Mangaan: Het element

Het element mangaan is een hard en bros metaal. Het oxideert gemakkelijk en heeft ferromagnetische eigenschappen. De oxidatie-toestanden (waardigheid) zijn: +2, +3, +4 en +7. In de oxidatie-toestand +7 is mangaan een zeer krachtige oxidator en wordt ook mede door die eigenschap toegepast bij de staalbereiding en dat is wat nog steeds de belangrijkste toepassing van mangaan is.

Voorkomen mangaanhoudende ertsen

De rendabele bronnen bevinden zich in Zuid-Afrika, Oekraïne en Turkije. Samen goed voor 80% van de wereldproductie. Op de bodem van de oceanen wordt mangaan in enorme hoeveelheden aangetroffen in de vorm van mangaanknollen die naast het hoofdbestanddeel mangaan en ijzer kleine hoeveelheden (0,2-1,0% van de elementen koper, kobalt, zink en nikkel bevatten, maar de winning van deze knollen is voorlopig economisch niet haalbaar.

Ontdekking van Mangaan

Zweedse chemicus Johann Gahn isoleerde het element in 1774 door reductie van mangaanoxide met koolstof. In 1816 ontdekt men dat toevoeging van mangaan een sterker en harder staal oplevert zonder dat de taaiheid afneemt.

Historie

Reeds in de oertijd (circa 15000 v. Chr.) wordt mangaanoxide gebruikt als pigment in verf bij het maken van de bekende grotschilderingen. In de klassieke oudheid legeerden de Spartanen ijzer met mangaan om sterkte en hardheid van het staal op te voeren bij praktisch gelijk blijvende taaiheid en dat is nog steeds de belangrijkste toepassing van mangaan.

Chemische en fysische eigenschappen van het element mangaan

Isotopen

Een stabiele isotoop 55Mn en 18 radioactieve isotopen, halveringstijd van enkele dagen tot miljoenen jaren.

Bereiding van mangaan

Reductie van pyrolusiet (MnO2) met houtskool (koolstof). Tegenwoordig vindt meestal bereiding uit Mangaanoxide MnO2 (de meest voorkomende mangaanverbinding) plaats met behulp van zwavelzuur (H2SO4), zodat mangaan sulfaat (MnSO4) ontstaat dat geëlektrolyseerd wordt tot mangaan.

Eigenschappen en toepassing mangaan

• Het element mangaan is een hard en bros metaal. Het oxideert gemakkelijk en heeft ferromagnetische eigenschappen. de oxidatie-toestanden zijn: +2, +3, +4 en +7. In de oxidatie-toestand +7 is mangaan een zeer krachtige oxidator en wordt ook mede door die eigenschap toegepast bij de staalbereiding.
• Mangaan wordt vooral gebruikt als legeringselement in staal. Toegevoegd aan staal om zuurstof en zwavel te binden. Mangaan bindt zwavel tot mangaansulfiden, om de schadelijke werking van ijzersulfiden (roodbrosheid) te verminderen. Echter In automatenstaal verbetert mangaansulfide (MnS) de verspaanbaarheid omdat het de spaan breekt. Hier is sprake van een compromis.
• In hardbare staalsoorten verlaagt mangaan de kritische afkoelsnelheid bij het harden, in plaats van in water kan in olie en zelfs in lucht afgekoeld worden, waardoor er veel minder spanningen in het staal optreden en geen hardingsscheuren ontstaan.
• Ongelegeerd veredeling staal bevat mangaan om tevens de treksterkte te verhogen.
• Staal met een hoog percentage koolstof en ca. 12% mangaan heeft bij kamertemperatuur een austenitische structuur. Deze kwaliteiten worden gekenmerkt door grote versteviging door (koud) deformatie. Ze worden als slijtvast staal ingezet bijvoorbeeld in de bochten van tramrails. Spoorrails worden meestal gemaakt van staal met 1,2% mangaan.
• Mangaan(IV)oxide wordt gebruikt in batterijen en als kleurstof (pigment). Glasindustrie gebruikt mangaan voor de kleuring van glas - (sinds de Egyptenaren en de Romeinen).
• Kaliumpermanganaat kent veel toepassingen als reagens, als oxidator en als katalysator in de organische chemie.

Milieu en gezondheid

Mangaan is in poedervorm en als damp giftig, het is een toxisch essentieel sporenelement. D.w.z. dat mensen het nodig hebben, maar bij te hoge concentratie in het lichaam giftig zijn. De mens moet voldoende mangaan binnen krijgen, anders ontstaan er gezondheidsproblemen. Is de hoeveelheid mangaan te hoog is, veroorzaakt dat ook gezondheidsklachten.

Vergiftiging door langdurige blootstelling aan mangaan

Symptomen van mangaanvergiftiging zijn hallucinaties, vergeetachtigheid, parkinson verschijnselen, longembolie, longontsteking, bronchitis, schade aan de zenuwbanen en impotentie. Mangaanmengsels komen van nature in het milieu voor in de vorm van vaste stoffen in de bodem en kleine deeltjes in het water. Mangaan is in de lucht aanwezig in de vorm van stofdeeltjes, die binnen een paar dagen neerslaan op de aarde. Mensen bevorderen mangaanconcentratie in de lucht via de industrie en door gebruik van fossiele brandstoffen. Het komt in oppervlakte-, grond- en rioolwater terecht.

Invloed op dieren

Voor dieren is mangaan een onderdeel van enzymen voor de stofwisseling van koolhydraten, eiwitten en vetten. Te weinig mangaan verstoort de groei. Mangaanstoffen kunnen long-, lever-, bloeddrukdaling en ontwikkeling stoornis van dierlijke foetussen veroorzaken.

Invloed op planten

Mangaan veroorzaakt problemen door mangaan vergiftiging maar bij gebrek aan mangaan ontstaan ook groei problemen. Tussen te grote concentraties en te lage concentraties bevindt zich een klein gebied waar de concentratie leidt tot een gezonde groei van de plant.

Gebrek aan mangaan in het lichaam

Een gebrek aan mangaan geeft ook gezondheidsproblemen bij de mens, zoals:

• Overgewicht
• Glucose allergie
• Kans op embolie
• Verlaagd cholesterol
• Verstoringen van de botgroei
• Geboorteafwijkingen
• Neurologische klachten
• Huidproblemen

Nawoord

Wat de gezondheidsrisico's betreft, het klinkt allemaal erger dan het is, er is altijd sprake van "te weinig is fout en te veel is fout", onder normale omstandigheden gaat het goed, omdat de mens, dier en plant opgroeien in een milieu waaraan ze aangepast zijn en de veilige zone tussen te veel en te weinig gemiddeld genomen relatief ruim is.