منگنز

Manganese

عمومی نام, علامت اختصاری, شماره Manganese, Mn, 25 گروه شیمیایی فلز انتقالی گروه, تناوب, بلوک 7 , 4 , d جرم حجمی, سختی 7470 kg/m3, 6.0 رنگ نقره ای فلزی

خواص  اتمی       وزن اتمی 54.938049 amu شعاع اتمی (calc.) 140 «161» pm شعاع کووالانسی 139 pm شعاع واندروالس n/a pm ساختار الکترونی Ar]3d54s2] -e بازای هر سطح انرژی 2, 8,13,2 درجه اکسیداسیون (اکسید) 7,6,4,2,3 (اسید قوی) ساختار کریستالی مکعب بدنه مرکزی

خواص فیزیکی         حالت ماده جامد (معمولاْ غیر مغناطیسی) نقطه ذوب 1517 K (2271 °F( نقطه جوش 2235 K (3564 °F) حجم مولی  ש»10-6 * 7.35««متر مکعب بر مول گرمای تبخیر 226 kJ/mol گرمای هم جوشی 12.05 kJ/mol فشار بخار 121 Pa در1517 K سرعت صوت 5150 m/s در293.15 K

متفرقه           الکترونگاتیویته 1.55 (درجه پائولینگ) ظرفیت گرمایی ویژه 480 J/(kg*K) رسانائی الکتریکی 0.695 106/m اهم رسانائی گرمایی 7.82 W/(m*K) 1st پتانسیل یونیزاسیون 717.3 kJ/mol 2nd پتانسیل یونیزاسیون 1509 kJ/mol 3rd پتانسیل یونیزاسیون 3248 kJ/mol 4th پتانسیل یونیزاسیون 4940 kJ/mol 5th پتانسیل یونیزاسیون 6990 kJ/mol 6th پتانسیل یونیزاسیون 9220 kJ/mol 7th پتانسیل یونیزاسیون 11500 kJ/mol

 

پایدارترین  ایزوتوپها     iso NA نیمه عمر DM DE MeV DP 52Mn {syn.} 5.591 روز ε 4.712 52Cr 53Mn {syn.} 3.74 million سال ε 0.597 53Cr 54Mn {syn.} 312.3 روز ε 1.377 54Cr 54Mn {syn.} 312.3 روز β- 0.697 54Fe 55Mn 100% Mn با30 نوترون پایدار است واحدهای SI & STP استفاده شده مگر آنکه ذکر شده باشد.

 

منگنز عنصر شیمیایی است که در جدول تناوبی دارای نشان Mn و عدد اتمی 25 می باشد.

ویژگیهای قابل توجه

منگنزمانند آهن فلزی خاکستری رنگ است. فلزی است سخت و بسیار شکننده که به سختی ذوب اما به راحتی اکسیده می شود. فلزمنگنز فقط پس از پردازش خاصی فرومغناطیس می گردد. کلی ترین حالتهای اکسیداسیون منگنز6+ ،4+،3+،2+ و 7+ است اگرچه حالتهای اکسیداسیون از 7+ تا 1+ مشاهده می شـود. در سیستم بیولوژیکی+2Mn اغلب با +2Mg در تضاد است و ترکیبات منگنزی که درآنها منگنز دارای حالت اکسیداسیـــون 7+ می باشد، عاملهای اکسید کننده ای قوی هستند.

کاربردهـــــــــا

منگنز به خاطرخصوصیات ثابت کنندگی گوگرد، اکسیژن زدائی و آلیاژ سازی برای تولید آهن و فولاد ضروری است. فولادسازی - ازجمله بخش تولید آهن آن- بیشترین مقدار منگنز داخلی را نیاز دارد که اخیراً بین 90% تا 85% مقدار مورد نیاز است. از بین کاربردهای مختلف دیگر آن ، منگنز بخش اصلی فرمول های فولاد ضد زنگ ارزان قیمت و آلیاژهای آلومینیم پرکاربرد را تشکیل می دهد. از اکسید منگنز در انواع پیلهای خشک جدید استفاده می شود. انتظار می رود ماهیت و سطح کلی کاربرد منگنز در آمریکا در آینده ای نزدیک تقریباً یکسان باقی بماند. هیچ گونه فن آوری عملی برای جایگزینی مواد دیگر به جای منگنز یا استفاده از مقادیر داخلی و سایر ذخائر جهت خودکفایی آمریکا نسبـت به کانی منگنز سایر کشورها وجود ندارد. جانشینها : منگنز هیچ جایگزین مفیدی برای کاربردهای اصلی خود ندارد.

 

تاریخچه

منگنز از ماقبل تاریخ مورد استفاده بوده است. رنگهایی که از رنگدانه های دی اکسید منگنز ساخته شده اند به 17000 سال پیش برمی گردند. مصریان و رومیان ازترکیبات این عنصر در شیشه سازی چه برای رنگ آمیزی آن و چه برای از بین بردن رنگ آن استفاده می کردند. منگنز که می توان آنرا در کانیهای آهن یافت توسط اسپارتها بکار می رفت. بعضی افراد بر این باورند که سختی استثنائی فولاد اسپارتان ، ناشی از تولید ناخواسته یک آلیاژ آهن – منگنز می باشد. در قرن 17 ابتدا Glauber شیمیدان آلمانی یک معرف آزمایشگاهی سودمند به نام پرمنگنات را تولید نمود. تا اواسط قرن 18 از اکسید منگنز برای تولید کلر استفاده می شد. برای اولین بار Scheele شیمیدان سوئدی متوجه شد که منگنز یک عنصر است و همکارش J. G. Gah در سال 1774 با کاهش دی اکسید منگنز بوسیله کربن موفق به تهیه نوع خالص این عنصر گشت. تقریباً در آغاز قرن 19دانشمندان استفاده از منگنز را در فولادسازی مورد بررسی قراردادند که آن زمان حقوق انحصاری برای کاربردهای آن واگذار شد. در سال 1816 متوجه شدند افزودن منگنز به آهن بدون تغییر درمیزان شکنندگی آن باعث استحکام بیشتر آهن می شود.

