المنغنيز (Manganese) هو عنصر كيميائي في الجدول الدوري، يعبر عنه بالرمز Mn، ورقمه الذري 25. يوجد في الطبيعة كعنصر حر (غالبا مع الحديد) أو في معادن أخرى. إذا كان عنصرا حرا فهو ذو أهمية كبيرة في ميدان الصناعة وخاصة في صناعة الفولاذ.
| المظهر | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
رمادي فلزي
| ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| الخواص العامة | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| الاسم، العدد، الرمز | منغنيز، 25، Mn | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| تصنيف العنصر | فلز انتقالي | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| المجموعة، الدورة، المستوى الفرعي | 7، 4، d | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| الكتلة الذرية | 54.938045 غ·مول−1 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| توزيع إلكتروني | Ar]; 4s2 3d5] | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| توزيع الإلكترونات لكل غلاف تكافؤ | 2, 8, 13, 2 (صورة) | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| الخواص الفيزيائية | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| الطور | صلب | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| الكثافة (عند درجة حرارة الغرفة) | 7.21 غ·سم−3 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| كثافة السائل عند نقطة الانصهار | 5.95 غ·سم−3 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| نقطة الانصهار | 1519 ك، 1246 °س، 2275 °ف | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| نقطة الغليان | 2334 ك، 2061 °س، 3742 °ف | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| حرارة الانصهار | 12.91 كيلوجول·مول−1 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| حرارة التبخر | 221 كيلوجول·مول−1 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| السعة الحرارية (عند 25 °س) | 26.32 جول·مول−1·كلفن−1 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| ضغط البخار | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| الخواص الذرية | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| أرقام الأكسدة | 7, 6, 5, 4, 3, 2, 1, -1, -2, -3 (أكاسيده إما حمضية أو قاعدية أو مذبذبة وذلك حسب حالة الأكسدة) | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| الكهرسلبية | 1.55 (مقياس باولنغ) | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| طاقات التأين | الأول: 717.3 كيلوجول·مول−1 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| الثاني: 1509.0 كيلوجول·مول−1 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| الثالث: 3248 كيلوجول·مول−1 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| نصف قطر ذري | 127 بيكومتر | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| نصف قطر تساهمي | (لف مغزلي منخفض) 139±5 ،
(لف مغزلي مرتفع) 161±8 بيكومتر | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| خواص أخرى | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| البنية البلورية | مكعب مركزي الجسم | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| المغناطيسية | مغناطيسية مسايرة | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| مقاومة كهربائية | 1.44 ميكروأوم·متر (20 °س) | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| الناقلية الحرارية | 7.81 واط·متر−1·كلفن−1 (300 كلفن) | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| التمدد الحراري | 21.7 ميكرومتر·متر−1·كلفن−1 (25 °س) | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| سرعة الصوت (سلك رفيع) | 5150 متر/ثانية (20 °س) | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| معامل يونغ | 198 غيغاباسكال | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| معامل الحجم | 120 غيغاباسكال | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| صلادة موس | 6.0 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| صلادة برينل | 196 ميغاباسكال | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| رقم CAS | 7439-96-5 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| النظائر الأكثر ثباتاً | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| المقالة الرئيسية: نظائر المنغنيز | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
عنصر المنغنيز يحتاجه الجسم بكميات قليلة، فهو يساعد على امتصاص المواد الغذائية ويحافظ على صحة الأعصاب والخلايا ويلعب دورآ مهمآ في العمليات الفسيولوجية. إن تأثر الجسم بحالات نقصه أو زيادته من الغذاء نادرة يحتوي جسم الإنسان على 12 – 13 مل غرام من المنغنيز وتوجد النسبة الأكبر منها في الهيكل العظمي، الكبد، الكلى والقلب.
المنغنيز هو عنصر كميائي ذو الرمز الكيميائي (Mn) عدده الذري (25). يمكن العثور عليه كعنصر حر في الطبيعة (غالبا ما يكون متحدأ مع الحديد) أو في العديد من المعادن. يعتبر المنغنيز معدن ذو أهمية صناعية كبيرة وخاصة في مجال صناعة الستانلس ستيل (الفولاذ المقاوم للصدأ). تاريخيا، سمي المنغنيز لمعادن سوداء كثيرة (مثل البيرولوزيت) من نفس منطقة ماغنيزيا باليونان والذي اعطي له أسماء متقاربة مثل ماغنيزيوم، ماغنيتايت وأكسيد الحديد الأسود. في منتصف القرن الثامن عشر، قام العالم السويدي كارل ويلهيلم باستخدام البيرولوزيت لإنتاج الكلور.كان كارل وعلماء آخرين علي يقين من أن البيرولوزيت (المعروف الآن باكسيد المنغنيز) يحتوي على عنصر جديد ولكنهم لم يستطيعوا عزله.و استطاع العالم يوهان جوتلبك جان في عام 1774 عزل أول عينة من المنغنيز التي تحتوي علي شوائب وذلك عن طريق اختصار ثاني أكسيد الكربون يستخدم فوسفات المنغنيز لمعالجة الصدا والتاكل لحماية الصلب وتبعا لحالتهم المؤكسدة فان ايونات المنغنيز لها ألوان كثيرة وتستخدم صناعيا كأصباغ تعتبر البرمنجنات القلوية وقلويات المعادن كعوامل مؤكسدة قوية. يستخدم ثاني أكسيد المنغنيز ككاثود (يقبل إلكترونات) في الخلايا الجلفنية والخلايا الجافة التي يتم التخلص منها وفي البطاريات. في علم الأحياء، تعمل ايونات المنغنيز (II) كعوامل مساعدة لمجموعة كبيرة من الانزيمات متعددة الوظائف. تعتبر انزيمات المنغنيز عامل أساسي لإزالة السموم التي تتعامل من الجذور الحرة التي تتعامل مع الأكسجين. للمنغنيز أيضا أهمية أثناء تجميع الأكسجين وذلك خلال عملية البناء الضوئي للنبات. ويعتبر هو الاثر المعدني لكل الكائنات الحية. في الكميات الكبيرة وبنشاط أكبر عن طريق الاستنشاق يمكن أن يتسبب المنغنيز في تسمم الثدييات مع الضرر العصبي الذي لا رجعة فيه في بعض الأحيان. و يكثر في الأردن في منطقتين هما: فينان، وادي عربة و يستعمل في صناعة بطاريات السيارة والدهانات.
