Mangan

Mangan,25Mn
Mangan điện phân màu bạc nguyên chất bao bọc bởi các oxide màu
Quang phổ vạchcủa mangan
Tính chất chung
Tên,ký hiệu	Mangan, Mn
Phiên âm	/ˈmæŋɡəniːz/(MANG-gən-neez)
Hình dạng	Ánh kim bạc
Mangan trongbảng tuần hoàn
– ↑ Mn ↓ Tc Chromi←Mangan→Sắt
Số nguyên tử(Z)	25
Khối lượng nguyên tử chuẩn(±)(Ar)	54,938045(5)
Phân loại	kim loại chuyển tiếp
Nhóm,phân lớp	7,d
Chu kỳ	Chu kỳ 4
Cấu hình electron	[Ar] 4s23d5
mỗi lớp	2, 8, 13, 2
Tính chất vật lý
Màu sắc	Ánh kim bạc
Trạng thái vật chất	Chất rắn
Nhiệt độ nóng chảy	1519K​(1246 °C, ​2275 °F)
Nhiệt độ sôi	2334 K ​(2061 °C, ​3742 °F)
Mật độ	7,21g·cm−3(ở 0 °C, 101.325kPa)
Mật độ ở thể lỏng	ở nhiệt độ nóng chảy: 5,95 g·cm−3
Nhiệt lượng nóng chảy	12,91kJ·mol−1
Nhiệt bay hơi	221 kJ·mol−1
Nhiệt dung	26,32 J·mol−1·K−1
Áp suất hơi P (Pa) 1 10 100 1 k 10 k 100 k ở T (K) 1228 1347 1493 1691 1955 2333
Tính chất nguyên tử
Trạng thái oxy hóa	7,6,5,4,3,2,1, 0, -1, -2, -3​Acid,Basehaylưỡng tínhtùy vàotrạng thái oxy hóa
Độ âm điện	1,55 (Thang Pauling)
Năng lượng ion hóa	Thứ nhất: 717,3 kJ·mol−1 Thứ hai: 1509,0 kJ·mol−1 Thứ ba: 3248 kJ·mol−1
Bán kính cộng hoá trị	thực nghiệm: 127pm
Bán kính liên kết cộng hóa trị	139±5 pm (spin thấp) 161±8 pm (spin cao)
Thông tin khác
Cấu trúc tinh thể	​Lập phương tâm khối
Vận tốc âm thanh	que mỏng: 5150 m·s−1(ở 20 °C)
Độ giãn nở nhiệt	21,7 µm·m−1·K−1(ở 25 °C)
Độ dẫn nhiệt	7,81 W·m−1·K−1
Điện trở suất	ở 20 °C: 1,44 µ Ω·m
Tính chất từ	Thuận từ
Mô đun Young	198 GPa
Mô đun khối	120 GPa
Độ cứng theo thang Mohs	6.0
Độ cứng theo thang Brinell	196 MPa
Số đăng ký CAS	7439-96-5
Đồng vị ổn định nhất
Bài chính:Đồng vị của Mangan
Iso NA Chu kỳ bán rã DM DE(MeV) DP 52Mn Tổng hợp 5,591ngày ε – 52Cr β+ 0.575 52Cr γ 0.7, 0.9, 1.4 – 53Mn Vết 3,74 ×106năm ε – 53Cr 54Mn Tổng hợp 312,3ngày ε 1.377 54Cr β+ – 54Cr β– – 54Fe γ 0.834 – 55Mn 100% 55Mn ổn định với 30neutron

Mangan,lànguyên tố hóa họctrongbảng tuần hoàncó ký hiệuMnvàsố nguyên tửlà 25. Nó được tìm thấy ở dạng tự do trong tự nhiên (đôi khi kết hợp với sắt), và trong một số loạikhoáng vật.Ở dạng nguyên tố tự do, mangan là kim loại quan trọng trong cáchợp kimcông nghiệp, đặc biệt là thép không rỉ.

