová krystalická látka, která je výchozí surovinou pro elektrolytickou výrobu čistého manganu a pro výrobu vysoce čistých produktů pro baterie.
  • Chlorid manganatý (MnCl2): Růžová krystalická látka, používaná jako prekurzor pro další sloučeniny manganu.

Zdroje

Wikipedie - Mangan Arnika.org - Mangan Periodická video tabulka prvků - Mangan Ped.muni.cz - Historie objevu manganu MANGAN Chvaletice - O manganu MANGAN Chvaletice - Představení projektu ```

Citováno z „https://infopedia.cz/index.php?title=Mangan&oldid=11637“