Mn

Mangan

atomnummer: 25
gruppe: 7
periode: 4
atomvekt: 54,938045

I mennesket
12 mg

I jordskorpen
1000 ppm

I havet
1,9 µg/liter

På solen
0,00 ppt

Innledning

Grunnstoffet mangan er et gråhvitt metall som ligner jern og som oksideres fort. Det er derimot hardere og sprøere enn jern.

Mn er reaktivt som rent metall, og fint pulver vil antennes i oksygen. Det reagerer med vann ved å danne rust på samme måte som jern, og løses i fortynnede syrer.

Metallisk mangan skiller seg fra de fleste andre metaller i det periodiske system ved metallet ikke krystalliserer i en av de tettpakkede formene, men tar heller en mer åpen og udefinert struktur.

Naturlig mangan finnes i form av én enkel isotop, mangan-55, og er ikke radioaktivt.

Historie

[Illustrasjon]

Johan Gottlieb Gahn.

Grunnstoffet mangan ble oppdaget rundt 1770, men da flere kjemikere hadde jobbet med stoffet i en lengre periode er det vanskelig å utpeke én enkelt oppdager. Den svenske kjemikeren og mineralogen Johan Gottlieb Gahn (1745-1818) blir vanligvis kreditert som den første til å lykkes i 1774. Det er dog funnet beskrivelser på fremstilling av metallet så tidlig som i 1771 i en avhandling laget av en student ved navn Ignatius Kaim i Wien.

Grunnstoffet har trolig sitt navn etter byen Magnesia i Tyrkia. Dette kan virke underlig da det ikke er noen kjente forekomster av mangan i dette området. Navnet henger trolig sammen med en forveksling med mineralet magnetjernstein, som til forveksling er lik brunstein, pyrolusitt.

Alternative forklaringer på navnet er at det stammer fra det latinske ordet magnes som betyr magnet. Mineralet pyrolusitt har svake magnetiske egenskaper.

Atomnummeret til mangan ble ikke bestemt før rundt 1925 da en kunne gjøre røntgenundersøkelser av metallet. Inntil da var det flere foreslåtte plasseringer av metallet i periodesystemet.

Mangan(IV)oksid spiller en sentral rolle i oppdagelsen av grunnstoffet klor. Klorgass blir frigitt dersom mangan(IV)oksid blir tilsatt saltsyre og varmet opp. Dette reaksjonsmønsteret er blitt brukt til å påvise mangan i planter. Den svenske kjemikeren Scheele tilsatte saltsyre til asken til forskjellige planter og registrerte at det ble utviklet klorgass.

Forekomst

[Foto: Rune Selbekk, Naturhistorisk museum, UiO.]

Rhodochrositt, MnCO3, fra Colorado.
Foto: Rune Selbekk, Naturhistorisk museum, UiO.

Mangan forekommer i mange forskjellige oksidasjonstrinn hvor de mest vanlige er Mn(II) (Mn2+) og Mn(IV) (Mn4+). Mangan er også allment kjent i oksidasjonstrinnet Mn(VII) som permanganat, MnO4-, som er et sterkt oksidasjonsmiddel med mørk lilla farge.

De viktigste forekomsten for mangan er mineralene pyrolusitt (MnO2) som også kalles brunstein, og rhodochrositt (MnCO3). I tillegg kommer mineraler som psilomelane (bariumholdig MnO2), cryptomelane (kaliumholdig MnO2), og manganitt (MnO(OH)).

Dagens råmaterialer for fremstilling av mangan kommer fra dagbrudd og gruvedrift på landjorda. Mer enn 25 millioner tonn blir gravd ut hvert år. Dette tilsvarer 5 millioner tonn metall. Reservene er estimert til 3 milliarder tonn.

I tillegg til de landbaserte ressursene finnes mangan i gigantiske mengder på bunnen av Atlanterhavet i form av små knoller (noduler) på størrelsen av poteter. Knollene vokser ved at mangan og jernmineraler siver ut med varmt vann fra sprekker i jorden og avsettes på overflaten av små steiner eller lignende. Knollene vokser med ca. 1 cm på 1 million år. Selv om forekomstene av knoller er utrolig store så er det lite trolig at de vil bli utnyttet i overskuelig fremtid da de ligger på ca. 5 km dyp.

Norske manganforekomster er få og små og har ikke hatt noen økonomisk betydning. En liten forekomst ved Tangen, Hurdal i Akershus, fører det sjeldne mineralet hollanditt, BaMn8O16.