Mangan phosphatđược dùng để xử lý gỉ và chốngăn mòntrên thép. Tùy theo trạng thái oxy hóa của nó, các ion mangan có nhiều màu khác nhau và được dùng làmthuốc nhuộmtrong công nghiệp. Cácpermanganatvới cáckim loại kiềmvàkiềm thổlà các chất oxy hóa mạnh. Mangan dioxide được dùng làm vật liệu catốt trong các pin vàpin khôkiềm và tiêu chuẩn.

Các ion mangan(II) có chức năng làmcofactortrong một số enzyme ở sinh vật bậc cao, có vai trò quan trọng trong sự giải độc của các gốcperoxidetự do. Nguyên tố này cần thiết ở dạng vết trong các sinh vật sống. Khi hít phải Với lượng lớn hơn, mangan có thể gâyhội chứng nhiễm độcở động vật, gây tổn thương thần kinh mà đôi khi không thể phục hồi được.

Tính chất

Tính chất vật lý

Mangan là kim loại màu trắng xám, giống sắt. Nó là kim loại cứng và rất giòn, khó nóng chảy, nhưng lại bị oxy hóa dễ dàng. Mangan kim loại chỉ có từ tính sau khi đã qua xử lý đặc biệt.Kim loại mangan và các ion phổ biến của nó có tính chấtthuận từ.

Đồng vị

Bài chi tiết:Đồng vị của mangan

Mangan tự nhiên là bao gồm 1 đồng vị bền⁵⁵Mn. 18 đồng vị phóng xạ đã được miêu tả đặc điểm trong đó đồng vị phóng xạ ổn định nhất là⁵³Mn cóchu kì bán rã3,7 triệu năm,⁵⁴Mn có chu kì bán rã 312,3 ngày, và⁵²Mn là 5,591 ngày. Tất cả các đồng vị phóng xạ còn lại có chu kì bán rã nhỏ hơn 3 giờ và phần lớn trong số này có chu kì bán rã nhỏ hơn 1 phút. Nguyên tố này cũng có 3 trạng tháimeta state.

Mangan là một phần trong nhóm các nguyên tố sắt, chúng được cho là đã được tổng hợp trong cácsaolớn trong thời gian ngắn trước khi xảy ra vụ nổsiêu tân tinh.⁵³Mn phân rã thành⁵³Crvới chu kì bán rã 3,7 triệu năm. Do nó có chu kì bán rã tương đối ngắn,⁵³Mn chỉ có một ít trong các đá do phản ứng của cáctia vũ trụlênsắt.Các thành phần đồng vị mangan đặc biệt kết hợp với các hợp phần đồng vịcromvà đã có những ứng dụng trongđịa chất đồng vịvàđịnh tuổi đồng vị phóng xạ.Tỉ số đồng vị Mn–Cr cùng với bằng chứng từ²⁶Alvà¹⁰⁷Pdvề lịch sử ban đầu củaHệ Mặt Trời.Sự biến động về tỉ số⁵³Cr/⁵²Cr và Mn/Cr trong một sốthiên thạchám chỉ tỉ số⁵³Mn/⁵⁵Mn ban đầu rằng thành phần đồng vị Mn–Cr phải là kết quảtại chỗcủa việc phân rã⁵³Mn trong các thiên thể phân dị. Do đó⁵³Mn cung cấp bằng chứng bổ sung cho quá trìnhtổng hợp hạt nhântức thì trước sự hóa hợp củaHệ Mặt Trời.

Các đồng vị của mangan xếp theokhối lượng nguyên tửtừ 46u(⁴⁶Mn) đến 65 u (⁶⁵Mn).Cơ chế phân rãban đầu trước đồng vị bền phổ biến nhất⁵⁵Mn, làbắt electronvà cơ chế phân rã ban đầu sau đó làphân rã beta.

Tính chất hóa học

Trạng tháioxy hóaphổ biến của nó là +2, +3, +4, +6 và +7, mặc dù trạng thái oxy hóa từ +1 đến +7 đã được ghi nhận. Mn²⁺thường tương tác với Mg²⁺trong các hệ thống sinh học, và các hợp chất có mangan mang trạng thái oxy hóa +7 là những tác nhân oxy hóa mạnh như Mn₂O₇.Các hợp chất có trạng thái oxy hóa +5 (lam) và +6 (lục) là các chất oxy hóa mạnh.

