Manganese

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Manganese
Aspetto
Aspetto dell'elemento
argenteo, metallico
Generalità
Nome, simbolo, numero atomico manganese, Mn, 25
Serie metalli del blocco d
Gruppo, periodo, blocco 7, 4,
Densità 7470 kg/m3
Durezza 6,0
Configurazione elettronica
Configurazione elettronica
Proprietà atomiche
Peso atomico 54,938049 amu
Raggio atomico (calc.) 140 (161) pm
Raggio covalente 139 pm
Configurazione elettronica [Ar]3d54s2
e per livello energetico 2, 8, 13, 2
Stati di ossidazione 7, 6, 4, 2, 3 (acido forte)
Struttura cristallina cubica a corpo centrato
Proprietà fisiche
Stato della materia solido
(solitamente non magnetico)
Punto di fusione 1517 K (1244 °C)
Punto di ebollizione 2235 K (1962 °C)
Volume molare 7,35 × 10-6  m3/mol
Entalpia di vaporizzazione 226 kJ/mol
Calore di fusione 12,05 kJ/mol
Tensione di vapore 121 Pa a 1517 K
Velocità del suono 5150 m/s a 293.15 K
Altre proprietà
Numero CAS 7439-96-5
Elettronegatività 1,55 (scala di Pauling)
Calore specifico 480 J/(kg*K)
Conducibilità elettrica 0,695 × 106 /(m·ohm)
Conducibilità termica 7,82 W/(m*K)
Energia di prima ionizzazione 717,3 kJ/mol
Energia di seconda ionizzazione 1509 kJ/mol
Energia di terza ionizzazione 3248 kJ/mol
Energia di quarta ionizzazione 4940 kJ/mol
Energia di quinta ionizzazione 6990 kJ/mol
Energia di sesta ionizzazione 9220 kJ/mol
Energia di settima ionizzazione 11500 kJ/mol
Isotopi più stabili
iso NA TD DM DE DP
52Mn sintetico 5,591 giorni ε 4,712 52Cr
53Mn sintetico 3,74 milioni
di anni
ε 0,597 53Cr
54Mn sintetico 312,3 giorni ε
β-
1,377
0,697
54Cr
54Fe
55Mn 100% Mn è stabile con 30 neutroni
iso: isotopo
NA: abbondanza in natura
TD: tempo di dimezzamento
DM: modalità di decadimento
DE: energia di decadimento in MeV
DP: prodotto del decadimento

Il manganese è un metallo, è l'elemento chimico nella tavola periodica che ha simbolo Mn e numero atomico 25.

Caratteristiche principali[modifica | modifica sorgente]

Alcuni frammenti di manganese puro (99,99 %), raffinato per elettrolisi.

Il manganese è un metallo grigio-bianco, di aspetto simile al ferro; è duro e molto fragile, si può fondere solo con difficoltà e si ossida molto facilmente. Il manganese metallico diventa ferromagnetico solo dopo un trattamento specifico.

Gli stati di ossidazione più comuni del manganese sono +2, +3, +4, +6 e +7, sebbene sia stato osservato in tutti gli stati di ossidazione da +1 a +7. Lo ione Mn2+ compete spesso con quello Mg2+ nei sistemi biologici, e i composti del manganese in cui il manganese ha stato di ossidazione +7 sono dei potenti ossidanti.

Applicazioni[modifica | modifica sorgente]

Manganite, un ossido di manganese

Il manganese è essenziale nella produzione di ferro e acciaio in virtù delle sue proprietà desolforanti, deossigenanti e leganti.

  • La produzione dell'acciaio e altri materiali ferrosi assorbe attualmente dall'85% al 90% della produzione mondiale di manganese: fra le altre cose, il manganese è un componente chiave per gli acciai inossidabili a basso costo e per alcune leghe di alluminio di largo impiego.
  • Il diossido di manganese è usato come catalizzatore e nei primi tipi di pile e batterie a secco.
  • L'ossido di manganese invece è un pigmento marrone che si usa per vernici e nelle terre naturali (es: terra di siena, terra di siena bruciata).
  • Il permanganato di potassio è un potente ossidante molto usato in chimica, e in medicina come disinfettante.
  • Il manganese si usa anche per decolorare il vetro, per togliere la tinta verdastra conferitagli dalle impurità di ferro: in concentrazioni molto alte dona al vetro un colore violetto.

Il manganese non ha sostituti adatti per le sue applicazioni principali.

In chimica organica è anche utilizzato come catalizzatore in reazioni come l'epossidazione di Jacobsen.

Storia[modifica | modifica sorgente]

Il manganese è stato usato fin dalla preistoria: pigmenti a base di diossido di manganese sono stati ritrovati in pitture rupestri di 17.000 anni fa. Gli Egizi e i Romani usavano composti di manganese nella fabbricazione del vetro, per renderlo incolore o per colorarlo di viola; il minerale di ferro che usavano gli Spartani per fabbricare le loro armi conteneva una certa quantità di manganese, che si concentrava durante la fusione creando una lega ferro-manganese, che conferiva alle armi spartane la loro leggendaria durezza.

