Manganese Mn

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INFORMAZIONI GENERALI SULL'ELEMENTO

Il manganese è un elemento chimico di simbolo Mn, numero atomico 25, peso atomico 54,93; è un metallo bianco-grigio di aspetto simile al ferro, ma più duro e più fragile; fonde a 1245 °C, bolle a 1962 °C, ha densità 7,20 g/cm3.
Il manganese fu scoperto nel 1774 da K.W. Scheele e J.G. Gahn; è assai diffuso in natura (costituisce lo 0,085% della crosta terrestre); i più importanti minerali sono la pirolusite, MnO2, la hausmannite, Mn3O4, la braunite, 3Mn2O3MnSiO3, la manganite, MnO(OH) e la rodocrosite, MnCO3. Notevoli quantità di manganese sono contenute nei noduli polimetallici giacenti sui fondali oceanici profondi. Esistono 4 forme allotropiche di questo elemento (α, β, γ e δ), 3 cubiche e 1 tetragonale: le forme α e β sono fragili, la forma γ ha buone caratteristiche e una maggiore duttilità, la forma δ è stabile da 1143 °C fino alla fusione.
Per la sua fragilità, il manganese non si usa allo stato puro, ma, molto più largamente, in lega con altri elementi. Il magnesio metallico si ossida all’aria assumendo in superficie un aspetto iridescente; allo stato di polvere, per riscaldamento riduce la maggior parte degli ossidi metallici; allo stato di grande suddivisione può essere piroforico e decomporre l’acqua; si combina con facilità con quasi tutti i non metalli, non con l’idrogeno; si discioglie negli acidi diluiti dando i sali manganosi.

CARATTERISTICHE FISICHE E CHIMICHE

Simbolo elemento Mn
Numero atomico 25
Massa atomica relativa 54.938
Temperatura di fusione 1244 °C
Temperatura di ebollizione 1962 °C
Sato di aggregazione Solido
Densità (20°C) 7.44 g/cm3
Numero di ossidazione -1, 0, 2, 3, 4, 6, 7
Elettronegatività 1.6
Energia di prima ionizzazione 717,3 kJ/mol
Raggio atomico 127 pm
Configurazione elettronica [Ar]3d54s2
Energia di ionizzazione [eV] 7.434 eV
Conducibilità elettrica 0,695 · 106 /(m·ohm)
Percentuale nella composizione della massa terrestre 0.085 %
Composizione isotopica Mn-55 100%


CENNI STORICI

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.




DISPONIBILITA' DELL'ELEMENTO

Le riserve di manganese si presentano estremamente concentrate: secondo le stime delle organizzazioni internazionali, l’80% di quelle effettivamente identificate è localizzato nel sottosuolo della Repubblica Sudafricana e di alcuni dei paesi nati dalla dissoluzione dell’Unione Sovietica (Ucraina, Kazakistan). Ai vertici dell’estrazione si situa la Repubblica Sudafricana (2,3 milioni di t nel 2007); importanti produttori sono anche il Brasile (1 milione di t), il Gabon (1,55), l’Australia (2,2) e la Cina (1,6). 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.




APPLICAZIONI DELL'ELEMENTO

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 ed era utilizzato nei primi modelli di pile e batterie a secco. L'ossido di manganese è, invece, un pigmento marrone, che si usa per vernici e nelle terre naturali. 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; se è in concentrazioni molto elevate, conferisce al vetro un colore violetto.
Il manganese non ha sostituti adatti per le sue applicazioni principali.




EFFETTI DELL'ELEMENTO SULLA SALUTE

Il manganese è cofattore di molti enzimi che partecipano a numerose e fondamentali attività cellulari.
Negli organismi vegetali è il cofattore dell’enzima malico che partecipa alla fotosintesi, nei batteri interviene nei processi di fissazione dell’ammoniaca, dell’azoto e dello zolfo, negli animali superiori partecipa, per es., al ciclo dell’acido citrico (cofattore dell’isocitratodeidrogenasi), alla sintesi del fosfatidilglicerolo e dei nucleotidi timidilici, alla biosintesi degli acidi grassi (cofattore dell’acetil-CoA-carbossilasi), alla sintesi dell’RNA (cofattore dell’RNA-polimerasi), alla glicolisi (cofattore dell’enolasi).
L’ingestione di elevate quantità di manganese interferisce con l’assorbimento del ferro. L’intossicazione da m. è chiamata manganismo . Colpisce i lavoratori che entrano in contatto con il minerale (industria metallurgica, fabbricazione di pile elettriche ecc.). L’inalazione delle polveri o dei vapori provoca lesioni polmonari (polmoniti da manganese) e del sistema nervoso centrale (sindromi extrapiramidali ecc.). La cura richiede l’allontanamento del lavoratore dall’ambiente di lavoro.

SPETTRI ATOMICI DELL'ELEMENTO

Spettro atomico di assorbimento del manganese:



Spettro atomico di emissione del manganese:




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