Μαγγάνιο

Ετυμολογία

Η ιστορία του ονόματος του μαγγανίου είναι περίπλοκη. Στην αρχαία εποχή, δυο μαύρα ορυκτά από τη Μαγνησία της Ελλάδας ονομάζονταν και τα δυο «μάγνες», από την ονομασία του τόπου προέλευσής τους, αλλά θεωρούνταν ότι διέφεραν ως προς γένος. Το «αρσενικό», ο μάγνης, έλκυε το σίδηρο και ήταν σιδηρούχο ορικτό, γνωστό ως «μαγνητίτης», με κύριο χημικό συστατικό το επιτεταρτοξείδιο του σιδήρου (Fe₃O₄), από τον οποίο μάλλον προήλθε ο όρος «μαγνήτης». Το «θηλυκό», η «μάγνις», δεν έλκυε το σίδηρο, αλλά χρησιμοποιούνταν για να αποχρωματίζει το γυαλί. Στις μέρες μας το δεύτερο ορυκτό είναι γνωστό ως πυρολουσίτης, με κύριο χημικό συστατικό το διοξείδιο του μαγγανίου. Ούτε ο μαγνητίτης αλλά ούτε και το μεταλλικό μαγνήσιο είναι μαγνητικά υλικά. Κατά το 16^ο αιώνα, το διοξείδιο του μαγγανίου (MnO₂) ονομάζονταν «μαγγανήσιο» (manganesum) από υαλουργούς, πιθανώς από παραφθορά και συνδυασμό δύο λέξεων, καθώς τόσο οι υαλουργοί, όσο και οι αλχημιστές έπρεπε να μπορούν να διαχωρίζουν τα δυο ορυκτά με την κοινή ονομασία, στην οποία δεν αναγνωρίζονταν τα γένη στα λατινικά, δηλαδή το «magnesia negra» (δηλαδή «μαύρη μαγνησία») και «magnesia alba» (δηλαδή «λευκή μαγνησία»), με κύριο συστατικό το οξείδιο του μαγγανίου (MnO), που επίσης ήταν χρήσιμο και στην υαλουργία. Ο Μισέλ Μερκάτι (Michele Mercati) ονόμασε τον πυρολουσίτη «magnesia negra manganesa», ενώ όταν τελικά το μέταλλο απομονώθηκε από το οξείδιο του μαγγανίου, έγινε γνωστό ως «manganese» (που αργότερα εξελληνίστηκε σε «μαγγάνιο»), με τη γερμανική του έκδοση να ήταν «mangen».^[3]

Φυσικές ιδιότητες

Το χημικά καθαρό μαγγάνιο, υπό κανονικές συνθήκες περιβάλλοντος (25°C, 1 atm), είναι αργυρόγκριζο μέταλλο που ομοιάζει στην όψη με το σίδηρο. Είναι σκληρό, δύστηκτο και πολύ εύθριπτο, αλλά εύκολο να οξειδωθεί.^[4] Τόσο το μεταλλικό μαγνήσιο, όσο και τα συνηθισμένα ιόντα του, είναι παραμαγνητικά.^[5] Το μαγγάνιο θαμπώνει αργά στον αέρα και οξειδώνεται (σκουριάζει), όπως και ο σίδηρος, όταν έρχεται για σημαντικό χρονικό διάστημα με νερό που περιέχει διαλυμένο οξυγόνο.

Ισότοπα

Το μαγγάνιο που βρίσκεται στη φύση αποπτελείται από ένα μόνο σταθερό ισότοπο, το ⁵⁵Mn. 18 ραδιοϊσότοπα του μαγγανίου έχουν απομονωθεί και περιγραφεί, με μαζικό αριθμό που κυμαίνεται από 46 ως 65. Τα σταθερότερα από αυτά είναι το ⁵³Mn, που έχει ημιζωή 3,7 εκατομμύρια έτη, το ⁵⁴Mn με ημιζωή 312,3 και το ⁵²Mn με ημιζωή 5.591. Όλα τα υπόλοιπα ραδιοϊσότοπα έχουν ημιζωές βραχύτερες από 3 ώρες, ενώ η πλειοψηφία τους έχει ημιζωή βραχύτερη από 1 λεπτό.

Ο κύριος τρόπος διάσπασης για τα ραδιοϊσότοπα του μαγγανίου που βρίσκονται (δηλαδή αυτά με μαζικό αριθμό μικρότερο του 55) πριν από το πιο άφθονο σταθερό ισότοπο ⁵⁵Mn, είναι η σύλληψη ηλεκτρονίου, ενώ για τα ραδιοϊσότοπα που βρίσκονται μετά από το ⁵⁵Mn (δηλαδή αυτά με μαζίκό αριθμό μεγαλύτερο του 55) είναι η β-διάσπαση.^[6] Επιπλέον, το μαγγάνιο έχει τρεις μετασταθείς καταστάσεις.^[6]