الخصائص
الخصائص الفيزيائية
المنغنيز هو عبارة عن معدن فضي-رمادي اللون ويشبه الحديد. وهو صلب ولكن هش. من الصعب دمجه مع معادن أخرى ولكن من السهل تأيينه. يعتبر معدن المنغنيز ومكوناته مكونات لا مغناطيسية
الإشعاعات
يتكون المنغنيز الطبيعي من مستوي مشع واحد مستقر 55Mn وقد اتسمت الإشعاعات الثمانية عشرة مع المستوي المستقر 53Mn بنصف عمر يساوي 3.7 مليون سنة وال54Mn وله نصف عمر 312.3 يوما وال52Mn بنصف عمر 5.591 يوما. اما بالنسبة للمواد الاشعاعية الأخرى فلها نصف عمره اقل من ثلاث ساعات ولكن الأغلبية من هذه المواد لها نصف عمره اقل من دقيقة واحدة. هذا العنصر أيضا له ثلاث حالات معدنية. المنغنيز هو عنصر من مجموعة الحديد والتي يعتقد أنه يمكن توليفها في مجموعات كبيرة . يضمحل ال53Mn الي 53Crبنصف عمره
يساوي 3.7 مليون سنة. بسبب حياته القصيرة فان 53Mn يتكون بكميات ضئيلة بسبب الاشعة الكونية التي تسقط علي الصخور. تتحد نظائر المغنزيوم مع مثيلتها من الكروم ولقد كان لها تطبيقات في مجال الجيولوجيا الاشعاعية تعزز نسبة نظائر ال Mn–Cr مثيلتها من 26Al وال 107Pd للنظام الشمسي المبكر. التغيرات في نسب 53Cr/52Cr و Mn/Cr الاتية من النيازك تشير الي نسبة أساسية من ال53Mn/55Mn والتي ترجح ان مكونات نظير ال Mn–Cr يمكن أن تنتج من اضمحلال ال 53Mn في الهيئات الكوكبية المتباينة وبالتالي فان ال 53Mn يقدم دليلا اضافيا علي العملية النووية الصناعية فورا قبل الالتحام للنظام الشمسي.
نظام الاضمحلال الأساسي الذي يتواجد قبل النظام الأكثر استقرارا ووفرة 55Mn يعتبر قابض للإلكترونات والنظام الأساسي بعد نظام بيتا للاضمحلال.
الخصائص الكيميائية للمنغنيز
حالات التأكسد الأكثر انتشارا للمنغنيز هي 2+ و 3+ و 4+ و 6+ و 7+ برغم أن حالات أكسدة من 3- إلى 7+ قد تم ملاحظتها. Mn+2 دائما ينافس Mg+2 في الأجهزة البيولوجية. مركبات المنغنيز حيث يكون في حالة الاكسدة 7+, وهؤلاء يرتبطون دائما بالاكسيد الغير مستقر Mn2O7 ومركبات الايون MnO4- (برمنجنايت) ذو اللون البنفسجى الداكن، يعتبروا من المؤكسدات الفعالة. وكذلك مركبات ال 6+ ذات اللون الأخضر ومركبات ال 5+ ذات اللون الأزرق من المؤكسدات القوية أيضا. حالة الاكسدة الأكثر استقرارا للمنغنيز هي 2+ وهي ذات لون وردى خافت. ومن مركباتها MnSO4 و MnCl2. حالة الأكسدة 2+ هي التي تستخدم في وظائف جسم الإنسان الأساسية، حالات الأكسدة الأخرى سامة لجسم الإنسان. حالة الأكسدة 3+ معروفة في مركبات خلات المنغنيز (III) ولكن هؤلاء من المؤكسدات الفعالة وأيضا معرضة إلى اللا تناغم أو التفاوت عند وجودها في محلول إلى منغنيز (II) ومنغنيز (IV). حالة الأكسدة 5+ يمكن الحصول عليها عند إذابة ثاني أكسيد المنغنيز MnO4 في الصوديوم نايترايت المنصهر. أملاح منغنيز (VI) يمكن الحصول عليها عن طريق إذابة مركبات المنغنيز، مثل ثاني أكسيد المنغنيز، في سائل قلوى وتعرضه للهواء أثناء هذه العملية. مركبات البرمنغانات (حالة الاكسدة 7+) لونها إرجوانى وتستخدم لإعطاء الزجاج اللون البنفسجى. برمنغانات الصوديوم والبوتاسيوم والباريوم مؤكسدات قوية ومؤثرة جدا. برمنغانات البوتاسيوم، والتي تعرف أيضا باسم كريستالات كوندى (Condy’s crystals) يستخدم ككاشف مادة بشكل كبير في المعامل وهذا بسبب قوته كمؤكسد ويستخدم أيضا في مجال الطب كدواء موضعى لعلاج أمراض الأسماك. ومن استخدامات برمنغانات البوتاسيوم أيضا، إن محلوله كان من ضمن أوائل الألوان والمثبتات التي استخدمت على الخلايا والانسجة لفحصها مجهريا.