I kroppen

Mangan er et livsnødvendig metall for alle mikroorganismer. Hos dyr og mennesker er mangan nødvendig for produksjonen av B-vitaminer, og for planter er det viktig for produksjonen av klorofyllet. Mangan er også mistenkt for å inngå i omsetningen av glukose og i dannelsen av RNA. Totalt sett er mengden mangan i et voksent menneske relativt beskjedent, ca. 12 milligram.

Mangan er ofte et tilsetningsstoff til kunstgjødsel i form av mangansulfat, MnSO4.

Normalt sett foreligger mangan i form av Mn2+-ioner i løsninger. Disse er svakt rosa, men fargen blir fort borte i fortynnede løsninger. Mn2+ er ikke giftig, men den mørk lilla varianten MnO4- er giftig. Den biologiske aktive formen for mangan ser ut til å være det mer ustabile Mn3+-ionet.

Som alle andre metallstøv er også manganstøv uheldig å puste inn. Symptomene på forgiftning av manganstøv er utmattelse, anoreksi og impotens. Gruvearbeidere som ble jevning utsatt for slikt støv utviklet også en tilstand som ble kalt ”mangan-galskap” som gav ukontrollert latter og gråting, aggresjon og hallusinasjoner. Symptomene er ellers lik Parkinsons sykdom. Heldigvis er det få som blir utsatt for dette nå for tiden.

Fremstilling

Metallet blir gjerne fremstilt ved termisk reduksjon av oksidet ved å bruke andre metaller som natrium, magnesium eller aluminium som reduksjonsmidler. Alternativt blir rent mangan fremstilt gjennom elektrolyse av mangansulfat.

Anvendelser

Fra farging av glass til herding av stål

Visste du at...

mangan ble brukt til farging av glass for så langt tilbake som 3000 år siden? Egypterne mente at den fiolette fargen beskyttet mot beruselse.

Brunstein (MnO2) er blitt brukt gjennom flere årtusener til fremstilling av fargepigmenter og under fremstilling av glass.

Mangan er blitt funnet i pigmentene i maling brukt for ca. 17 000 år siden.

Den fiolette fargen i ametyst kommer av små forurensninger av mangan, og vanlig glass kan gis denne fargen ved å blande inn mangan i glassmelten. En slik farging av glass er kjent så langt tilbake som hos egypterne hvor det er funnet et 3000 år gammelt drikkeglass med ametystfarge.

Den fiolette fargen var høyt skattet da egypterne mente at fargen beskyttet mot beruselse. Ametyst stammer fra det greske ordet amethein som kan oversettes med ”ikke beruset”.

Manganoksid er også blitt brukt til å gjøre glass klar i farge. Ved vanlig fremstilling av glass vil rester av jernforbindelser farge dette grønt. Denne grønne fargen kan fjernes ved å tilsette manganoksid i små mengder. Denne egenskapen har trolig gitt mineralet sitt navn da pyrolusitt på gresk kan oversettes med ”jeg vasker ild”. Mineralet er også kjent som sapo vitri som betyr ”glass-såpe” Ved større mengder vil som nevnt ametystfarge oppstå.

[Copyright: Jernbaneverket. Foto: Rune Fossum.]

Stål med høyt manganinnhold brukes i jernbaneskinner.
Copyright: Jernbaneverket. Foto: Rune Fossum.

Manganmetallet blir ikke brukt i ren form, til det er det for sprøtt. 95 % av det fremstilte metallet går til bruk i forskjellige metalliske legeringer, hvorav stål utgjør størsteparten.

Det meste manganmetallet blir brukt i en legering med jern for å produsere stål med høyere slitestyrke og hardhet. Nesten alle stållegeringer inneholder minst 0,5 % mangan, men de kan inneholde så mye som 15 %. Stål med høyt manganinnhold blir brukt i knusemaskiner for stein og malm, samt til produksjon av pengeskap, jernbaneskinner, geværløp og i stålbjelkene i fengselsgitter. Stålet i knusemaskinene har en interessant selvherdende egenskap ved at overflaten omvandles til den superharde martensitt-strukturen ved påkjenning av trykk. På den måten vil knuseplatene i en slik maskin reparere seg selv dersom det skulle gå et skår av platen.

Relativt store mengder av mangan er blitt funnet i jernmalmen som ble brukt av spartanerne. Dette har ført til spekulasjoner om at deres spesielt gode sverd kommer av en tilfeldig produksjon av en egnet manganjernlegering.