 

نقش بیولوژیکی

منگنز ماده غذائی است که وجود آن به مقدار کم برای تمامی گونه های حیات ضروری می باشد. رده های آنزیمهایی که عوامل مشترک منگنز دارند بسیار گسترده است و مثلاً شامل oxidoreductases transferases ، hydrolases, lyases, isomerases, ligases, lectins, integrins می باشند. شاید آرژیناز ، دیسموتاس سوپر اکسید حاوی منگنز و سم دیفتری معروف ترین پلی پپتید های منگنز باشند.

 

پیدایش

منابع زمینی منگنز بسیار زیاد اما بطور نامنظمی پراکنده شده اند؛ منابعی که در آمریکا واقع شده اند نامرغوب بوده و تهیه آن گران است. آفریقای جنوبی و اکراین بیش از 80% منابع شناخته شده جهان را دارا هستند ؛ آفریقای جنوبی بدون در نظر گرفتن چین و اکراین بیش از 80% کل آنرا تولید می کند. منابع واردات آمریکا ( 2001- 1998) : سنگ معدن منگنز : گابن 70% ، آفریقای جنوبی 10% ، استرالـیا 9%، مکزیک 5% و سایر کشورها 6%. فرومنگنز : آفریقای جنوبی 47% ، فرانسه 22%، مکزیک 8%، استرالیا 8% و سایر کشورها 15%. منگنز موجود در کل واردات منگنز: آفریقای جنوبی 31% ، گابن 21%، استرالیا 13% ، مکزیک 8% و سایر کشورها 27%. منگنز در بورکینوفاسو استخراج می شود. مقادیر بسیار زیادی منگنز در سختگاههای منگنز واقع در کف اقیانوسها وجود دارد. در سال 1970 تلاشهایی که برای یافتن روشهای عملی و اقتصادی بهره برداری از سختگاههای منگنز انجام می شد متوقف گشت.

 

ترکیبــــــــات

پرمنگنات پتاسیم که آنرا بلورهای کاندی هم می نامند، به علت خصوصیات اکسیداسیون آن ، یک معرف آزمایشگاهی متداول است و به عنوان یک داروی محلی کاربرد دارد (مثلاً برای درمان بیماریهای ماهی). دی اکسید منگنز در پیلهای خشک کاربرد داشته و نیز می توان از آن برای کلر زدایی شیشه هایی که با مقادیر کمی آهن سبز رنگ شده اند استفاده نمود. با ترکیبات منگنز می توان شیشه ها را ارغوانی کرد و عامل رنگ ارغوانی واقعی می باشد. علاوه بر اینها از دی اکسید منگنز برای تولید اکسیژن ، کلر و رنگهای سیاه جامد استفاده می گردد.

 

ایزوتوپها

منگنز بطور طبیعی دارای یک ایزوتوپ پایدار Mn-55 می باشد. 18 ایزوتوپ پرتوزاد هم برای این عنصر شناسایی شده که پایدارترین آنها منگنز53 با نیمه عمر 7/3 میلیون سال ، منگنز54 با نیمه عمر 3/312 روز و منگنز 52 با نیمه عمر 591/5 روز هستند. مابقی ایزوتوپهای رادیواکتیو از نیمه عمری کمتر از 3 ساعت برخوردار بوده که نیمه عمر اکثر آنها کمتر از 1 دقیقه است. همچنین این عنصر دارای 3 meta states می باشد. منگنز جزء عناصر گروه آهنی است که تصور می شود در ستارگان بزرگ اندکی قبل از انفجار ابراختر سنتز شده اند. منگنز 53 به شکل Cr-53 با نیمه عمر 7/3 میلیون سال فرسایش می یابد. منگنز53 به علت نیمه عمر نسبتاً کوتاهش یک رادیونوکلید غیر فعال است. محتویات ایزوتوپی منگنز معمولاً با محتویات ایزوتوپی کروم ترکیب می شـــــــود که درisotope geology بکار می رود. نسبتهای ایزوتوپی منگنز – کروم شواهدی را که از آلومینیم 26 و پالادیم 107 برای تاریخ آغازین منظومه شمسی وجود دارد تقویت می کند. ایزوتوپهای منگنز از نظر وزن اتمی بین amu 46 ( Mn-46) تا amu65 ( Mn-65) قرار دارند. حالت فروپاشی اولیه قبل از فراوان ترین ایزوتوپ پایدار ( Mn-55) جذب الکترون و حالت اولیه پس از آن بتا می باشد.

 

هشدارهـــــــا

مقدار بیش از حد منگنز سمی است و به علت میزان مسمومیت زایی این عنصر تماس با گرده ، بخار و ترکیبات منگنز حتی برای زمانهای کوتاه نباید از حداکثـــر mg/m3 5 فراتر رود. محلولهای پرمنگنات اسیدی کلیه مواد معدنی را که با آنها در تماس هستند ازبین خواهند برد و قادر به سوزاندن آنها می باشند.