تاريخ
إن منشأ اسم المنغنيز معقد. في العصورالقديمة، كان اثنان من المعادن السوداء من ماغنسيا والتي تقع الآن في اليونان الحديثة، كان يطلق على كليهما اسم مغنيس طبقا لموطنهم الأصلي، وكان هناك اختلاف في الجنس. وقد جذب ذكر المغنيس الحديد، وكان خام الحديد والذي نعرفه الآن باسم حجر المغناطيس أو أكسيد الحديد المغناطيسي، وهو الذي ربما اعطى لنا مصطلح مغناطيس.و لم تجذب أنثى المغنيس الحديد، ولكنها تستخدم لإزالة لون الزجاج. ولقد سميت أنثى المغنيس فما بعد بالمغنسيا، والتي تعرف الآن في العصر الحديث البيرولوزيت أو ثاني أكسيد المنغنيز هذا المعدن ومعدن المنغنيز نفسه ليسا مغناطيسيان. في القرن السادس عشر، كان يسمى ثاني أكسيد المنغنيز بالمنغانسوم (لاحظ 2 ن بدلا من1) من قبل صناع الزجاج، ومن المحتمل ان يكون ذلك عبث أو سلسلة من كلمتين، ومنذ ان قررالكيميائيون وصناع الزجاج في نهاية المطاف التفرقة بين ماغنسيا نيجرا)الخام الأسود) من ماغنسيا ألبا (خام أبيض، أيضا من مدينة ماغنسيا، مفيد أيضا في صناعة الزجاج.) وقد أطلق ميشيل ميركاتي على المغنسيا نيغرا منغنزا، وفي النهاية المعدن المعزول منه يصبح معروف بـاسم المنغنيز. استخدمت كلمة ماغنيسيا في نهاية المطاف للتعبير فقط عن ألبا مغنيسيا الأبيض (أكسيد المغنيسيوم(، والتي وفرت اسم المغنيسيوم لهذا العنصر الحر، عندما كانت معزولة في نهاية المطاف، في وقت لاحق من ذلك بكثير. وتكون العديد من أكاسيد المنغنيز، وعلى سبيل المثال ثاني أكسيد المنغنيز، متوفرة في الطبيعة، ولها لونها المميز، وقد استخدمت هذه الأكاسيد منذ العصر الحجري. وتحتوي لوحات الكهوف في جارجاس على المنجنيز وأصباغه وهذه اللوحات تبلغ من العمر من 30000 إلى 24000 سنة. وقد استخدمت مركبات المنغنيز من قبل المصريين وصناع الزجاج الروماني، لإزالة أي لون من الزجاج أو إضافة لون لها. استخدام "صابون صناع الزجاج" امتد خلال العصور الوسطى وحتى العصر الحديث، وكما يظهرفي القرن الرابع عشر زجاج من البندقية. و نظرا لاستخدامها في صناعة الزجاج، كان ثاني أكسيد المنغنيز متاح للكيميائيين، الكيميائيين الأولين، وكانت تستخدم للتجارب. اكتشف اغناطيوس جوتفريد كايم (1770) ويوهان جلوبر (القرن السابع عشر) انه يمكن تحويل ثاني أكسيد المنغنيز إلى برمنجنات، ككاشف مختبر مفيد. في منتصف القرن 18، استخدم الكيميائي السويدي كارلفيلهيلم شيل ثاني أكسيد المنغنيز لإنتاج الكلور. أولا، تم صنع حمض الهيدروكلوريك، أو مزيج من حامض الكبريتيك المخفف وكلوريد الصوديوم لكي يتفاعل مع ثاني أكسيد المنغنيز، وحامض الهيدروكلوريك مستخدم في وقت لاحق من عملية لو بلنك، وإعادة تدوير ثاني أكسيد المنجنيز من خلال عملية ويلدون. وكان إنتاج الكلور وهيبوكلوريت التي تحتوي على عوامل تبيض يستهلك كميات كبيرة من خامات المنغنيز. وكان شيل والكيميائيين الآخرين على علم بأن ثاني أكسيد المنجنيز يحتوي على عنصر جديد، لكنهم لم يتمكنوا من عزله. وكان يوهان غوتليب جاهن أول من عزل عينة غير نقية من معدن المنغنيز في 1774، عن طريق الحد من ثاني أكسيد مع الكربون. قاد محتوى المنجنيز في بعض خامات الحديد المستخدمة في اليونان إلى المضاربات حيث أن الصلب المنتج من هذا الخام يحتوي على كميات غير مقصودة من المنغنيز، مما يجعل الصلب المتقشف صعب للغاية. حول بداية القرن التاسع عشر، استخدم المنغنيز في صناعة الصلب ومنحت العديد من براءات الاختراع. في عام 1816، لوحظ أن إضافة المنغنيزإلى الحديد جعلته أقوى، دون أن يجعله أكثر هشاشة. في 1837، لاحظ الأكاديمي البريطاني جيمس كوبر وجود علاقة بين التعرض الثقيل إلى المنغنيز في المناجم مع شكل من أشكال مرض باركنسون (الشلل الرعاش). في عام 1912، حصلت الولايات المتحدة علي براءة الاختراع في استخدام المنغنيز الفوسفاتي في غطاءات التحويل الكهروكميائي لحماية الأسلحة النارية ضد الصدأ والتآكل، وشهدت استخدام واسع النطاق منذ ذلك الحين.
إن اختراع خلية لوكلانشيه في عام 1866، وتحسين لاحق في البطاريات التي تحتوي على غاز ثاني أكسيد المنغنيز كمزيل الاستقطاب الكاثودية أدى إلى زيادة الطلب من ثاني أكسيد المنغنيز. وحتي قدوم بطارية النيكل وبطارية الكادميوم والبطاريات التي تحتوى علي الليثيوم، فقد كانت تحتوي معظم البطاريات على المنغنيز. وتستخدم بطارية الزنك الكربوني والبطاريات القلوية صناعيا في الغالب ثاني أكسيد المنغنيز الصناعي، وذلك لأن ثاني أكسيد المنغنيز الطبيعي يحتوي على شوائب. في القرن 20، شهد ثاني أكسيد المنغنيز استخدام تجاري واسع كأشهر مادة كاثودية للخلايا التجارية الجافة والتي يمكن التخلص منها والبطاريات الجافة من كلا النوعين من معيار (الزنك والكربون) والقلوية.
