Mangan (Mn, łac. manganium) jest to pierwiastek chemiczny z grupy metali przejściowych w układzie okresowym. Ma 15 izotopów z przedziału mas 49-62 i izomery jądrowe 51m, 52m, 54m. Trwały jest tylko izotop 55, który stanowi niemal 100% składu izotopowego manganu występującego w naturze. Posiada 5 różnych stopni utleniania (od I do VII), z czego trwałe są tylko 3 (II, IV, VII).
Właściwości chemiczne i fizyczne
Metaliczny mangan jest twardym, srebrzystym i kruchym materiałem. Jest bardzo reaktywny, zapala się w powietrzu i reaguje z wodą tworząc wodorotlenek. Jego własności są zbliżone do metali alkalicznych. Wraz ze wzrostem wartościowości w związkach rośnie charakter kwasowy. Jest pierwiastkiem rozciągliwym. Mangan jest masowo stosowanym dodatkiem do stali obniżając jej temperaturę topnienia i poprawiając własności mechaniczne. Posiada własności paramagnetyczne.
Odkrycie Manganu
Sole i tlenki manganu były stosowane już w starożytności. Pierwszą osobą, która zasugerowała istnienie tego pierwiastka był Carl Wilhelm Scheele, zaś kilka lat później, w 1774 r. Johan Gottlieb Gahn jako pierwszy wyizolował ten pierwiastek w stanie czystym, przez redukcję dwutlenku manganu węglem.
Występowanie w skorupie ziemskiej
Występuje w skorupie ziemskiej w ilości 950 ppm w postaci rudy składającej się z mieszaniny kilkunastu rodzajów tlenków. Jest po żelazie najbardziej rozpowszechnionym metalem ciężkim. W światowym wydobyciu manganu (w przeliczeniu na czysty składnik), wynoszącym w 2001 r. 9 mln ton, przodowały: Chiny (2,5 mln ton), RPA (1,5 mln ton), Ukraina (1,2 mln ton), Australia (1,1 mln ton) i Brazylia (1,1 mln ton). Ważniejsze minerały: braunsztyn i manganit - oba to mieszaniny różnych tlenków manganu. Metaliczny mangan można otrzymać poprzez redukcję piroluzytu glinem w reakcji aluminotermii. Mangan obecny jest w centrach reaktywności wielu enzymów i jest niezbędnym do życia mikroelementem. Jego minimalne, dzienne spożycie powinno wynosić ok. 1 mg. W dużych ilościach sole manganu są toksyczne. Nadmiar może również sprzyjać rozwojowi demencji, schizofrenii oraz pogłębiać chorobę Parkinsona. Niedobór zaś powoduje opóźnienie w rozwoju fizycznym.
Źródła manganu: -czarna herbata -orzechy -syrop klonowy
Mangan w organizmie człowieka.
Przez naukowców mangan określany jest mianem minilokomotywy naszego napędu życiowego. Mangan działa aktywująco na enzymy, dotyczy to w szczególności enzymów, które w przemianie materii ułatwiają przyswajanie pewnych witamin. Przykładowo: bez względu na to ile zjemy świeżych owoców, to bez manganu całe bogactwo zawartej w nich witaminy C zostanie spożytkowane tylko w 20%.
Manganu potrzebują nasze kości i krew; odżywiają się nim komórki nerwowe i mózg; jest nieodzownym czynnikiem przy syntezie hormonów tarczycy.
Gdy brakuje manganu występuje:
- pogorszenie się słuchu oraz szmery w uszach; - utrata masy ciała; - popękana i słucha skóra; - zmęczenie; - brak popędu płciowego, zniechęcenie, pesymizm i stany niepokoju; - bóle w stawach; - spowolnienie tempa wzrostu włosów.
Mangan w produktach spożywczych:
- orzechy laskowe i włoskie; - orzeszki ziemne i migdały; - ziarno słonecznika; - ziarno pełne; - szpinak, groch, ziemniaki.
Do czego potrzebny jest nam mangan
- do wytwarzania hormonów śledziony; - w przemianie białkowej, tłuszczowej i węglowodanowej; - jest ważnym składnikiem krwi i kości; - odżywia nerwy i mózg; - jest współodpowiedzialny w sferze aktywności płciowej; - w syntezie barwnika skóry i włosów.
Nadmiar manganu powoduje uszkodzenie ścian naczyń włosowatych układu krwionośnego. Działa trująco, podrażniając ośrodkowy układ nerwowy i wywołując marskość wątroby. Szybkość występowania objawów zatrucia zależy od indywidualnej wrażliwości na związki manganu.
Źródłem manganu w wodach powierzchniowych są ścieki pochodzące głównie z przemysłu metalurgicznego, elektrochemicznego i chemicznego.
