Mangán

Vlastnosti mangánu link

Mangán je striebrolesklý, veľmi tvrdý a krehký kov. Na vlhkom vzduchu sa oxiduje. Na rozdiel od chrómu sa však nepasivuje, lebo vrstva oxidov na jeho povrchu nebráni ďalšej oxidácii. Práškový mangán reaguje s vodou. V zriedených kyselinách sa mangán ľahko rozpúšťa za vzniku vodíka a manganatých solí:

\( \ce{Mn + 2 HCl -> MnCl2 + H2} \)

Pri vyššej teplote sa zlučuje s kyslíkom, halogénmi, sírou, dusíkom aj uhlíkom.

Výskyt a výroba mangánu link

Hlavnou rudou mangánu je pyroluzit, nazývaný aj burel, MnO₂. Najviac mangánovej rudy ťaží Juhoafrická republika. Väčšina mangánu sa spotrebuje v oceliach. Preto sa najčastejšie vyrába zliatina so železom, feromangán, ktorý obsahuje asi 80 % mangánu. Vzniká redukciou zmesi rúd mangánu a železa koksom:

\( \ce{MnO2 + Fe2O3 + 5 C ->[t] Mn + 2 Fe + 5 CO} \)

Zliatina železa s menším obsahom mangánu sa nazýva zrkadlovina. Feromangán a silikomangán vyrába na Slovensku spoločnosť OFZ v Širokej pri Oravskom Podzámku. Mangánová ruda sa u nás ťažila v Kišovciach a Švábovciach pri Poprade od roku 1870 do 80. rokov 20. storočia. Čistý mangán sa vyrába elektrolýzou roztoku síranu manganatého alebo aluminotermicky, redukciou oxidu hliníkom:

\( \ce{3 Mn3O4 + 8 Al ->[t] 9 Mn + 4 Al2O3} \)

Využitie mangánu link

Väčšina mangánu sa spotrebuje pri výrobe ocele. Mangán viaže síru a kyslík, ktoré by oceľ robili krehkou, a zároveň zvyšuje jej pevnosť a tvrdosť. Mangánová oceľ s vyšším obsahom mangánu odoláva opotrebeniu, preto sa z nej vyrábajú veľmi namáhané súčiastky, napríklad železničné výhybky a čeľuste drvičov kameňa. Malý prídavok mangánu spevňuje aj zliatiny hliníka, z ktorých sú napríklad plechovky na nápoje.

Zlúčeniny mangánu link

Mangán tvorí zlúčeniny s oxidačnými číslami II až VII, najdôležitejšie sú zlúčeniny s oxidačnými číslami II, IV a VII. Ich farba závisí od oxidačného čísla. Pri reakciách manganistanu sa preto podľa farby dá rozoznať, na akú zlúčeninu sa redukoval: fialový manganistan sa mení na bledoružové manganaté ióny, hnedý oxid manganičitý alebo zelený mangánan.

Oxid manganatý MnO je zásadotvorný a s kyselinami tvorí manganaté soli. Oxid manganitý Mn₂O₃ je slabo zásaditý.

Manganaté zlúčeniny link

Zlúčeniny mangánu s oxidačným číslom II sú najstálejšie. Vodné roztoky manganatých solí sú bledoružové, farbu im dáva katión [Mn(H₂O)₆]²⁺. K najstálejším soliam patrí síran manganatý MnSO₄. Používa sa pri elektrolytickej výrobe mangánu a ako prídavok do hnojív.

Po pridaní hydroxidu k roztoku manganatej soli sa vyzráža biely hydroxid manganatý:

\( \ce{Mn^2+ + 2 OH- -> Mn(OH)2} \)

Na vzduchu zrazenina rýchlo hnedne, lebo kyslík oxiduje mangán na vyššie oxidačné číslo.

Oxid manganičitý link

Oxid manganičitý MnO₂, burel, je sivočierny prášok nerozpustný vo vode. Je to najdôležitejšia zlúčenina mangánu. Pôsobí ako katalyzátor, napríklad pri rozklade peroxidu vodíka:

\( \ce{2 H2O2 ->[MnO2] 2 H2O + O2} \)

S koncentrovanou kyselinou chlorovodíkovou reaguje ako oxidovadlo. Táto reakcia slúži na prípravu chlóru v laboratóriu:

\( \ce{MnO2 + 4 HCl -> MnCl2 + Cl2 + 2 H2O} \)

Oxid manganičitý je súčasťou zinkovo-uhlíkových a alkalických článkov, v ktorých sa redukuje. V sklárstve malé množstvo burelu sklo odfarbuje a väčšie ho farbí dofialova.

Manganistan draselný link

Manganistan draselný KMnO₄, známy ako hypermangán, tvorí tmavofialové lesklé kryštály, ktoré sa dobre rozpúšťajú vo vode. Vyrába sa z burelu. Jeho tavením s hydroxidom draselným za prístupu vzduchu vzniká zelený mangánan draselný:

\( \ce{2 MnO2 + 4 KOH + O2 ->[t] 2 K2MnO4 + 2 H2O} \)

Mangánan sa potom oxiduje na manganistan, napríklad chlórom:

\( \ce{2 K2MnO4 + Cl2 -> 2 KMnO4 + 2 KCl} \)

Manganistan draselný je silné oxidovadlo a produkt jeho redukcie závisí od prostredia. V kyslom prostredí sa redukuje na bledoružové manganaté ióny, takže sa roztok odfarbí:

\( \ce{MnO4- + 8 H+ + 5 e- -> Mn^2+ + 4 H2O} \)

V neutrálnom prostredí vzniká hnedý oxid manganičitý:

\( \ce{MnO4- + 2 H2O + 3 e- -> MnO2 + 4 OH-} \)

V silne zásaditom prostredí vzniká zelený mangánan MnO₄²⁻. Odfarbovanie roztoku využíva manganometria, odmerná analýza bez indikátora: prvá kvapka manganistanu navyše sfarbí roztok do ružova. Zriedený roztok manganistanu draselného sa používa na dezinfekciu. Zahrievaním sa manganistan draselný rozkladá a uvoľňuje kyslík:

\( \ce{2 KMnO4 ->[t] K2MnO4 + MnO2 + O2} \)

Oxid manganistý link

Oxid manganistý Mn₂O₇ vzniká reakciou manganistanu draselného s koncentrovanou kyselinou sírovou:

\( \ce{2 KMnO4 + 2 H2SO4 -> Mn2O7 + 2 KHSO4 + H2O} \)

Je to tmavá olejovitá kvapalina so zeleným kovovým leskom, ktorá sa výbušne rozkladá na oxid manganičitý a kyslík. Je veľmi silné oxidovadlo, organické látky pri styku s ním vzplanú.

Biologický význam a toxicita mangánu link

Mangán je biogénny prvok. Rastliny ho potrebujú pri fotosyntéze, lebo atómy mangánu sú súčasťou komplexu, ktorý rozkladá vodu a uvoľňuje kyslík. U človeka je súčasťou niektorých enzýmov a podieľa sa na vývoji kostí a činnosti nervovej sústavy. Nadbytok mangánu je však toxický. Dlhodobé vdychovanie prachu alebo dymu so zlúčeninami mangánu, napríklad pri zváraní alebo v baniach, poškodzuje nervovú sústavu. Toto ochorenie sa nazýva manganizmus a príznakmi pripomína Parkinsonovu chorobu.