كيفية حدوثه وانتاجه
يمثل المنغنيز نحو 1000 جزء في المليون (0.1٪) من قشرة الأرض، مما يجعله العنصرالثاني عشر من العناصر الأكثر وفرة.تحتوي التربة 7-9000 جزء من المليون من المنغنيز بمتوسط من 440 جزء في المليون. مياه البحر ليس لديها سوى 10 أجزاء في المليون من المنغنيز، والغلاف الجوي يحتوي على 0,01 µجم/م3. ينتج المنغنيز أساسا كبيرولوزيت (MnO2),براونيت (Mn2 + Mn3 +6) (SiO12)، سيلوملين(ba,H2O) (2Mn5O10)، اوبدرجة أقل كما في ردوكروزيت (MnCO3). يعتبر أهم خام المنغنيز هو البيرولوزيت (MnO2). غيرها من خامات المنغنيز لها أهمية اقتصادية وعادة ما تظهر وجود علاقة وثيقة لخامات الحديد. إن موارد البرية كبيرة ولكن موزعة بشكل غير منتظم. تم العثور على حوالي 80٪ من موارد العالم المعروف من المنغنيز في جنوب أفريقيا؛من الأماكن الأخرى التي تحتوي علي احتياطي من المنغنيزهناك: أوكرانيا وأستراليا والهند والصين والجابون وفي البرازيل. عام 1978، قدر ب 500 مليار طن من المنغنيزالمعقود موجود في قاع المحيط. وتم التخلي عن محاولات لإيجاد طرق مجدية اقتصاديا من حصاد عقيدات المنغنيز في 1970.
ويتم استخراج المنغنيز في جنوب أفريقيا وأستراليا والصين والبرازيل والجابون وأوكرانيا والهند وغانا وكازاخستان. مصادر استيراد الولايات المتحدة (1998-2001) لخام المنغنيز: الجابون، 70٪، وجنوب أفريقيا، و 10٪، وأستراليا، و 9٪، المكسيك، 5٪، وغيرها، 6٪. الحديد والمنغنيز: جنوب أفريقيا، 47٪، وفرنسا، 22٪، المكسيك،8٪، وأستراليا، 8٪، وغيرها، 15٪. المنغنيز الواردة في جميع واردات المنغنيز: جنوب أفريقيا، 31٪، جابون،21٪، وأستراليا، 13٪، المكسيك، 8٪، وغيرها، 27٪. ولإنتاج الحديد المنغنيزي، يتم خلط خام المنغنيز مع خام الحديد والكربون، ومن ثم خفضه إما في الأفران أو في فرن القوس الكهربي. والحديد المنغنيزي الناتج يحتوي على نسبة المنغنيز من 30 إلى 80٪. ويتم استخدام المنغنيز النقي لإنتاج السبائك الغير حديدية عن طريق خلط خام المنغنيز مع حامض الكبريتيك وعملية استخلاص كهروكميائي لاحقة.
تطبيقات معدن المنغنيز
لا يوجد للمنغنيز بديل مرضى في تطبيقاته الكبرى التي ترتبط باستخدام السبائك المعدنى (metallurgical) ولكن في التطبيقات الصغرى، مثل تفاعل المنغنيز مع الفوسفات، يمكن استبداله بمعدن الزنك أو الفناديوم ويكون استخدامهما قابل للتطبيق. في صناعة احجار البطاريات التي تستخدم مرة واحدة، الخلايا القياسية والقلوية التي تستخدم المنغنيز ستستبدل في المستقبل بتكنولوجيا بطاريات الليثيوم.
الصلب
المنغنيز يعتبر عنصر جوهرى في إنتاج الصلب وذلك بفضل قدرته على تثبيت الكبريت وإزالة الأكسدة والخصائص السبائكية له. صناعة الصلب، متضمنة مكون تصنيع الحديد فيها، تشكل أكبر استهلاك لمعدن المنغنيز بنسبة %85 إلى %95 من الاستخدام الكلى للمعدن. ضمن مجموعة مختلفة من الاستخدامات، يستخدم المنغنيز كمكون أساسي في تشكيلات سبائك الصلب المنخفضة التكلفة. إضافة كميات قليلة من المنغنيز إلى الصلب تحسن من قابلية تشغيله عند درجات الحرارة المرتفعة لإنه يتحد مع الكبريت ويكون الكبريتيد ذو درجة انصهار عالية وبالتالى يمنع تكوين سائل حديد الكبريتيد عند حدود الحبات. إذا وصلت نسبة المنغنيز إلى %4، تصبح خسارة المرونة في الصلب هي الصفة الغالبة. خسارة المرونة تقل في الصلب مع زيادة مكون المنغنيز وتصل إلى مرحلة مقبولة عند تركيز %8 للمنغنيز في السبيكة. سبائك الصلب التي تحتوى من %8 إلى %15 من المنغنيز تمتلك قوة شد عالية تصل إلى 863 ميجابسكال. سبيكة الصلب ذات ال%12 منغنيز استخدمت في تصنيع خوذات البريطانيين وهذه التركيبة من الصلب تم اكتشافها عام 1882 على يد روبرت هيدفيلد وما زالت تعرف باسم صلب هيدفيلد إلى الآن.
سبائك الالومنيوم
ثاني التطبيقات الكبرى للمنغنيز هي دخوله كعنصر في سبائك الالومنيوم. ا الالومنيوم الذي يحتوى على %1.5 منغنيز تقريبا تزيد مقاومته ضد الصدأ بسبب تكون الحبيبات التي تمتص الشوائب التي تؤدى إلى التآكل الجلفانى. سبائك الالومنيوم المقاومة للتآكل 3004 و 3104 التي تحتوى على نسبة منغنيز من %0.8 إلى %1.5 هي السبائك التي تستخدم في تصنيع معظم عبوات المشروبات. فيما قبل عام 2000, تم استخدام أكثر من 1.6 مليون طن من هذه السبائك بمحتوى %1 من المنغنيز، هذه الكمية تحتاج إلى 16,000 طن من المنغنيز.
الدور الحيوي
المنغنيز مادة مغذية أساسية في كل المخلوقات. طبقة الإنزيمات التي تحتوى على مكون المنغنيز عريضة جدا. وجسم الإنسان يحتوى على 12 ميللى جرام من المنغنيز، مخزنة في العظام والأنسجة ومعظم تركيزها في الكبد والكلى. وفي النباتات، عنصر المنغنيز مهم في التحليل الضوئى لنشوء الأكسجين في البلاستيدات الخضراء ولهذا السبب فإن معظم اسمدة النباتات الواسعة الاستخدام تحتوى على المنغنيز.