Tinh thể mangan chloride - màu hồng nhạt của muối Mn (II) là do chuyển đổi spin cấm 3d, trường hợp này hiếm gặp.

Dung dịch KMnO₄có màu tím đậm của Mn(VII) ở dạng pemanganat

Trạng thái oxy hóa ổn định nhất là mangan +2, nó có màu hồng nhạt, và một số hợp chất mangan (II) đã được biết nhưmangan(II) sulfat(MnSO₄) vàmangan(II) chloride(MnCl₂). Trạng thái oxy hóa này cũng được gặp trong khoángrhodochrosit,(mangan(II) cacbonat). Trạng thái oxy hóa +2 là trạng thái được sử dụng trong các sinh vật sống cho chức năng cảm giác; các trạng thái khác đều là chất độc đối với cơ thể con người.

Các trạng thái oxy hóa của mangan
0	Mn 2(CO) 10
+1	K 5[Mn(CN) 6NO]
+2	MnCl 2
+3	MnF 3
+4	MnO 2
+5	K 3MnO 4
+6	K 2MnO 4
+7	KMnO 4
Các trạng thái oxy hóa phổ biến được in đậm.

Ứng dụng

Manganít, một loại oxide mangan

Mangan có vai trò quan trọng trong sản xuất sắt thép vì có tác dụng khửlưu huỳnh,khử oxy, và mang những đặc tính của hợp kim. Luyện thép,và cả luyện sắt, sử dụng nhiều mangan nhất (chiếm khoảng 85-90% tổng nhu cầu).Trong những mục đích khác, mangan là thành phần chủ yếu trong việc sản xuất thép không rỉ với chi phí thấp,và có trong hợp kim nhôm. Nó còn được thêm vàodầu hỏađể giảm tiếng nổ lọc xọc cho động cơ. Mangan đioxít được sử dụng trong pin khô, hoặc làmchất xúc tác.Mangan được dùng để tẩy màu thủy tinh (loại bỏ màu xanh lục do sắt tạo ra), hoặc tạo màu tím cho thủy tinh.Mangan oxidelà một chất nhuộm màu nâu, dùng để chế tạo sơn, và là thành phần của màu nâu đen tự nhiên.Kali pemanganatlà chất oxy hóa mạnh, dùng làm chất tẩy uế trong hóa học và y khoa.Phosphathóa mangan là phương pháp chống rỉ và ăn mòn cho thép. Nó thường hay được dùng để sản xuất tiền xu. Những loại tiền xu duy nhất có sử dụng mangan là đồng xuniken"thời chiến" ( "Wartime" nickel) từ năm 1942 đến 1945,và đồng xu đôla Sacagawea (từ năm 2000 đến nay).Trình độ ứng dụng mangan ở Hoa Kỳ vẫn không có nhiều thay đổi. Hiện nay, không có giải pháp công nghệ thực tế nào có thể thay thế mangan bằng chất liệu khác hay sử dụng các trầm tích trong nước hoặc các công nghệ làm giàu khác để giảm hoàn toàn sự phụ thuộc của Hoa Kỳ vào các quốc gia khác đối với quặng mangan.

Chất liệu thay thế: Mangan không có chất liệu thay thế thỏa mãn nào trong những ứng dụng lớn. Trong những ứng dụng nhỏ,kẽmhoặcvanadicó thể thay thế được cho phương pháp phosphat hóa mangan.

Các hợp chất mangan được sử dụng để làm chất tạo màu và nhuộm màu cho gốm và thủy tinh. Màu nâu của gốm đôi khi dựa vào các hợp chất mangan.Trong ngành công nghiệp thủy tinh, các hợp chất mangan được dùng cho 2 hiệu ứng. Mangan(III) phản ứng với sắt(II) để tạo ra màu lục đậm trong thủy tinh bằng cách tạo ra sắt(III) ít màu hơn và màu hồng nhạt của mangan(II) kết hợp với màu còn lại của sắt (III).

