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Mangan


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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   
 
 
Allgemein
Name Symbol Ordnungszahl Mangan Mn 25
Serie Übergangsmetalle
Gruppe Periode Block 7 4 d
Dichte Mohshärte 7470 kg/m 3 6.0
Aussehen silbrig metallisch
Atomar
Atomgewicht 54.938049 amu
Atomradius (berechnet) 140 (161) pm
Kovalenter Radius 139 pm
van der Waals-Radius k.A. pm
Elektronenkonfiguration [Ar]3d 5 4s 2
e - 's pro Energieniveau 2 8 13 2
Oxidationszustände ( Oxid ) 7 6 4 2 3 (stark sauer )
Kristallstruktur kubisch raumzentriert
Physikalisch
Aggregatzustand ( Magnetismus ) fest ( gewöhnlich
unmagnetisch )
Schmelzpunkt 1517 K (1244° C )
Siedepunkt 2235 K (1962°C)
Molares Volumen 7.35 × 10 -3 m 3 /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
Elektronegativität 1.55 ( Pauling-Skala )
Spezifische Wärmekapazität 480 J/(kg*K)
Elektrische Leitfähigkeit 0.695 10 6 /m Ohm
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
Stabilste Isotope
Isotop NH t 1/2 ZM ZE M eV ZP
52 Mn {syn.} 5.591 Tage e - -Einfang 4.712 52 Cr
53 Mn {syn.} 3.74 million Jahre e - -Einfang 0.597 53 Cr
54 Mn {syn.} 312.3 Tage e - -Einfang 1.377 54 Cr
54 Mn {syn.} 312.3 Tage β - 0.697 54 Fe
55 Mn 100% Mn ist stabil mit 30 Neutronen
NMR-Eigenschaften
55 Mn
Kernspin 5/2
gamma / rad / T 6.598e7
Empfindlichkeit 0.175
Larmorfrequenz bei B="4".7 T 49.3 M Hz
SI -Einheiten und Standardbedingungen werden benutzt
sofern nicht anders angegeben.

Inhaltsverzeichnis

Bemerkenswerte Eigenschaften

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

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

Herstellung

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

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

 Elektrolyse
MnSO 4 + H 2 O --------------------> Mn + H 2 SO 4 + 0 5 O 2

Weitere aber selten genutzte Herstellwege sind alumino- und siliciothermische Reduktion.

Anwendungen

Mangan ist wegen seiner hohen Affinität Schwefel und Sauerstoff sowie seiner werkstoffverbessernden Eigenschaften hoher Bedeutung für die Metallurgische Industrie. Ca bis 95% des erzeugten Mangans bzw. Ferromangans in die Eisen- Stahl- und Sonderwerkstoffherstellung:
  • Desoxidation und Entschwefelung von Eisen und
  • preisgünstiger Nickelersatz in korrosionsbeständigen Edelstählen
  • stark festigkeitssteigerndes Legierungselement in Stählen
  • Kupfer-Mangan-(Nickel-)Legierungen z.B. Manganin
  • Aluminum-Mangan-Legierungen
  • Ausdehnungslegierungen mit extrem hohen Ausdehnungskoeffizienten?

Mangandioxid dient als Oxidationsmittel in Trockenbatterien.

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

Geschichte

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

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

Physiologie

Gebundenes Mangan ist ein essentielles Spurenelement alle Lebensformen. Der menschliche Körper enthält ca. ppm Mn und sollte ungefähr 4 mg/Tag Manganreich sind Nüsse Vollkornprodukte Keimlinge und Kakao. Mineralwässer und manche Trinkwässer sind manganarm.

Quellen

Weltweit gibt es sehr große Manganvorkommen. Aufbau der Erdkruste ist es mit ca. ppm beteiligt und ist damit nach dem das zweithäufigste Schwermetall. Bekannte abbauwürdige Manganerzvorkommen befinden in
  • Südafrika (Hotazel)
  • Russland (Ostküste des schwarzen Meeres + Ukraine)
  • Australien (Groote Eylandt)
  • Brasilien
  • Gabun
  • Indien
  • Mexiko
  • Burkina Faso

Größere Mengen Mangan enthalten die Manganknollen der Tiefsee.

Deutschland ist arm an Manganerzen.

Natürlich vorkommende Minerale:

  • Pyrolosit MnO 2 eine der 5 Modifikationen des Mangandioxids
  • Braunit Mn 2 O 3 Manganit Mn 2 O 3 *H 2 0
  • Hausmanit Mn 3 O 4
  • Manganspat (Rhodochrosit) MnCO 3
  • Rhodonit MnSiO 3
  • Psilomelan (der "schwarze Glaskopf") ein Na- K- Ba- haltiges amorphes Mangandioxid

Verbindungen

  • Kaliumpermanganat wird als starkes Oxidationsmittel im Laborbereich ???? Use as a topical medicine (for in the treatment of fish diseases)???? .
  • Mangandioxid wird genutzt als Oxidationsmittel in Trockenzellen vom Typ Zink-Kohle Alkali-Mangan und Lithium). Als wird es zur Entfärbung von eisenhaltigen Glasschmelzen Es kompensiert die gelbe Farbe der Fe 3+ Ionen durch eine violette Färbung.
  • Ferromangan als Legierungszuschlag in der metallurgischen Industrie.
  • Himbeerspat (Rhodochrosit Mangancarbonat) rosa bis blutrotes Mineral Hestellung von Schmucksteinen.

Isotopes

Vorsichtsmaßnahmen

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

Kontakt mit sauren Permanganatlösungen führt zu

Weblinks




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