W wodzie wodociągowej mangan i jego związki mogą występować na skutek mało efektywnego procesu oczyszczania ujmowanej wody powierzchniowej, a także w efekcie samego procesu uzdatniania wody, ponieważ na etapie filtracji wykorzystywany jest piasek pokrywany dwutlenkiem manganu. W przypadku stosowania tego rodzaju technologii dość często stwierdza się przekroczenia dopuszczalnego stężenia manganu w wodzie do picia.
Obecność manganu w wodzie wodociągowej wpływa na powstawanie bakterii manganowych, nadających wodzie nieprzyjemny, stęchły smak i zapach. Tworzące się w sieci bakterie manganowe, utrudniają dostarczenie konsumentom wody bezpiecznej pod względem bakteriologicznym, gdyż zużywają tzw. chlor pozostały, co może spowodować wtórne jej zanieczyszczenie bakteriami chorobotwórczymi.
Obecność manganu w wodzie do picia i celów gospodarczych powoduje tworzenie się plam na urządzeniach sanitarnych i sprawia, że woda nie nadaje się do prania
Mangan w glebie
Mangan występuje w glebie głównie w postaci wolnych tlenków lub krzemianów. Podczas wietrzenia krzemianów uwalniają się jony Mn2+ , które przenikają do roztworu glebowego. Mogą się one następnie łączyć z dodatnio naładowanymi kationami. Ważną rolę dla tego procesu odgrywają taki czynniki jak zawartość minerałów ilastych, wartość pH oraz potencjał oksydacyjno-redukcyjny gleby. Wraz ze wzrostem wartości pH i potencjału oksydacyjno- redukcyjnego wzrasta koncentracja przyswajalnych przez rośliny jonów Mn2+ . Niska wartość potencjału ma miejsce w przypadku niewielkich ilości tlenu w glebie (zbicie gleby, zalanie, woda stagnująca). Natomiast wysoka wartość pH i dobre przewietrzenie gleby obniżają koncentrację jonów Mn2+.
Niedobór manganu występuje na skutek jego unieruchomienia w glebach organicznych i zawierających węglany. Z powodu obniżonej absorpcji ubogie w mangan są też gleby próchnicze i piaszczyste bielicowe.
Mangan w roślinach
Rośliny przyswajają mangan wyłącznie w postaci jonów Mn2+ . Proces ten mogą jednak utrudniać wysokie koncentracje jonów Mg2+-, Ca2+-, Cu2+- oraz Fe2+ . Mangan, podobnie jak magnez, aktywuje liczne enzymy bądź jest ich składnikiem, przez co wpływa na przemianę materii roślin.
Znaczenie manganu dla roślin
-Mn wpływa bezpośrednio na fotosyntezę i bierze udział w tworzeniu chloroplastów -Mn jest ważnym czynnikiem biosyntezy kwasów tłuszczowych -Mn sterując przemianą węglowodanów wpływa na gospodarkę energetyczną roślin -Mn umożliwia redukcję azotanów -Mn wspiera wzrost korzeni bocznych -Mn wpływa na przyrost komórki na długość, przez co aktywuje wzrost rośliny -podobnie jak miedź wiąże wolne rodniki, które powstają w sytuacjach stresowych i niszczą komórki -mangan i magnez wpływają pozytywnie na koncentrację składników jakościowych, jak np. kwas cytrynowy czy witamina C. Podnoszą zdolność do zamrażania warzyw i odporność ziemniaków na przebarwienia podczas produkcji puree i mączki ziemniaczanej.
Objawy niedoboru manganu
-pomiędzy nerwami młodych liści pojawiają się plamy chlorozy, co wynika z zakłóconej produkcji chloroplastów -u roślin trawiastych (np. zboża) występują między nerwami liści paski chlorozy i nekrozy -charakterystyczne objawy niedoboru manganu w postaci suchej plamistości wykazuje owies; w spodniej części liścia widoczne są szare paski i punkty. -z powodu zakłóconej gospodarki wodnej rośliny z niedoborem manganu charakteryzują się mniejszą objętością komórek. Gorzej przebiega też przyrost komórek na długość oraz wzrost korzeni bocznych.
Nadmiar manganu
-występuje na glebach kwaśnych, zawierających łatwo przyswajalne jony Mn2+ . -na starszych liściach, ogonku liścia oraz łodydze pojawiają się w wyniku magazynowania MnO2 czarno- brązowe punkty. Zawansowane stadium objawia się chlorozą brzegów liści -nadmiar manganu prowadzi do niedoboru żelaza, magnezu i/oraz wapnia. Objawy niedoboru tych składników wzmagają dodatkowo objawy nadmiaru manganu.
ChomiczekRekultywant