Nel XVII secolo, il chimico tedesco Johann Rudolph Glauber produsse per primo il permanganato, un utile reagente chimico (sebbene alcuni pensano che sia in realtà stato scoperto da Ignites Kaim nel 1770). Entro la metà del XVIII secolo il diossido di manganese era già usato per la fabbricazione del cloro; il chimico svedese Scheele capì per primo che il manganese era un elemento chimico, che venne isolato in forma pura dal suo collega Johan Gottlieb Gahn nel 1774 riducendo il diossido con carbonio. Agli inizi del XIX secolo iniziarono ad essere riconosciuti i brevetti in chimica, e gli scienziati cominciarono a sperimentare l'effetto del manganese nella composizione dell'acciaio. Nel 1816 venne rilevato che l'aggiunta di manganese al ferro rendeva quest'ultimo più duro senza diminuirne la resilienza.

Ruolo biologico[modifica | modifica sorgente]

Il manganese è un oligonutriente per tutte le forme di vita.

Molte classi di enzimi contengono uno o più atomi di manganese come cofattori: le ossidoriduttasi, le transferasi, le idrolasi, le liasi, le isomerasi, le ligasi, le lectine e le integrine. I polipeptidi più famosi che contengono manganese sono l'arginasi, la superossido dismutasi e la tossina della difterite.

Abbondanza[modifica | modifica sorgente]

Minerale di manganese

Giacimenti di manganese sono frequenti sulla crosta terrestre, ma distribuiti irregolarmente; quelli negli Stati Uniti sono piuttosto poveri e l'estrazione è molto costosa. L'Ucraina e il Sudafrica insieme possiedono più dell'80% di tutti i giacimenti di manganese sulla terra: altri produttori di manganese sono la Cina, il Burkina Faso, il Messico e l'Australia.

Grandi quantità di manganese sono presenti sul fondale degli oceani sotto forma di noduli di manganese; negli anni '60 e '70 sono stati studiati alcuni modi per raccogliere manganese dal fondale oceanico, ma senza successo. Le ricerche in materia sono state abbandonate alla fine degli anni '70.

Composti importanti[modifica | modifica sorgente]

Il permanganato di potassio è un reagente usato comunemente in laboratorio come ossidante e in medicina e veterinaria per uso esterno (per esempio nel trattamento di alcune malattie dei pesci).

Il diossido di manganese è usato nei tipi più vecchi di pile a secco, per decolorare il vetro contaminato da tracce di ferro o per colorarlo di viola; lo stesso composto è responsabile del colore viola dell'ametista. Lo stesso composto è usato nella fabbricazione industriale di cloro e ossigeno e per vernici.

Isotopi[modifica | modifica sorgente]

In natura il manganese è composto di un solo isotopo stabile, 55Mn. Sono stati sintetizzati 18 diversi radioisotopi di manganese: i più stabili sono il 53Mn con emivita di 3,7 milioni di anni, il 54Mn con 312,3 giorni e il 52Mn con 5,591 giorni. Tutti gli altri sono molto radioattivi con emivite di meno di tre ore, e spesso di meno di un minuto. Il manganese ha anche tre stati metastabili.

Il manganese fa parte del gruppo del ferro, che si pensa venga sintetizzato nelle stelle giganti poco prima delle esplosioni di supernova. Il manganese-53 decade in 53Cr; vista la sua (relativamente) breve emivita, il radionuclide naturale 53Mn è estinto sulla terra. Gli isotopi di manganese sono normalmente mescolati con isotopi di cromo e hanno applicazioni in geologia: il rapporto isotopico Mn-Cr conferma le prove fornite dal rapporto 26Al e 107Pd per quanto riguarda la primissima storia del sistema solare. Le variazioni nei rapporti 53Cr/52Cr e Mn/Cr in molti meteoriti suggeriscono che il sistema isotopico Mn-Cr derivi dal decadimento in-situ del 53Mn nei corpi planetari differenziati. Quindi il 53Mn fornisce prove ulteriori sui processi nucleosintetici immediatamente successivi alla condensazione del sistema solare.

Gli isotopi di manganese variano in peso atomico da 46 amu (46Mn) a 65 amu (65Mn). Il modo di decadimento principale prima dell'isotopo stabile più abbondante (55Mn), è la cattura K e il modo principale dopo di esso è il decadimento beta.

Precauzioni[modifica | modifica sorgente]

Il manganese puro è tossico. Esposizione a polveri/fumi di manganese non dovrebbero oltrepassare rispettivamente il valore massimo di 5 mg/m3/1 mg/m3 OSHA PEL (Permissible Exposure Limit) 8-Hr TWA (Time-Weighted Average), a causa della loro tossicità.

Soluzioni acide di permanganato ossideranno qualunque materiale organico con cui vengano a contatto: tale reazione genera calore sufficiente per incendiare alcune sostanze organiche.

La malattia di Parkinson è stata correlata ad esposizioni a manganese nell'industria metalmeccanica, soprattutto fra i saldatori, che in media si ammalano di Parkinson circa 15 anni prima della media. Per questo, il manganese è elencato nella lista delle sostanze pericolose stilata dall'OSHA.

Bibliografia[modifica | modifica sorgente]

Voci correlate[modifica | modifica sorgente]

Altri progetti[modifica | modifica sorgente]

Collegamenti esterni[modifica | modifica sorgente]

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