Mangan

Mangan (von franz. manganèse = schwarze Magnesia) ist ein chemisches Element im Periodensystem der Elemente mit dem Symbol Mn und der Ordnungszahl 25.

Eigenschaften
Chrom - Mangan - Eisen
Mn
Tc  
 
 
[Ar]3d54s2
55
25
Mn
Allgemein
Name, Symbol, Ordnungszahl Mangan, Mn, 25
Serie Übergangsmetalle
Gruppe, Periode, Block 7, 4, d
Aussehen silbrig metallisch
Atomar
Atommasse 54,938049
Atomradius (berechnet) 140 (161) pm
Kovalenter Radius 139 pm
van der Waals-Radius -
Elektronenkonfiguration [Ar]3d54s2
Elektronen pro Energieniveau 2, 8, 13, 2
Oxidationszustände (Oxide) 7, 6, 4, 2, 3 (stark sauer)
Elektronegativität 1,55 (Pauling-Skala)
Austrittsarbeit 4,1 (eV
Kristallstruktur kubisch raumzentriert
Physikalisch
Aggregatzustand (Magnetismus) fest (gewöhnlich
unmagnetisch)
Dichte (Mohshärte) 7470 kg/m3 (6,0)
Schmelzpunkt 1517 K (1244 °C)
Siedepunkt 2235 K (1962 °C)
Molares Volumen 7,35 · 10-6 m3/mol
Verdampfungswärme 226 kJ/mol
Schmelzwärme 12,05 kJ/mol
Dampfdruck 121 Pa bei 1517 K
Schallgeschwindigkeit 5150 m/s bei 293,15 K
Verschiedenes
Spezifische Wärmekapazität 480 J/(kg · K)
Elektrische Leitfähigkeit 0,695 · 106 S/m
Wärmeleitfähigkeit 7,82 W/(m · K)
1. Ionisierungsenergie 717,3 kJ/mol
2. Ionisierungsenergie 1509 kJ/mol
3. Ionisierungsenergie 3248 kJ/mol
4. Ionisierungsenergie 4940 kJ/mol
5. Ionisierungsenergie 6990 kJ/mol
6. Ionisierungsenergie 9220 kJ/mol
7. Ionisierungsenergie 11500 kJ/mol
Isotope
Isotop NH t1/2 ZM ZE MeV ZP
52Mn {syn.} 5,591 d ε 4,712 52Cr
53Mn {syn.} 3,74 · 106 a ε 0,597 53Cr
54Mn {syn.} 312,3 d ε
β- 		1,377
0,697 		54Cr
54Fe
55Mn 100 % Mn ist stabil mit 30 Neutronen
56Mn {syn.} 2,5785 h β- 3,695 56Fe
NMR-Eigenschaften
55Mn
Kernspin 5/2
gamma / rad/T 6,598 · 107
Empfindlichkeit 0,175
Larmorfrequenz bei B = 4,7 T 49,3 MHz
Soweit möglich und gebräuchlich, werden SI-Einheiten verwendet.
Wenn nicht anders vermerkt,
gelten die angegebenen Daten bei Normbedingungen.
Inhaltsverzeichnis
1 Eigenschaften
2 Herstellung
3 Anwendungen
4 Geschichte
5 Physiologie
6 Quellen
7 Verbindungen
8 Isotopes
9 Vorsichtsmaßnahmen
10 Weblinks

Eigenschaften

Mangan ist ein grau-weißes, hartes und sehr sprödes Schwermetall, in einigen Eigenschaften dem Eisen ähnelnd. Andere Quellen weisen absolut kohlenstofffreies Mangan als duktil aus!

Mangan kommt hauptsächlich in den Oxidationsstufen +2, +3, +4 und +7 vor. Es existieren aber auch -3, -2, -1, 0, +1, +5 und +6. In biologischen Systemen konkurriert Mn2+ mit Mg+2. (Beispiel?)
Mn+7 ist ein häufig genutztes und starkes Oxidationsmittel. Mangan ist relativ unbeständig. Von Wasser wird es unter Wasserstoffentwicklung angegriffen. In verdünnten, nichtoxidierenden Säuren löst es sich ebenfalls. In der Wärme reagiert es mit Bor, Kohlenstoff, Silicium, Stickstoff, Phosphor, Sauerstoff, Schwefel und den Halogenen. Mit Wasserstoff reagiert Mangan nicht unter Bildung eines Hydrides. An Luft ist Mangan durch Bildung eines Oxidfilms (Schutzschicht) beständig.