Το μαγγάνιο είναι τμήμα των χημικών στοιχείων της ομάδας του σιδήρου, που θεωρείται ότι συνθέτεται σε μεγάλα άστρα, λίγο πριν από μια έκρηξη υπερκαινοφανούς αστέρα. Το ⁵³Mn διασπάται σε ⁵³Cr με ημιζωή 3,7 εκατομμύρια έτη. Εξαιτίας της σχετικά μικρής ημιζωής του, το ⁵³Mn είναι σχετικά σπάνιο, αφού παράγεται με επίδραση κοσμικής ακτινοβολίας σε σίδηρο.^[7] Τα ισοτοπικά περιεχόμενα του μαγγανίου είναι τυπικά συνδυασμένα με ισοτοπικά περιεχόμενα του χρωμίου και βρίσκουν εφαρμογή στην ισοτοπική γεωλογία και στη ραδιομετρική χρονολόγηση. Η ισοτοπική αναλογία Mn-Cr ενισχύουν τιην ένδειξη από τα ισότοπα ²⁶Al και ¹⁰⁷Pd για την πρώημη ιστορία του ηλιακού συστήματος. Οι ποικιλίες των αναλογιών ισοτοπικών συγκεντρώσεων ⁵³Cr/⁵²Cr και Mn/Cr από διάφορους μετεωρίτες προτείνουν μια αρχική αναλογία ⁵³Mn/⁵⁵Mn, που δείχνει ότι η ισοτοπική σύνθεση Mn-Cr πρέπει να καταλήγει στην in situ ραδιενεργό διάσπαση του ⁵³Mn σε διαφορετικά πλανητικά σώματα. Έτσι, το ⁵³Mn παρέχει πρόσθετη ένδειξη για τη διεργασία πυρηνοσύνθεσης αμέσως μετά τη συνένωση του ηλιακού συστήματος.^[6]

Βαθμίδες οξείδωσης

Οι ενώσεις του Mn^V είναι μπλε, ενώ οι ενώσεις του Mn^VI είναι πράσινες και είναι ισχυρά οξειδωτικά μέσα και ευάλωτες σε αντιδράσεις δυσαναλογοποίησης.

Η πιο σταθερή βαθμίδα οξείδωσης για το μαγγάνιο είναι η +2, που έχει απαλό ροζ χρώμα. Πολλές ενώσεις του Mn^II είναι γνωστές, όπως, για παράδειγμα, το θειικό μαγγάνιο (Mn SO₄) και το διχλωριούχο μαγγάνιο (MnCl₂). Σε αυτήν την οξειδωτική βαθμίδα βρίσκεται και το ορυκτό ροδοχρωσίτης, (κυρίως ανθρακικό μαγγάνιο, MnCO₃). Οι περισσότερες ενώσεις του Mn²⁺ βρίσκονται στη βασική τους κατάσταση σε υψηλό σπιν, συγκεκριμένα S = 5/2, εξαιτίας της υψηλής ενέργειας ζευγαρώματος του Mn^II. Ωστόσο, υπάρχουν λίγα παραδείγματα χαμηλού σπιν, με S = 1/2.^[9] Δεν υπάρχουν επιτρεπτές σπιν μεταπτώσεις d-d του Mn^II, εξηγώντας γιατί οι ενώσεις του Mn^II είναι τυπικά απαλόχρωμες προς άχρωμες.Οι πιο συνηθισμένες βαθμίδες οξείδωσης του μαγγανίου είναι +2, +3, +4, +6 και +7, παρόλο που έχουν παρατηρηθεί όλες οι βαθμίδες οξείδωσης από -3 ως +7. Τα ιόντα Mn²⁺ συχνά ανταγωνίζονται τα ιόντα Mg²⁺ σε βιολογικά συστήματα. Οι ενώσεις του μαγγανίου στην οξειδωτική βαθμίδα +7 είναι πολύ περιορισμένες στο ασταθές επτοξείδιο του μαγγανίου (Mn₂O₇), τις έντονα μωβ ενώσεις του υπερμαγγανικού ιόντος (MnO₄^–), καθώς και τα λίγα οξυαλογονίδια, συγκεκριμένα το τριοξυφθοριούχο μαγγάνιο (MnO₃F) και το τριοξυχλωριούχο μαγγάνιο (MnO₃Cl). Όλες αυτές οι ενώσεις του Mn^VII αποτελούν πανίσχυρα οξειδωτικά μέσα.^[4]

Το μαγγάνιο αποτελεί περίπου 1000 ppm (0,1%) της επιφάνειας της Γης, άρα είναι το δωδέκατο πιο συνηθισμένο στοιχείο στην επιφάνειά της. Το χώμα περιέχει 7 ως 9000 ppm μαγγανίου με μέσο όρο 440 ppm. Το θαλασσινό νερό περιέχει μόνο 10 ppm μαγγανίου και η ατμόσφαιρα περιέχει 0,01 μg/m3. Κυριότερα ορυκτά του μαγγανίου είναι ο μαγγανίτης, ο ροδοχρωσίτης, ο πυρολουσίτης και ο κρυπτομέλας.

• International Manganese Institute (Αγγλικά)
• NIOSH Manganese Topic Page (Αγγλικά)
• Διατροφογνώστης