Dersom en legerer mangan med kobber og nikkel får en legeringen manganin. Dette er en legering hvor den elektriske motstanden nesten ikke endres med temperatur. Den brukes derfor ofte i elektriske instrumenter.

Eldre typer permanentmagneter er ofte laget av en legering av jern og mangan og kalles manganferrit. Det var dette som styrte elektronstrålen i de eldre katoderørsskjermene.

Økonomisk sett er de to viktigste forbindelsene med mangan mangan(IV)oksid (ca. 180 000 tonn per år) og mangan(II)sulfat (ca. 120 000 tonn per år). Mangan(IV)oksid er kjent som elektrolyttmateriale i de gamle sink-karbon-batteriene hvor det også ble brukt til å forhindre dannelsen av hydrogengass. Det er herfra navnet brunsteinsbatterier kommer fra. I dag finner en mangan(IV)oksid i gummi og i katalysatorer i industrien. Mangan(II)sulfat blir hovedsakelig brukt som utgangsmateriale for elektrolyse av rent manganmetall.

Andre viktige forbindelser er mangan(II) oksid (MnO), mangan karbonat (MnCO3) og kaliumpermanganat (KMnO4). Den første blir brukt i kundtgjødsel og keramikk, den andre er utgangsmateriale for produksjon av andre manganforbindelser og den tredje blir brukt til å fjerne organiske forurensninger fra restvann.

Ved Kjemisk institutt

Visste du at...

Kjemisk Institutt produserer nanomaterialer av manganoksider til forskjellige vitenskapelige forsøk?

Mangan inngår i en rekke interessante oksider som studeres ved Kjemisk Institutt (KI). Disse oksidene har spesielle magnetiske egenskaper som gjør at de er svært gode magnetsensorer (Ca0.3La0.6MnO3) og minst 1000 ganger så følsomme som de beste lesehodene i harddisker i dag. Materialene er kjent som kolossale magnetoresistante materialer (CMR). Disse blir laget i form av pulver og som tynne filmer/belegg.

KI produserer også nanomaterialer av manganoksider til forskjellige vitenskapelige forsøk. Slike nanomaterialer viser magnetiske egenskaper ut over det normale for disse materialene.

Medisinsk

Permanganat, MnO4-, er et sterkt oksidasjonsmiddel og ble i den viktorianske tiden introdusert som et desinfeksjonsmiddel for å bade sår. Selv om middelet er svært giftig dersom det ble drukket, var det anbefalt å gurgle med en løsning av dette dersom en hadde halitosis (dårlig ånde) eller sår hals.

Kjemien

Grunnstoffet mangan er et gråhvitt metall som ligner jern og oksideres fort. Det er derimot hardere og sprøere enn jern. Det er reaktivt som rent metall, og fint pulver vil antennes i oksygen. Det reagerer med vann ved å danne rust på samme måte som jern, og løses i fortynnede syrer.

Metallisk mangan skiller seg fra de fleste andre metaller i det periodiske system ved metallet ikke krystalliserer i en av de tettpakkede formene, men tar heller en mer åpen og udefinert struktur.

Naturlig mangan finnes i form av én enkel isotop, mangan-55, og er ikke radioaktivt.

I Norge

I Norge blir mangan produsert i form av ferromangan i Sauda og Porsgrunn basert på importert råstoff. Mangan anvendes først og fremst i stål, men også i støpejern og lettmetalllegeringer og i disse sammenhenger benyttes ikke rent mangan men legeringer med jern (ferromangan).

[Copyright: Eramet Norway AS, Sauda. Foto: Håvard Bakke.]

Sauda smelteverk produserer ferromangan.
Copyright: Eramet Norway AS, Sauda. Foto: Håvard Bakke.

Forfatter:  Ola Nilsen

Finn nabogrunnstoff

     
Cr Mn Fe
Mo Tc Ru

Vis alt om mangan

Mangan i periodesystemet

Visste du at...

Os

Osmiumtetraoksid i sin tid ble benyttet av rettsmedisinere for å tydliggjøre fingeravtrykk.

Les mer om osmium

App

Periodic Puzzle

Noen har rotet det til i periodesystemet. Du må flytte grunnstoffene tilbake på riktig plass.

Les mer:
Om Periodic Puzzle appen

Samarbeidspartner

Naturhistorisk museum

 


Les om periodesystemet (bakom-stoff, utdypende artikler)
Periodesystemet.no fra Kjemisk institutt, Universitetet i Oslo.   Idé: Dmitrij Ivanovitsj Mendelejev.
Prosjektledelse: Svein Stølen. Design: John Vedde.   Redaksjon     Rettigheter