استخدام المنغنيز في صناعة العملات
يستخدم المنغنيز في صناعة العملات المعدنية من حين لآخر، حتى عام 2000 كانت العملة المعدنية الأمريكية الوحيدة التي تستخدم المنغنيز تسمى "وارتايم نيكل" من عام 1942 إلى عام 1945. تقليديا، كانت تستخدم سبيكة متكونة من %75 من النحاس و%25 من النيكل لصناعة العملات المعدنية ولكن بسبب نقصان معدن النيكل خلال الحرب، تم استبداله بمعدنين أكثر وفرة وهما الفضة والمنغنيز ونتج عن ذلك سبيكة متكونة من %56 من النحاس و%35 من الفضة و%9 من المنغنيز. منذ عام 2000, عملات الدولار المعدنية تصنع من النحاس الأصفر الذي يحتوى على %7 من المنغنيز وقلب من النحاس الخالص. في كلتا الحالتين في تصنيع العملات، كان معدن المنغنيز يستخدم لعمل نسخة طبق الأصل للخواص الكهرومغناطيسية لعملة مصنعة ومسعرة مسبقا وهذا لأغراض البيع والشراء.
تطبيقات اخرى للمنغنيز
مركبات المنغنيز تستخدم كصبغات ومواد ملونة في صناعات الزجاج والصناعات الخزفية. اللون البنى للخزف في بعض الأحيان يعتمد على مركبات المنغنيز. في صناعة الزجاج، تستخدم مركبات المنغنيز لغرضين: منغنيزIII)) يتفاعل مع حديد (II) ليعطى لون أخضر قوى. وكميات أكبر من المنغنيز تستخدم لصناعة الزجاج باللون الوردى.
الاحتياطات
إن مركبات المنغنيزتكون أقل تسمما من تلك المعادن الأخرى التي تكون واسعة الانتشار، مثل النيكل والنحاس. بينما، ينبغي أن يكون التعرض لغبار وأبخرة المنغنيز غيرمتجاوزة قيمة الحد الأقصى من 5 جم/م3 حتى لفترات قصيرة بسبب مستوى التسمم منها. وقد تم الربط بين التسمم من المنغنيز وضعف المهارات الحركية، والاضطرابات المعرفية. تمتلك مركبات البرمنجنات علي أعلى نسبة سموم من مركبات المنغنيز (II). الجرعة القاتلة حوالي 10 جرام، ولقد وقعت عدة تسممات قاتلة.و يؤدي التأثير القوي للأكسيد إلى نخر في الغشاء المخاطي. على سبيل المثال، يتأثر المريء إذا ابتلع البرمنجنات. ولا تمتص الأمعاء سوى كمية محدودة منه، ولكن هذه الكمية الصغيرة تظهر تأثيرات شديدة على الكلى وعلى الكبد.
في عام 2005، اقترحت دراسة احتمال وجود صلة بين استنشاق المنغنيز وتسمم الجهاز العصبي المركزي في الفئران. ويتعرض استخدام المنغنيز في الولايات المتحدة إلى التنظيم من قبل إدارة السلامة والصحة. عموما، إن التعرض لتركيزات الهواء المحيط الذي يحتوي على Mn والتي تزيد نسبته عن 5 ميكروغرام /م3 قد يؤدي إلى الأعراض التي يسببها استنشاق المنغنيز. إن زيادة نسبة الحديد البروتينية هو تعبير في خلايا الكلى الجنينية البشرية (HEK293) وهو مرتبط مع انخفاض تركيز المنغنيز بين الخلايا وينشر السم في الخلايا، ومتميزة بانعكاس امتصاص جلوتامات المنغنيز المنخفض وتضاؤل تسرب اللاكتات النازعة للهيدروجين.
المخاوف الصحية البيئية
المنغنيز في مياه الشرب
المنغنيز الذي ينتقل عن طريق المياه له قيمة بيولوجية أكثر من المنغنيز الذي ينتقل عن طريق الغذاء. وطبقا لدراسة في عام 2010 فالتعرض لمستويات اعلي من المنغنيز يرتبط بزيادة القصور المستوي الفكري ويقلل الذكاء الفكري للاطفال في سن الدراسة. و قد اظهرت ان التعرض الطويل الامد للمنغنيز في مياه الاستحمام قد يعرض 8.7 مليون أمريكي للخطر.
المنغنيز في البنزين
MMT يعتبر مادة مضافة للبنزين تستخدم لتحل محل مكونات الرصاص للغازولين الخالي من الرصاص. و ذلك لتحسين رقم الاوكتان في البنزين منخفض الاوكتان عن طريق نواتج التقطير. و هو يعمل كمعامل لمقاومة القرقعة التي تحدث بسبب مجموعات الكربونيل. يميل الوقود الذي يحتوى علي المنغنيز الي تكوين كربيدات المنغنيز والتي تتلف صمامات العادم. الحاجة الي استخدام مركبات الرصاص أو المنغنيز تاريخية حيث أنها توفر عمليات الإصلاح التي تخلق وقود عالي الجودة. استخدام الوقود بطريقة مباشرة أو في خليط هو استخدام شائع في الدول المتقدمة (مثل اليابان وأوروبا) في أمريكا تسببت الرغبة في الحصول علي اقل تكلفة مقابل الحجم في وقود الموتور(اقل تكلفة ضريبية) والتشريعات المتساهلة من محتوى الوقود (قبل 2000) قد أدت الي اسخدام الMMT . وبالمقارنة مع عام 1953 فقد انخفضت مستويات المنغنيز في الهواء. وقد منع استخدام المنغنيز كوقود في العديد من المسابقات (سباقات السيارات والموتوسيكلات). يحتوي الMMT علي 22.5-24.5 % من المنغنيز. هناك علاقة وثيقة بين معدل تركيز المنغنيز في الغلاف الجوي وكثافة وسائل النقل.
