Mangan. Undervannsfotografi av manganknollforekomst.

Mangan (knollforekomst) av Ukjent/NTB Scanpix ※. Gjengitt med tillatelse

Mangan. Bunnprøve fra ca. 4000 m dyp i Stillehavet. Tre knoller delvis omgitt av leire i opprinnelig havbunn, og senere dekket med et lag aske.

Mangan (bunnprøve) av Ukjent/NTB Scanpix ※. Gjengitt med tillatelse

Manganknoll. Snitt som viser lagdelt struktur i knoll fra Stillehavet. (Etter G. P. Glasby) 

Mangan (struktur i knoll) av Ukjent/NTB Scanpix ※. Gjengitt med tillatelse

Mangan er et grunnstoff som er et hardt metall. Samtidig er det så sprøtt at det lett lar seg pulverisere.

Mangan er det første grunnstoffet i gruppe 7 i periodesystemet. Det står midt i d-blokken i periode 4. Det er det nest vanligste d-metallet i jordskorpen.

Det finnes bare én stabil isotop av mangan: 55Mn.

Mangan det hyppigst forekommende d-metallet i jordskorpen nest etter jern. Fordi metallet er reaktivt, finnes det i naturen bare i form av kjemiske forbindelser.

Jordens kjerne antas å inneholde 1,5 prosent mangan, i jordskorpen 95 ppm ofte sammen med jern da mangan erstatter jern i jernmalmer.

Viktige manganmalmer er oksider eller oksidhydroksider. Det viktigste er pyrolusitt. Andre mineraler av denne typen er manganitt, MnO(OH), og hausmanitt, Mn3O4. Dessuten finnes mangan som manganspat, MnCO3, og braunitt, 3Mn2O3 ·MnSiO3.

Manganforekomster viser seg ofte ved at det dannes silikater og sekundærmineraler med en karakteristisk rosa farge. Den norske nasjonalsteinen, thulitt, finnes flere steder i Norge. Forekomsten viser at det er høy konsentrasjon av mangan i berggrunnen.

En mulig fremtidig kilde til mangan er manganknollene, som finnes som potetlignende klumper på visse områder av havbunnen. De er utfelt fra havet etterhvert som havet har blitt tilført forskjellige mineraler fra landjorden i tidens løp (som påpekt av den svenske kjemikeren Lars Gunnar Sillén). Men det er usikkert hvem som eier knollene, og det er også usikkert hva som vil skje med livet på havbunnen når de blir fjernet (se økosystem).

Mangan eksisterer i 4 allotrope modifikasjoner: \[\ce{\alpha-Mn <-->[\mathrm{707 \, ^\circ C}] \beta-Mn <-->[\mathrm{1087 \, ^\circ C}] \gamma-Mn <-->[\mathrm{1137 \, ^\circ C}] \delta-Mn}\]

Strukturen av dem er komplisert. α-Mn er kubisk, men inneholder 58 atomer i enhetscellen. β-Mn er også kubisk, men inneholder 20 atomer i enhetscellen. De to høytemperaturformen er mer normale: γ-Mn er i en form fortetteste kulepakning og δ-Mn er romsentrert kubisk.

Mangan er et forholdsvis uedelt metall og løser seg lett i syrer under dannelse av Mn2+-ioner og hydrogen:

Mn(s) + 2H+(aq) → Mn2+(aq) + H2(g)

Det løser seg til og med langsomt i vann. Metallet oksideres sakte i tørr luft, men korroderer relativt raskt i fuktige atmosfærer. Ved høye temperaturer reagerer det svært raskt i luft under dannelse av oksidskall som består av MnO/Mn3O4.

I forbindelser kan mangan ha alle oksidasjonstrinn fra +II til +VII. De to viktigste oksidasjonstrinnene er +II og +VII. Oksidasjonstrinn IV er viktig for det tungt løselige oksidet MnO2 (se manganforbindelser).

Mangan ble tidligere fremstilt ved å redusere oksidet Mn3O4 med aluminium:

3Mn3O4(s) + 8Al(l) → 9Mn(s) + 4Al2O3(s)

Metallet som fremstilles ved denne metoden, inneholder imidlertid ikke mer enn 95–98 % mangan. Renere metall (99,9+ %) blir fremstilt ved elektrolyse av mangan(II)sulfat-løsninger mettet med ammoniumsulfat.

Mesteparten av det mangan som fremstilles teknisk, er imidlertid i form av ferromangan. Dette fås ved å varme opp jern- og manganmalmer med kull eller koks i masovner eller elektriske ovner.