Phân bố và sản xuất

Mangan chiếm khoảng 1000ppm(0,1%) trongvỏ Trái Đất,đứng hàng thứ 12 về mức độ phổ biến của các nguyên tố ở đây.Đất chứa 7–9000 ppm mangan với hàm lượng trung bình 440 ppm.Nước biển chỉ chứa 10 ppm mangan và trong khí quyển là 0,01 µg/m³.Mangan có mặt chủ yếu trongpyrolusit(MnO₂),braunit,(Mn²⁺Mn³⁺₆)(SiO₁₂),psilomelan(Ba,H₂O)₂Mn₅O₁₀,và ít hơn trongrhodochrosit(MnCO₃).

• 
  Quặng mangan
• 
  Psilomelan (quặng mangan)
• 
  Mangan ôxittập hợp dạng cành câytrên mặt đá vôi, ởSolnhofen,Đức.

Quặng mangan quan trọng nhất là pyrolusit (MnO₂). Các quặng quan trọng khác thường có sự phân bố liên quan đến các quặng sắt.Các nguồn trên đất liền lớn nhưng phân bố không đồng đều. Khoảng 80% nguồn tài nguyên mangan đã được biết trên thế giới được tìm thấy ởNam Phi,các mỏ mangan khác ởUkraina,Úc,Ấn Độ,Trung Quốc,GabonvàBrasil.Năm 1978, người ta đã tính có 500 tỉ tấn mangan dạng thận ởđáy biển.những nỗ lực tìm phương pháp có hiệu quả kinh tế để thu hồi mangan dạng thận này đã bị bỏ lửng trong thập niên 1970.

Mangan được khai thác ở Nam Phi, Úc, Trung Quốc, Brasil, Gabon, Ukraine, Ấn Độ, Ghana vàKazakhstan.Nguồn nhập khẩu của Hoa Kỳ (1998–2001) từ: 1/ quặng mangan: Gabon, 70%; Nam Phi, 10%; Úc, 9%; Mexico, 5%; và nguồn khác, 6%. 2/Ferromangan:Nam Phi, 47%; Pháp, 22%; Mexico, 8%; Úc, 8%; và nguồn khác, 15%. Mangan chứa trong các nguồn nhập khẩu gồm: Nam Phi, 31%; Gabon, 21%; Úc, 13%; Mexico, 8%; và nguồn khác, 27%.

Về sản xuấtferromangan,quặng mangan được trộn với quặng sắt và cacbon, sau đó khử hoặc tronglò caohoặc trong lò điện hồ quang.Ferromangan được tạo ra có hàm lượng mangan từ 30 đến 80%.Mangan tinh khiết được dùng để sản xuất các hợp kim không chứa sắt, được sản xuất bằng cách cho quặng mangan đã được ngâm chiết vớiacid sulfuricvà tiếp theo là xử lý bằngđiện triết.

Vai trò sinh học

Mangan là nguyên tố đóng vai trò thiết yếu trong tất cả dạng sống.Các lớp enzyme có các đồng yếu tố mangan rất rộng bao gồmoxidoreductases,transferases,hydrolases,lyases,isomerases,ligases,lectins,vàintegrins.Sao chép ngượccủa một sốretrovirus(không phảilentivirusnhưHIV) chứa mangan.Polypeptitdechứa mangan nổi tiếng có thể làarginase,diphtheria toxin,vàsuperoxide dismutase(Mn-SOD) chứa Mn.

Liên kết ngoài

• National Pollutant Inventory - Manganese and compounds Fact SheetLưu trữ2006-03-01 tạiWayback Machine
• WebElements – Manganese
• International Manganese Institute
• Parkinson's Disease and ManganeseLưu trữ2005-07-24 tạiWayback Machine
• Neurotoxicity of inhaled manganese: Public health danger in the shower?
• Welder's DiseaseLưu trữ2016-02-07 tạiWayback Machine
• Los Alamos National Laboratory – ManganeseLưu trữ2007-08-13 tạiWayback Machine