الدور في الاضطرابات العصبية
تأثير المنغنيز السام (المنغانيزم)
يتم الربط غالبا بين التعرض المفرط للمنغنيز ان له علاقة سامة وهو اضطراب عصبي نادر مرتبط بالتعرض المفرط للمنغنيز. تاريخيا فان العاملين في إنتاج أو تجهيز سبائك المنغنيز معرضين للخطر بسبب تطوير الحالة السامة ولذلك فان قواعد الصحة والسلامة تقوم بحماية العاملين في الدول المتقدمة. وكان أول وصف لهذا الاضطراب عام 1837 من قبل العالم الأكاديمي البريطاني جيمس كوبر والذي كان يدرس حالة اثنين من المرضي العاملين في مناجم المنغنيز. المنغانيزم هو اضطراب عصبي ثنائي الطور. أثناء مراحله الأولي فان الشخص المصاب يعاني من الاكتئاب وتغيرات في المزاج والسلوك القهري والذهان. الأعراض المبدئية قد تتيح المجال لظهور الأعراض الأخرى والتي تشبه في هذه الحالة الشلل الرعاش. هذه الأعراض تشمل الضعف والرتابة وتباطأ الخطاب والوجه المتجهم والرعاش والتمايل للامام أثناء السير وعدم القدرة علي السير للوراء دون السقوط والهشاشة والمشكلة الأكبر تكون في اختلال التوازن وعدم القدرة علي التركيز. وبعكس الشلل الرعاش فان المريض لا يفقد حاسة الشم والمرضي لا يستجيبوا للعلاج. ومع مرور الزمن فان الأعراض تزداد حدة حتي وان تم ازالة مصدر التعرض للمنغنيز وعادت مستوياته في المخ لطبيعتها.
اضطرابات الطفولة التنموية
إن العديد من الدراسات التي أجريت مؤخرا حاولت دراسة آثار التعرض المفرط لجرعة منخفضة من المنغنيز المزمن على التنمية في الأطفال. وأجريت اقرب دراسة في هذا النوع في مقاطعة شانشي الصينية. حيث تلوثت مياه الشرب هناك من خلال الري من مياه الصرف الصحي فالمنغنيز الوارد بها 240-350 ميكروغرام / لتر. وعلى الرغم من أن عند تركيزات WMn أو اقل من 300 ميكروغرام من Mn/ L تعتبر آمنة من قبل وكالة حماية البيئة الأميركية، وتعتبر 500 ميكروغرام / لتر من المنغنيز آمن من أداء منظمة الصحة العالمية، وحيث تم عرض 92 عينة من الأطفال (بين 11 و 13 سنة من العمر) من هذه المقاطعة فاظهروا قدرات أقل في اختبارات البراعة اليدوية والسرعة والذاكرة القصيرة الأجل، وتحديد الهوية البصرية بالمقارنة مع الأطفال من منطقة غير ملوثة. وفي الآونة الأخيرة، أظهرت دراسة من أطفال ذو 10 أعوام في بنغلاديش وجود علاقة بين تركيز WMn في بئر ماء وتناقص درجات معدل الذكاء. وكانت هناك دراسة ثالثة قد أجريت في كيبيك على أطفال المدارس الذين تتراوح أعمارهم بين 6 و 15 الذين يعيشون في المنازل التي تحصل على المياه من 610 ميكروغرام Mn / L؛ تسيطرعلى من يعيشون في المنازل التي تلقت المياه من 160 ميكروغرام Mn / L جيد. وأظهر الأطفال في المجموعة التجريبية زيادة في السلوكيات المفرطة والمعارضة.
الأمراض العصبية
إن الجرعة المنخفضة المزمنة من المنغنيزلها تأثير بشدة في الأمراض العصبية، بما في ذلك مرض الزهايمر ومرض الشلل الرعاش، والتصلب الجانبي. قد تلعب أيضا دورا في تطوير مرض التصلب المتعدد، متلازمة الساق القلقة، ومرض هنتنغتون.ويوجد بروتين يسمى DMT1 وهو الناقل الرئيسي المشارك في امتصاص المنغنيز من الأمعاء، ويمكن أن يكون الناقل الرئيسي للمنغنيز يعبر حاجز الدم في الدماغ. وإن DMT1 أيضا ينقل عن طريق استنشاق المنغنيزعبر الظهارة الأنفية. الآلية المفترضة للعمل هو أن التعرض المفرط المنغنيز و/ أو الغير منتظم يؤدي إلى الاكسدة واختلال الميتوكوندريا والغلوتامات بوساطة التسمم، ومجاميع من البروتين.
المراجع
[1][2][3][4][5][6][7][8][9][10][11][12][13][14][15][16][17][18][19][20][21][22][23][24][25][26][27][28][29][30][31][32][33][34][35][36][37][38][39][40][41][42][43][44][45][46][47][48][49][50][51][52][53][54][55][56][57][58]
- ^ Lu, C.S.; Huang, C.C, Chu, N.S., Calne, D.B. (1994). "Levodopa failure in chronic manganism.". Neurology 44: 1600–1602.
- ^ a b Cersosimo, M.G.; Koller, W.C. (2007). "The diagnosis of manganese-induced parkinsonism.". NeuroToxicology 27: 340–346.
- ^ a b Couper, John (1837). "On the effects of black oxide of manganese when inhaled into the lungs.". Br. Ann. Med. Pharm. Vital. Stat. Gen. Sci. 1: 41–42.
- ^ Normandin, Louise; Hazell, AS (2002). "Manganese neurotoxicity: an update of pathophysiologic mechanisms". Metabolic Brain Disease 17 (4): 375–87. doi:10.1023/A:1021970120965. ببمد 12602514.
- ^ Baselt, R. Disposition of Toxic Drugs and Chemicals in Man, 8th edition, Biomedical Publications, Foster City, CA, 2008, pp. 883–886 .
- ^ www.atsdr.cdc.gov/toxprofiles/tp151-c6.pdf
- ^ Barceloux, Donald; Barceloux, Donald (1999). "Manganese". Clinical Toxicology 37 (2): 293. doi:10.1081/CLT-100102427.
