منگنزعنصری فلزی به رنگ خاکستری متمایل به صورتی که از لحاظ شیمیایی فعال است. این عنصردر سال 1774 توسط Johann Gahn دانشمند سوئدی کشف گردید . این فلز شبیه به آهن اما سختتر و شکننده تر است.این فلز آلوتروپیهای متفاوتی با خواص مختلفی دارد. منگنز به صورت وافر در طبیعت یافت می شود.پیرولوزیت (MnO2) سنگ اصلی این فلز است. فلز منگنز به صورت تجاری از طریق احیاء سنگهای معدنی اش با آلومینیوم و برای تهیه با خلوص بالا ازطریق الکترولیز محلول سولفات منگنز تهیه می شود.http://www.ngdir.ir/Data_SD/Elements/Pics/65.jpg
کانیهای منگنز به صورت گسترده پراکنده شده اند. ترکیبات معمول این عنصر شامل اکسیدها، سیلیکاتها و کربناتها هستند. این عنصر به صورت نودولها در کف اقیانوسها نیز کشف شده اند که این نودولها نیز جز منابع مهم منگنز هستند. این نودولها شامل 24 درصد منگنز به علاوه عناصر دیگر که میزان آنها کمتر است نیز می باشد. بیشتر معادن منگنز امروزه در کشورهای روسیه، برزیل، استرالیا، جنوب آفریقا، گابن، هندوستان می باشد. مهمترین کانیهای گروه منگنز پیرولوزیت و رودوکروزیت هستند. این فلز همچنین از واکنش اکسید منگنز با سدیم، منگنز، آلومینیوم و همینطور از روش الکترولیز تولید می شود.
این عنصر شبیه آهن است اما سختتر و شکننده تر از آهن می باشد. این فلز با واکنش پذیری بالا و با آب به آهستگی تجزیه می شود. منگنز برای آلیاژهای مهمی کاربرد دارد. در صنایع فولاد منگنز باعث نورد کردن فولاد و چکش خواری، استحکام ، دوام، مقاومت در برابر سایش و شکنندگی می شود.از ترکیب منگنز و آلومینیوم و آنتیموان و کمی مس آلیاژی با خاصیت فرومغناطیس قوی حاصل می شود. منگنز خالص دارای چهار آلوتروپی می باشد. فرم آلفا در درجه حرارت معمولی پایدار است . فرم گامای این عنصر دارای خصوصیات انعطاف پذیری بالا، نرم، راحت با چاقو بردیده می شود، و چکش خوار است.
پیرولوزیت دی اکسید منگنز برای قطب زدایی کردن پیلهای خشک به کار می رود که این ترکیب به رنگ سبز و دارای ناخالصی آهن می باشد. منگنز دارای رنگ بنفشی باشد که عمل رنگ کانی آمتیست نیز می باشد. پیرولوزیت همچنین بای تهیه عناصر کلر و اکسیژن است و در رنگهای سیاه بهکار می رود. پرمنگنات عامل اکسیداسیون قوی است و برای آنالیزهای کمی و علم پزشکی استفاده می شود. این عنصر عامل مهمی برای کاربرد ویتامین B1 می باشد.
پرتودهی منگنز و ترکیبات آن از میزان 5 mg/m3 تجاوز نمی کند بنابراین برای یک دوره باید برای یک دوره کوتاه از آن استفاده شود چون عنصر سمی است.
ساختار بلوري منگنز
http://www.ngdir.ir/Data_SD/Elements/Pics/66.jpg
اثرات منگنز بر سلامتي انسان
منگنز يک ترکيب شيميايي معمول است که در تمام قسمتهاي کره زمين يافت ميشود. منگنز سومين عنصر شيميايي از لحاظ سمي بودن ميباشد. يعني از طرفي مقدار اندک منگنز براي بقاي انسان مورد نياز است و از طرف ديگر زمانيکه غلظت منگنز از حد معمول خود تجاوز کرده و بالا ميرود، براي بدن انسان بسيارسمي است. اگر انسان مقدار منگنز مورد نياز بدن را مصرف نکند، سلامتي وي به خطر مي افتد. اما اگر مصرف منگنز بسيار زياد باشد، مشکلاتي در بدن انسان رخ ميدهد.