To andre teknisk viktige manganprodukter er silikomangan, med 65–70 % mangan, 15–20 % silisium og 1,5 % karbon, og speiljern med opp til 30 % mangan og 3,5–5,5 % karbon. I Norge produseres raffinerte manganlegeringer til stålprodusenter over hele verden av Eramet Norway.

Praktisk talt alt mangan som fremstilles anvendes i stål, mindre mengder til støpejern, aluminium-, magnesium- og kobberlegeringer. For innlegering i stål og støpejern benyttes ferromangan, silikomangan og speiljern. I stål inngår som regel små mengder (minst 0,3 prosent) mangan for å fjerne løst svovel i form av MnS.

Mangan kan også virke som deoksidasjonsmiddel, fordi løst oksygen fjernes som MnO. I silisiumtettede stål kan mangan bidra til deoksidasjon ved dannelse av mangansilikater.

Tilsatt i større mengder som legeringstilsetning øker mangan stålets styrke, seighet og varmebehandlingsegenskaper. Tilsetning av mangan til ikke-jernlegeringer skjer i form av rent metall eller rene manganforbindelser som mangan(II)klorid og mangan(II)oksid.

Mangan brukes også som legeringsgrunnstoff i visse typer ferromagnetiske legeringer (heuslerlegeringer).

Innånding av manganstøv gjennom lengre tid kan forårsake en kronisk manganforgiftning, som skader basalgangliene i hjernen og gir symptomer av samme type som ved Parkinsons sykdom. I begynnelsesstadiet gir manganforgiftning slapphet, søvnproblemer og av og til talevansker.

Mangan kan også skade cellene i luftveiene og gi økt risiko for utvikling av lungebetennelse. Tilstanden ble første gang beskrevet i Sauda i 1939 av den norske legen Dagfinn Elstad. 

Det er store individuelle variasjoner med hensyn til følsomheten for mangan, og i forgiftningens tidlige stadier kan pasienten bli helt frisk igjen hvis han kommer bort fra det forurensede miljøet. Mangan inngår ikke sjelden i sveiseelektroder, og muligheten for forgiftning er størst hvis sveisingen foregår i trange rom, slik at konsentrasjonen blir stor.

Mangan er av betydning for en rekke enzymprosesser i kroppen. Vanlig kost tilfører nok mangan, og symptomer på manganmangel er ikke kjent hos mennesker.

Mangan finnes nesten over alt i jordsmonnet. Et høyt manganinnhold i jordsmonnet kan imidlertid katalysere oksidering av jern til treverdig, og dermed gjøre jernet utilgjengelig for planter.

Mangan er et livsnødvendig sporgrunnstoff i planter, dyr og mennesker. Alle celler inneholder små mengder mangan. Det er en nødvendig bestanddel av flere enzymer. I plantene katalyserer mangan dannelsen av klorofyll. I menneskekroppen er mangan særlig konsentrert i vev, knokler, lever og lymfeknuter.

Ved normalt kosthold får kroppen tilført ca. 2,10 mg mangan per dag.

Navnet mangan er avledet av det latinske ordet magnes, som gjenspeiler de magnetiske egenskapene til pyrolusitt (brunstein), MnO2. Magnesia eller magnes ble i antikken også brukt som betegnelse på mineraler som magnesiumkarbonat, MgCO3, brunstein og magnetitt, Fe3O4, som ble funnet ved Magnesia i Lilleasia.

De svenske kjemikerne Torbern Bergman og Carl Wilhelm Scheele viste i 1774 at brunstein var et oksid av et ukjent metall. Samme år lyktes det Scheeles medarbeider Johan Gottlieb Gahn å fremstille en prøve av urent metall ved å varme opp en prøve av brunstein med trekull. Gahn kalte det nye metallet magnesium. Fordi dette navnet også ble gitt metallet som nå heter magnesium, ble det metallet som Gahn hadde fremstilt kalt manganesium, manganium eller mangan.

Betegnelsen manganesium finner vi fremdeles i det engelske navnet på mangan, manganese, og i det franske navnet, manganèse.

Atomsymbol Mn
Atomnummer 25
Atomvekt 54,9380
Smeltepunkt 1244 °C
Kokepunkt 1962 °C
Tetthet 7,44 g/cm3
Oksidasjonstall -I, 0, II, III, IV, V, VI, VII
Elektronkonfigurasjon [Ar]3d54s2

Foreslå endringer i tekst

Foreslå bilder til artikkelen

Kommentarer

Har du spørsmål om eller kommentarer til artikkelen?

Kommentaren din vil bli publisert under artikkelen, og fagansvarlig eller redaktør vil svare når de har mulighet.

Du må være logget inn for å kommentere.