- ^ Finley, John Weldon; Davis, Cindy D. (1999). "Manganese deficiency and toxicity: Are high or low dietary amounts of manganese cause for concern?". BioFactors 10: 15. doi:10.1002/biof.5520100102.
- ^ a b Bouchard, Maryse F.; Sébastien Sauvé, Benoit Barbeau, Melissa Legrand, Marie-Ève Brodeur, Thérèse Bouffard, Elyse Limoges, David C. Bellinger and Donna Mergler (20 September 2010). "Intellectual Impairment in School-Age Children". Environmental Health Perspectives 119 (1): 138–143. doi:10.1289/ehp.1002321. PMC 3018493. ببمد 20855239. Retrieved 11 December 2010.
- ^ Yin, Z; Jiang, H; Lee, ES; Ni, M; Erikson, KM; Milatovic, D; Bowman, AB; Aschner, M (2010). "Ferroportin is a manganese-responsive protein that decreases manganese cytotoxicity and accumulation". Journal of Neurochemistry 112 (5): 1190–8. doi:10.1111/j.1471-4159.2009.06534.x. PMC 2819584. ببمد 20002294., and also: Cotzias et al. 1968; Olanow 2004; Aschner et al. 2007; Ellingsen et al. 2008
- ^ a b "Safety and Health Topics: Manganese Compounds (as Mn)".
- ^ a b Elsner, RJ; Spangler, JG; Spangler, John G. (2005). "Neurotoxicity of inhaled manganese: Public health danger in the shower?". Medical Hypotheses 65 (3): 607–616. doi:10.1016/j.mehy.2005.01.043. ببمد 15913899.
- ^ Young, R.; Critchley, JA; Young, KK; Freebairn, RC; Reynolds, AP; Lolin, YI (1996). "Fatal acute hepatorenal failure following potassium permanganate ingestion". Human & Experimental Toxicology 15 (3): 259–61. doi:10.1177/096032719601500313. ببمد 8839216.
- ^ Ong, K. L.; Tan, TH; Cheung, WL (1997). "Potassium permanganate poisoning—a rare cause of fatal self poisoning". Emergency Medicine Journal 14 (1): 43–5. doi:10.1136/emj.14.1.43. PMC 1342846. ببمد 9023625.
- ^ "Risk Assessment Information System Toxicity Summary for Manganese". Oak Ridge National Laboratory. Retrieved 2008-04-23.
- ^ "Manganese Chemical Background". Metcalf Institute for Marine and Environmental Reporting University of Rhode Island. 2006-04. Retrieved 2008-04-30.
- ^ Hasan, Heather (2008). Manganese. The Rosen Publishing Group. pp. 31. (ردمك ).
- ^ Dismukes, G. Charles; Willigen, Rogier T. van (2006). "Manganese: The Oxygen-Evolving Complex & Models". Encyclopedia of Inorganic Chemistry. doi:10.1002/0470862106.ia128.
- ^ Takeda, A. (2003). "Manganese action in brain function". Brain Research Reviews 41 (1): 79. doi:10.1016/S0165-0173(02)00234-5. ببمد 12505649.
- ^ Law, N.; Caudle, M; Pecoraro, V (1998). Manganese Redox Enzymes and Model Systems: Properties, Structures, and Reactivity. 46. p. 305. doi:10.1016/S0898-8838(08)60152-X.
- ^ Shepard, Anna Osler (1956). "Manganese and Iron–Manganese Paints". Ceramics for the archaeologist. Carnegie Institution of Washington. pp. 40–42. (ردمك ).
- ^ Design of the Sacagawea dollar. United States Mint. Retrieved 2009-05-04.
- ^ Kuwahara, Raymond T.; Skinner III, Robert B.; Skinner Jr., Robert B. (2001). "Nickel coinage in the United States". Western Journal of Medicine 175 (2): 112–114. doi:10.1136/ewjm.175.2.112. PMC 1071501. ببمد 11483555.
- ^ a b Dell, R. M. (2000). "Batteries fifty years of materials development". Solid State Ionics 134: 139–158. doi:10.1016/S0167-2738(00)00722-0.
- ^ Graham, L. A. et al. (2005). "Manganese(I) poly(mercaptoimidazolyl)borate complexes: spectroscopic and structural characterization of MnH–B interactions in solution and in the solid state". Dalton Transactions (1): 171–180. doi:10.1039/b412280a. ببمد 15605161.
- ^ a b Kaufman, John Gilbert (2000). "Applications for Aluminium Alloys and Tempers". Introduction to aluminum alloys and tempers. ASM International. pp. 93–94. (ردمك ).
- ^ "chemical properties of 2024 aluminum allow". Metal Suppliers Online, LLC.. Retrieved 2009-04-30.
- ^ Tweedale, Geoffrey (1985). "Sir Robert Abbott Hadfield F.R.S. (1858–1940), and the Discovery of Manganese Steel Geoffrey Tweedale". Notes and Records of the Royal Society of London 40 (1): 63–74. doi:10.1098/rsnr.1985.0004. JSTOR 531536.
- ^ Brady, George S.; Clauser; Henry R.; Vaccari. John A. (2002). Materials handbook : an encyclopedia for managers, technical professionals, purchasing and production managers, technicians, and supervisors. New York, NY: McGraw-Hill. pp. 585–587. (ردمك ).
- ^ Stansbie, John Henry (2007). Iron and Steel. Read Books. pp. 351–352. (ردمك ).
- ^ Dastur, Y. N.; Leslie, W. C. (1981). "Mechanism of work hardening in Hadfield manganese steel". Metallurgical Transactions A 12 (5): 749. Bibcode 1981MTA....12..749D. doi:10.1007/BF02648339.
- ^ Verhoeven, John D. (2007). Steel metallurgy for the non-metallurgist. Materials Park, Ohio: ASM International. pp. 56–57. (ردمك ).
- ^ a b Zhang, Wensheng; Cheng, Chu Yong (2007). "Manganese metallurgy review. Part I: Leaching of ores/secondary materials and recovery of electrolytic/chemical manganese dioxide". Hydrometallurgy 89 (3–4): 137–159. doi:10.1016/j.hydromet.2007.08.010.