منگنز از طريق غذا وارد بدن انسان ميشود. غذاهايي که حاوي منگنز هستند، اسفناج، چاي و گياهان دارويي ميباشند. مواد غذايي که مقدار منگنز آنها بالا ميباشد، عبارت هستند از برنج، سويا، تخم مرغ، آجيل، روغن زيتون، لوبيا سبز و صدف. پس از مصرف غذاهاي حاوي منگنز و جذب آنها، منگنز از طريق خون به اندامهايي مانند کبد، کليه ها، پانکراس و غدد درون ريز وارد ميشود.
مهمترين تاثير منگنز بر دستگاه تنفس و مغز است. علائم مسموميت با منگنز شامل توهم، فراموشي و آسيبهاي عصبي است. همچنين منگنز باعث بيماري پارکينسون، آب آوردن ريه ها و برونشيت ميشود. اگر مردان براي مدت زمان زياد تحت تاثير منگنز قرار گيرند، ممکن است توانايي جنسي خود را از دست دهند.
سندرمي که بر اثر عملکرد منگنز در بدن انسان اتفاق مي افتد داراي علائمي مانند شيزوفرني، کسالت، ضعف عضلات، سردرد و کم خوابي است.
بر اثر کمبود منگنز در بدن انسان بيماريهاي زير بروز ميکند:
چاقي
عدم تحمل گلوکز
خونمردگي
مشکلات پوستي
پايين آمدن کلسترول بدن
ناهنجاريهاي اسکلتي
کاهش تولد
تغيير رنگ مو
علائم عصبي
با تنفس طولاني مدت غبار يا بخار منگنز مسموميت مزمن منگنز رخ ميدهد. اولين قسمت بدن که آسيب ميبيند، سيستم عصبي مرکزي است و ممکن به طور موقت دچار ناتواني شود. علائم اين مسموميت عبارت هستند از ضعف، احساس خواب آلودگي، احساس کسالت، مشکلات روحي، اسپاسم پاها، گرفتگي عضلات پا و فلج. در کارگراني که با ترکيبات، غبار و بخار منگنز کار ميکنند، عوارضي مانند ذات الريه و عفونت دستگاه تنفسي مشاهده ميشود. ترکيبات منگنز ممکن است سبب ايجاد تومور در بدن انسان شوند، اما تحقيقات آزمايشگاهي نتيجه اي مبهم را به دنبال داشته و هنوز اين اثر منگنز به درستي تاييد نشده است.
تاثيرات زيست محيطي منگنز
منگنز در طبيعت به صورت جامد در خاک و به صورت ذرات ريز در آب وجود دارد. ذرات منگنز در هوا به صورت غبار است. غبار منگنز طي چند روز و به آهستگي در سطح زمين ته نشين ميشود.
فعاليتهاي انساني مانند فعاليتهاي صنعتي و استفاده از سوختهاي فسيلي سبب افزايش غلظت منگنز در هوا ميشود. منگنز حاصل از فعاليتهاي انساني ميتواند وارد آبهاي سطحي، آبهاي زيرزميني و فاضلاب شود. از طريق آفت کشهاي منگنزکه در کشاورزي مورد استفاده قرار ميگيرند، مقداري منگنز وارد خاک ميشود.
منگنز در بدن جانوران از اهميت زيادي برخوردار است زيرا بيش از 36 آنزيمي که براي متابوليسم کربوهيدراتها، پروتئين و چربي در بدن جانوران به کار ميرود، به منگنز نياز دارند. در جانوراني که به اندازه کافي منگنز دريافت ميکنند، رشد، تشکيل استخوان و توليد مثل به خوبي انجام ميشود.