Herstellung

Mangan hat eine hohe Affinität zum Sauerstoff. Manganerze können daher ebenso wie Chromerze nicht durch Kohle zum Element reduziert werden. Soweit möglich wird Ferromangan als Manganrohstoff eingesetzt.

Metallisches Mangan wird überwiegend durch Elektrolyse von Mangan(II)-sulfat-Lösungen hergestellt:

MnSO4 + H2O -> Mn + H2SO4 + 0,5 O2

Weitere, aber selten genutzte Herstellwege sind die alumino- und silicothermische Reduktion.

Anwendungen

Mangan ist wegen seiner hohen Affinität zu Schwefel und Sauerstoff sowie seiner werkstoffverbessernden Eigenschaften von hoher Bedeutung für die Metallindustrie. Ca. 90% bis 95% des erzeugten Mangans beziehungsweise Ferromangans gehen in die Eisen-, Stahl- und Sonderwerkstoffherstellung:

Mangandioxid dient als Oxidationsmittel in Trockenbatterien.

Der Bedarf an Mangan wird in den nächsten Jahren nicht sinken, da keine ökonomisch sinnvollen Ersatztechnologien bekannt sind.

Geschichte

Manganverbindungen werden seit Jahrtausenden vom Menschen genutzt. Farben mit Manganpigmenten aus Mangandioxid können 17000 Jahre zurückverfolgt werden. Römer und Ägypter verwandten Manganverbindungen in der Glasherstellung zur Färbung und Entfärbung. Spartaner nutzten manganhaltiges Eisenerz zur Herstellung ihrer Waffen. Ob die hohe Qualität der Waffen auf einer Eisen-Mangan-Legierung beruhte muss als Spekulation angesehen werden.

Im 17. Jahrhundert stellte der Chemiker Johann Rudolph Glauber Permanganat her. Mitte des 18. Jahrhunderts nutzte man Manganoxid zur Herstellung von Chlor. Auf Anregung des schwedischen Chemikers Carl Wilhelm Scheele, der 1744 entdeckte, dass Braunstein kein Eisenerz ist, sondern ein bis dahin unbekanntes Metall enthalten müsse, gelang es Johann Gottlieb Gahn noch im gleichen Jahr, erstmals elementares Mangan aus Braunstein durch Reduktion mit Kohle herzustellen. Anfang des 19. Jahrhunderts begann der Einsatz von Mangan zur Eisenherstellung. 1816 war die festigkeitssteigernde Wirkung ohne erhöhte Sprödigkeit bekannt.

Physiologie

Gebundenes Mangan ist ein essentielles Spurenelement für alle Lebensformen. Der menschliche Körper enthält etwa 300 ppm Mangan und sollte ungefähr 4 mg/Tag aufnehmen. Manganreich sind Nüsse, Vollkornprodukte, Keimlinge und Kakao. Milch, Mineralwässer und manche Trinkwässer sind manganarm.

Quellen

Weltweit gibt es sehr große Manganvorkommen. Am Aufbau der Erdkruste ist es mit etwa 900 ppm beteiligt und ist damit nach dem Eisen das zweithäufigste Schwermetall. Bekannte abbauwürdige Manganerzvorkommen befinden sich in

Größere Mengen Mangan enthalten die Manganknollen der Tiefsee.

Deutschland ist arm an Manganerzen, nennenswerte Mengen finden sich z.B. im Siegerländer Spateisensteinbezirk.

Natürlich vorkommende Minerale:

Verbindungen

Isotopes

Vorsichtsmaßnahmen

Chronische Manganaufnahme in Form von Manganstaub ist toxisch und führt zu Manganismus.

Kontakt mit sauren Permanganatlösungen führt zu Verätzungen.

Weblinks

See also: Mangan, 17. Jahrhundert, 18. Jahrhundert, 19. Jahrhundert, Affinität, Aggregatzustand, Aluminium, Argon, Atommasse