- ^ Corathers, L. A.; Machamer, J. F. (2006). "Manganese". Industrial Minerals & Rocks: Commodities, Markets, and Uses (7th ed.). SME. pp. 631–636. (ردمك ).
- ^ a b Corathers, Lisa A. (June 2008). "2006 Minerals Yearbook: Manganese" (PDF). Washington, D.C.: United States Geological Survey. Retrieved 2009-04-30.
- ^ United Nations Ocean Economics and Technology Office, Technology Branch, United Nations (1978). Manganese Nodules: Dimensions and Perspectives. Springer. (ردمك ).
- ^ Wang, X; Schröder, Hc; Wiens, M; Schlossmacher, U; Müller, We (2009). "Manganese/polymetallic nodules: micro-structural characterization of exolithobiontic- and endolithobiontic microbial biofilms by scanning electron microscopy". Micron (Oxford, England : 1993) 40 (3): 350–358. doi:10.1016/j.micron.2008.10.005. ISSN 0968-4328. ببمد 19027306.
- Bhattacharyya, P. K.; Dasgupta, Somnath; Fukuoka, M.; Roy Supriya (1984). "Geochemistry of braunite and associated phases in metamorphosed non-calcareous manganese ores of India". Contributions to Mineralogy and Petrology 87 (1): 65–71. Bibcode 1984CoMP...87...65B. doi:10.1007/BF00371403.
- ^ a b c d Corathers, Lisa A. (2009). "Mineral Commodity Summaries 2009: Manganese" (PDF). United States Geological Survey. Retrieved 2009-04-30.
- ^ a b c d e Emsley, John (2001). "Manganese". Nature's Building Blocks: An A-Z Guide to the Elements. Oxford, UK: Oxford University Press. pp. 249–253. .
- ^ a b Preisler, Eberhard (1980). "Moderne Verfahren der Großchemie: Braunstein" (in German). Chemie in unserer Zeit 14 (5): 137–148. doi:10.1002/ciuz.19800140502.
- Olsen, Sverre E.; Tangstad, Merete; Lindstad, Tor (2007). "History of manganese". Production of Manganese Ferroalloys. Tapir Academic Press. pp. 11–12. (ردمك ).
- Couper, J. (1837). "On the effects of black oxide of manganese when inhaled into the lungs". Br. Ann. Med. Pharm. 1: 41–42.
- Alessio, L; Campagna, M; Lucchini, R (2007). "From lead to manganese through mercury: mythology, science, and lessons for prevention". American journal of industrial medicine 50 (11): 779–787. doi:10.1002/ajim.20524. ببمد 17918211.
- Rancke-Madsen, E. (1975). "The Discovery of an Element". Centaurus 19 (4): 299–313. Bibcode 1975Cent...19..299R. doi:10.1111/j.1600-0498.1975.tb00329.x.
- ^ a b c Mccray, W. Patrick (1998). "Glassmaking in renaissance Italy: The innovation of venetian cristallo". Journal of the Minerals, Metals and Materials Society 50 (5): 14. Bibcode 1998JOM....50e..14M. doi:10.1007/s11837-998-0024-0.
- Sayre, E. V.; Smith, R. W. (1961). "Compositional Categories of Ancient Glass". Science 133 (3467): 1824–1826. Bibcode 1961Sci...133.1824S. doi:10.1126/science.133.3467.1824. ببمد 17818999
- Chalmin, Y; Osuga, Y; Harada, M; Hirata, T; Koga, K; Morimoto, C; Hirota, Y; Yoshino, O et al; Vignaud, C.; Salomon, H.; Farges, F.; Susini, J.; Menu, M. (2006). "Minerals discovered in paleolithic black pigments by transmission electron microscopy and micro-X-ray absorption near-edge structure". Applied Physics A 83 (12): 213–218. Bibcode 2006ApPhA..83..213C. doi:10.1007/s00339-006-3510-7. ببمد 16055459.
- Chalmin, Emilie; Menu, Michel; Vignaud, Colette (2003). "Analysis of rock art painting and technology of Palaeolithic painters". Measurement Science and Technology 14 (9): 1590–1597. doi:10.1088/0957-0233/14/9/310.
- Calvert, J.B. (2003-01-24). "Chromium and Manganese". Retrieved 2009-04-30.
- Luft, J. H. (1956). "Permanganate – a new fixative for electron microscopy". Journal of Biophysical and Biochemical Cytology 2 (6): 799–802. doi:10.1083/jcb.2.6.799. PMC 2224005. ببمد 13398447.
- emple, R. B.; Thickett, G. W. (1972). "The formation of manganese(v) in molten sodium nitrite". Australian Journal of Chemistry 25: 55.
- Schmidt, Max (1968). "VII. Nebengruppe" (in German). Anorganische Chemie II.. Wissenschaftsverlag. pp. 100–109.
- Rayner-Canham, Geoffrey and Overton, Tina Descriptive Inorganic Chemistry, Macmillan, 2003. p. 491 .
- Schaefer, Jeorg; et. al (2006). "Terrestrial manganese-53 — A new monitor of Earth surface processes". Earth and Planetary Science Letters 251 (3–4): 334–345. Bibcode 2006E&PSL.251..334S. doi:10.1016/j.epsl.2006.09.016
- ^ a b c Audi, Georges (2003). "The NUBASE Evaluation of Nuclear and Decay Properties". Nuclear Physics A (Atomic Mass Data Center) 729: 3–128. Bibcode 2003NuPhA.729....3A. doi:10.1016/j.nuclphysa.2003.11.001.
- Lide, David R. (2004). Magnetic susceptibility of the elements and inorganic compounds, in Handbook of Chemistry and Physics. CRC press. .
- ^ a b c d Holleman, Arnold F.; Wiberg, Egon; Wiberg, Nils; (1985). "Mangan" (in German). Lehrbuch der Anorganischen Chemie (91–100 ed.). Walter de Gruyter. pp. 1110–1117. .