مقدار بسيار اندک منگنز (در صورتي که از مقدار مجاز مورد نياز براي جانوران افزايش يابد)، در برخي از جانوران کشنده است. منگنز در جانوران، مشکلات ريوي، کبدي و عضلاني، کاهش در فشار خون سبب ميشود و به مغز و جنين جانور آسيب ميرساند.
بر اثر جذب منگنز از طريق پوست، مشکل تعادل و رعشه در بدن جانور اتفاق مي افتد. تحقيقاتي که بر روي جانوران آزمايشگاهي انجام شده نشان ميدهد، که مسموميت شديد منگنز ميتواند باعث تشکيل تومور در جانوران شود.
يونهاي منگنز پس از اينکه از خاک جذب گياه ميشوند، به برگهاي گياه منتقل ميشوند. مقدار کمي از منگنز ميتواند به مکانيسم گياه لطمه وارد سازد. منگنز در بدن گياه باعث تجزيه آب به دو عنصر هيدروژن و اکسيژن ميشود و همين مسئله به گياه آسيب ميرساند.
منگنز دو نوع اثر در گياهان دارد. هم کمبود منگنز براي گياه ضرر دارد و هم مقدار زياد آن سبب مسموميت گياه ميشود. با پايين آمدن pH خاک مقدار منگنز گياه کاهش مي يابد.
مقدار زياد و سمي منگنز در گياهان، باعث تخريب ديواره هاي سلولي شده، پژمردگي برگها و ايجاد لکه هاي قهوه اي در برگ را باعث ميشود. کمبود منگنز نيز اين اثرات را به دنبال دارد. در واقع مقدار منگنز مورد نياز گياه، مقدار حدواسطي است که بين کمبود منگنز و حالت سمي براي گياه در نظر گرفته ميشود.
عنصر منگنز در طبيعت
خواص فیزیکی و شیمیایی عنصر منگنز :
عدد اتمی: 25
جرم اتمی:54.938049
نقطه ذوب: C°1244
نقطه جوش : C°1962
شعاع اتمی : Å 1.79
ظرفیت:2و4و3و6و7
رنگ: خاکستری مایل به صورتی
حالت استاندارد: جامد
نام گروه:7
انرژی یونیزاسیون: Kj/mol 4.435
شکل الکترونی: 2 1s22s2p63s23 p63d 54s
شعاع یونی : Å 0.46
الکترونگاتیوی:1.55
حالت اکسیداسیون: 2و3و4و6و7
دانسیته: 7.43
گرمای فروپاشی: Kj/mol 12.05
گرمای تبخیر : Kj/mol 226
مقاومت الکتریکی : Ohm m 0.0000016
گرمای ویژه: J/g Ko 0.48
دوره تناوبی:4
درجه اشتعال : در حالت جامد اشتعال پذیر
شماره سطح انرژی : 4
اولین انرژی : 2
دومین انرژی : 8
سومین انرژی : 13
چهارمین انرژی : 2
ایزوتوپ :
ایزوتوپ نیمه عمر
Mn-52 5.59 روز
Mn-52m 21.1 دقیقه
Mn-53 3700000.0 سال
Mn-54 312.2 روز
Mn-55 پایدار
Mn-56 2.57 ساعت
Mn-57 1.45 دقیقه
اشکال دیگر :
اکسید منگنز MnO ، تترا اکسید تری منگنز Mn3O4 ، تری اکسید دی منگنز Mn2O3 ، دی اکسید منگنز MnO2 و هپتا اکسید دی منگنز Mn2O7
دی کلرید منگنز MnCl2
منابع : کانیهای پیرولوسیت و پسیلوملان و رودوکروزیت
کاربرد : برای تهیه لوازم فولادی ، باتریها ، ریل راه آهن ، محور چرخها و سرامیک سازی به کار می رود .
روش شناسایی:
ICP:Inductively Coupled Plasma Spectrography
XRF:X-Ray Fluorescence Spectrometry
ES:Emission Spectrography
NA:Neutron Activation Analysis
COL: Colorimetry
AA:Flame Atomic Absorption Spectrometry
POL:Polarography
