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Physikalisch-chemische Eigenschaften |
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Reines
Mangan ist ein stahlgraues, sehr hartes und sprödes Schwermetall.
Mangan ist ein schlechter Leiter von Strom und Wärme, die elektrische
Leitfähigkeit beträgt nur 0,86% des Silbers. Mangan ist ein
relativ unedles Metall, sein Normalpotential ist noch niedriger als Zink.
Mit Wasser reagiert es bereits bei Zimmertemperatur unter Wasserstoffentwicklung.
Mit verdünnten Mineralsäuren reagiert es unter Bildung von Mangan(II)-salzen.
Mit konzentrierter Schwefelsäure entsteht Schwefeldioxid und Mangan(II)-sulfat, mit konzentrierter Salpetersäure Stickstoffdioxid und Mangan(II)-nitrat. Bei erhöhten Temperaturen verbrennt es mit Nichtmetallen, beispielsweise mit Chlor zu Mangan(II)-chlorid und mit Sauerstoff zu Mangan(II,III)-oxid Mn3O4. |
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Physiologie - Toxikologie |
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Das
Enzym Mangan-Superoxiddismutase ist ein Antioxidationsmittel und kann freie
Radikale einfangen. Mangan-Enzyme können auch Gewebeproteine wie das
Kollagen aufbauen oder sie sind beim Aufbau von Cholesterin und Sexualhormonen
von Bedeutung. Haferflocken, Nüsse oder Vollkornbrot enthalten das
lebensnotwendige Spurenelement Mangan.
Das Einatmen von Manganstäuben (oder auch von Mangan(IV-)oxid) in Bergwerken oder in Batteriefabriken über einen längeren Zeitraum führte früher bei den Arbeitern zu schweren Lungenschäden. Im Endstadium dieser Mangan-Pneumonien traten Symptome auf, die an die Parkinsonerkrankung erinnerten: Funktionsstörungen im Gehirn verursachten starke Einschränkungen der Motorik. Schwere Schäden im Zentralnervensystem können auch durch das Trinken von Wasser, das mit Mangan(IV)-oxid verunreinigt ist, auftreten. Bestimmte Manganverbindungen wie Kaliumpermanganat gelten als gewässergefährdend. |
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Vorkommen |
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Mangan
steht in der Elementhäufigkeit an 14. Stelle und gehört damit
zu den relativ häufigen Elementen in der Erdkruste. Es tritt in der
Natur nicht elementar auf, kommt aber in zahlreichen Erzen in chemisch
gebunder Form vor. Das wichtigste Manganerz ist der Pyrolusit
(Mangandioxid, MnO2). Auch
der Rhodochrosit (Mangancarbonat,
MnCO3), der Psilomelan
oder die Manganblende (Mangansulfid, MnS) gehören zu den Manganmineralien.
Die Hauptvorkommen der Manganerze mit 45% Anteil an den Weltreserven liegen
in der Republik Südafrika. Einen großen Anteil mit 38% verfügt
Russland mit seinen Vorkommen an der Ostküste des Schwarzen Meeres.
Die restlichen 17% verteilen sich auf Gabun, Indien und Brasilien. Große
Manganmengen befinden sich auch in den Manganknollen am Grunde der Ozeane.
Gelöste Verbindungen des Mangans kommen fast überall im Boden,
im Grundwasser und im Meerwasser vor.
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Geschichte |
| Pyrolusit wurde bereits von den Höhlenmalern als schwarzes Pigment verwendet. Man hielt ihn jedoch bis zur Mitte des 18. Jahrhunderts für einen Abkömmling des Eisenerzes. Auf Scheeles Anregung gewann der schwedische Chemiker Johann Gottlieb Gahn im Jahre 1774 in Stockholm erstmals unreines Mangan, in dem er ein Gemisch aus Pyrolusit und Kohle reduzierte. Er nannte das neue Element zunächst Magnesium, was soviel bedeutete wie Schwarze Magnesia. Um Verwechslungen mit dem heute unter dem bekannten Namen für Magnesium zu vermeiden, schlug man zunächst das Wort "Manganesium" vor. Später änderte es M.H. Klaproth zu "Manganium" und "Mangan" ab. Das chemische Symbol "Mn" führte 1814 J.J. Berzelius ein. Technische Bedeutung erlangte das Metall ab 1860, nachdem man in Hochöfen Eisen-Mangan-Legierungen schmelzen konnte. |
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Herstellung |
| Die
Herstellung erfolgt in der Technik durch die Reduktion
von Pyrolusit mit Silicium.
Da der Pyrolusit mit Silicium zu heftig reagieren würde, wird er zunächst
zu Mangan(II,III)-oxid umgewandelt und dann erst reduziert:
Mn3O4 + 2 Si  3 Mn
+ 2 SiO2
Die Reduktion von Pyrolusit kann auch mit Aluminium durchgeführt werden. Allerdings reagiert ein solches Gemisch explosionsartig, weshalb derartige Mischungen im Labor mit Vorsicht zu handhaben sind. Reines Mangan erhält man elektrochemisch aus hochreiner Mangan(II)-sulfatlösung: 2 MnSO4 + 2 H2O
2 Mn + 2 H2SO4 + O2
Das an der Kathode abgeschiedene Mangan besitzt eine Reinheit von 99,6%. Da reines Mangan jedoch technisch nur eine geringe Bedeutung besitzt, gewinnt man den Hauptanteil an Mangan durch die Reduktion von Gemischen mit Eisen- und Manganerzen mit Koks im Hochofen. Das gewonnene Ferromangan ist eine wichtige Manganlegierung zur Herstellung von Manganstählen. |
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Verwendung |
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Reines
Mangan besitzt kaum eine technische Bedeutung. Der größte Anteil
der Manganerze wird in Hochöfen zusammen mit Eisenerzen und Koks zu
Ferromangan verarbeitet. Es dient zur Herstellung von Manganlegierungen.
Ferromangan wird in der Stahlherstellung als Desoxidationsmittel zum Entfernen
des chemisch gebundenen Sauerstoffs verwendet.
Kupfer-Mangan-Aluminium-Legierungen
sind ferromagnetisch und dienen der Herstellung von Dauermagneten. Manganstähle
mit einem geringen Mangangehalt von ca. 1-2% zeichen sich durch hohe Festigkeit
und Härte aus. Sie werden für Federn und Achsen verwendet. Manganstähle
mit einem Mangangehalt von bis zu 25% sind enorm zäh, schmiedbar,
härtbar und wärmebeständig. Sie kommen in Baggerzähnen,
Eisenbahnschienen, Weichen, Gewindebohrern und Schneidewerkzeugen zum Einsatz.
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Manganverbindungen im Portrait |
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| Copyright: Thomas Seilnacht |
Gefahr
