Манганът е химичен елемент със забележителна роля в природата, индустрията и човешкия организъм. Макар често да остава в сянката на по-популярните метали като желязото и хрома, той е от съществено значение за устойчивостта, твърдостта и издръжливостта на металните сплави.
| Манган | |
 | |
| Информационна таблица | |
| Параметър | Информация |
|---|---|
| Име на елемента (български) | Манган |
| Латинско / международно наименование | Manganum |
| Химичен символ | Mn |
| Пореден номер (атомно число) | 25 |
| Период и група в таблицата | 4-ти период, 7-ма група |
| Блок (s, p, d, f) | d-блок |
| Категория / тип елемент | Преходен метал |
| Атомна маса | 54.938 u |
| Изотопи | Mn-55 (стабилен) |
| Плътност | 7.21 g/cm³ |
| Температура на топене | 1246°C |
| Температура на кипене | 2061°C |
| Кристална структура | Кубична обемноцентрична |
| Цвят / външен вид | Сребристо-сив с метален отблясък |
| Агрегатно състояние при 20°C | Твърдо |
| Откривател / година на откриване | Йохан Готлиб Ган, 1774 г. |
| Място на откриване | Швеция |
| Етимология на името | От латинското manganes – магнитен |
| Химическа формула | Mn |
| Окислителни степени | +2, +3, +4, +6, +7 |
| Електронна конфигурация | [Ar] 3d⁵ 4s² |
| Електроотрицателност | 1.55 (по Полинг) |
| Йонизационна енергия | 717.3 kJ/mol |
| Ковалентен радиус | 139 pm |
| Атомен радиус | 127 pm |
| Топлопроводимост | 7.8 W/m·K |
| Електрическа проводимост | 6.9 × 10⁶ S/m |
| Магнитни свойства | Парамагнитен |
| Основни минерали | Пиролюзит, манганит, родохрозит |
| Основни приложения | Стомана, батерии, пигменти, стъкло |
| Биологично значение | Микроелемент – необходим за метаболизма |
| Токсичност и безопасност | Високи концентрации са токсични |
| Използване в индустрията | Металургия, химия, електроника |
| Използване в медицината | Хранителни добавки |
| Наличие във Вселената | Средно разпространен метал |
| Методи за рециклиране | Металургично претопяване |
| Глобално годишно производство | Над 18 милиона тона |
| Основни производители | Южна Африка, Австралия, Габон, Китай |
| Историческо значение | Създал основата на съвременната металургия |
| Научна дисциплина | Химия, металознание, геология |
| Интересни факти | Без манган няма батерии или неръждаема стомана |
| CAS номер | 7439-96-5 |
| Код на ISO / IUPAC | Mn |
| Символика и културно значение | Символ на сила, стабилност и преобразуване |
Без манган не би съществувала модерната стоманена индустрия, а биологичните процеси при растенията и животните биха били силно нарушени. Открит е през XVIII век и днес се използва в широк спектър от индустрии – от металургията и батериите до производството на стъкло, керамика и химикали.
Освен индустриално значение, манганът е и жизненоважен микроелемент за всички живи организми.
Физични и химични свойства
Манганът е твърд, крехък, сивкав метал със синкав оттенък и характерна метална структура. Той принадлежи към групата на преходните метали и се намира в 7-ма група на периодичната система.
При стайна температура е твърдо вещество, което лесно се окислява при контакт с въздух. Манганът има висока температура на топене – 1246°C, и кипене – 2061°C. Отличава се с магнитни и каталитични свойства, които го правят полезен в редица химически реакции и промишлени процеси.
Химично поведение
Манганът проявява няколко степени на окисление – от +2 до +7, което го прави изключително разнообразен по химично поведение.
- Mn²⁺ е стабилна форма, често срещана в минералите и биологичните системи.
- Mn⁴⁺ и Mn⁷⁺ участват в силни окислителни реакции, като при калиевия перманганат (KMnO₄) – известен дезинфектант и окислител.
Металът реагира с киселини, като отделя водород, а в контакт с въздух образува оксиди и хидроксиди.
Срещане в природата
Манганът е широко разпространен в земната кора – представлява около 0,1% от нейната маса. Среща се основно под формата на минерали като пиролюзит (MnO₂), манганит (MnO(OH)), родохрозит (MnCO₃) и браунит (Mn₂O₃).
Големи находища се намират в Южна Африка, Бразилия, Австралия, Индия и Украйна. В България манганови руди има в Родопите и в района на Обзор. В океаните съществуват и така наречените манганови конкреции – сферични натрупвания по морското дъно, съдържащи манган, желязо и други метали.
Производство и преработка
Манганът се добива чрез открит и подземен способ, след което се преработва чрез термично редуциране с въглерод или алуминий. Основната продукция е фероманган – сплав от желязо и манган, която служи като добавка при производството на стомана.
По време на стоманодобива манганът неутрализира съдържащата се сяра и кислород, предотвратявайки образуването на нежелани включвания и увеличавайки здравината на метала.
Приложения
Манганът е сред най-важните промишлени метали с множество приложения:
- Металургия: използва се в производството на стомана и чугун; дори малки количества подобряват твърдостта и устойчивостта им.
- Батерии: манганов диоксид (MnO₂) е основен компонент в сухите батерии и акумулатори.
- Химическа промишленост: използва се в производството на окислители, багрила и стъкло.
- Стъкларска индустрия: премахва зеленикавия оттенък, причинен от железни примеси.
- Керамика и пигменти: придава виолетови, кафяви и черни нюанси.
- Селско стопанство: добавя се към торове като микроелемент за растенията.
Биологично значение
Манганът е жизненоважен микроелемент за всички живи организми. В човешкия организъм той участва в образуването на ензими, които регулират метаболизма на въглехидрати, мазнини и протеини. Също така е важен за здравината на костите и функционирането на нервната система.
При растенията манганът е ключов елемент в процеса на фотосинтеза, като участва в окисляването на водата в хлоропластите. Недостигът на манган води до пожълтяване на листата и забавен растеж.
Токсичност и безопасност
Въпреки биологичната си роля, манганът в големи количества може да бъде токсичен. Продължителното вдишване на манганови прахове и изпарения (например при металургични дейности) може да причини заболяване, известно като манганизъм, което засяга нервната система и наподобява симптомите на Паркинсон.
Допустимите концентрации в питейната вода и въздуха са строго регулирани. Биологично безопасните форми на манган са тези, които се съдържат в храната – например в орехи, пълнозърнести храни, ориз и бобови растения.
Екологични аспекти
Манганът може да замърсява водите и почвите при неконтролирано изхвърляне на отпадъци от рудодобива. Прекомерните концентрации са вредни за водните организми, затова се прилагат системи за утаяване и филтрация.
В същото време манганът играе положителна роля в природния цикъл на минералите, тъй като участва в окислително-редукционни процеси, подпомагащи пречистването на водите.
Интересни факти
Манганът е открит през 1774 г. от шведския химик Йохан Готлиб Ган. Името произлиза от латинското manganes, което означава „магнитен“. Без манган няма висококачествена стомана – той придава устойчивост на удар и твърдост.
Мангановите конкреции на океанското дъно са потенциален източник на стратегически суровини. В човешкото тяло се съдържат около 10–20 mg манган, концентрирани основно в черния дроб и бъбреците.