عنصر منگنز از عناصر شیمیایی جدول تناوبی مندلیف بوده و با نماد شیمیایی Mn شناخته می‌شود. عدد اتمی عنصر منگنز ۲۵ و عدد جرمی آن نیز ۵۴.۹۳۸ است. خواص عنصر منگنز منجر شده تا در گروه ۷ و تناوب ۴ جدول تناوبی جای بگیرد. عنصر منگنز از فلزات واسطه بوده و معمولا در طبیعت به صورت آزاد وجود ندارد. کاربرد عنصر منگنز در بدن به عنوان یک عنصر ضروری شناخته می شود. کاربرد یون عنصر منگنز نیز در بسیاری از فعالیت های سلولی و آنزیمی موثر است. تولید فولاد ضد زنگ یک کاربرد عنصر منگنز بوده و اهمیت فراوانی دارد. ترکیبات عنصر منگنز و چندین ایزوتوپ از آن شناخته شده است. ترکیبات منگنز نیز می توانند در بسیاری از نیاز های صنعتی بکار روند. برای شناخت بهتر خواص عنصر منگنز می توان از مدل اتمی بور استفاده نمود..
نشریه علمی جهان شیمی فیزیک به بررسی عناصر جدول تناوبی پرداخته است. عناصری مانند: کروم، اسکاندیم، منیزیم، کربن و… . در ادامه این مقاله به بررسی کاربرد و خواص و ویژگی و مزایا منگنز پرداخته شده است.
پیشینه عنصر منگنز
کاربرد اولیه عنصر منگنز به عصر حجر باز مي گردد. انسان ها در سالیان کهن از MnO2 براي نقاشي بر روي ديوار ها استفاده مي كردند. اما جالب است بدانید جهت تولید سلاح در يونان باستان از آلياژ های استيل حاوی منگنز استفاده مي شده است.کاربرد عنصر منگنز در صنعت شيشه سازي نیز در مصر و روم بکار می رفته است.
شيميدانی آلماني به نام Glauber در قرن ۱۷ میلادی، پرمنگنات را به عنوان اولين نمک قابل استفاده منگنز شناسایی كرد. در پايان قرن ۱۷ کاربرد عنصر منگنز اساس توليد كلر به شمار مي رفت.
در نهایت عنصر منگنز به‌وسیله شيميدانی آلماني در سال ۱۷۷۱ شناخته شد. در سال ۱۷۷۴ نیز این ماده به‌وسیله دانشمندی سوئدي به نام Gohann Gahn ايزوله شده و فلز منگنز به دست آمد.
ویژگی عنصر منگنز عنصر شماره ۲۵ جدول تناوبی عناصر
- عدد اتمی: ۲۵
- عدد جرمی : ۵۴٫۹۳۸
- گروه: ۷
- تناوب: ۴
- نقطه ذوب: ۱۲۴۶ درجه سانتی گراد
- نقطه جوش: ۲۰۶۱ درجه سانتی گراد
- چگالی: ۷.۲۱ گرم بر سانتی متر مکعب
- شعاع اتمی: ۱۲۷ pm
- رنگ: خاکستری مایل به صورتی
- حالت استاندارد (شرایط STP): جامد
- الکترونگاتیویته: ۱.۵۵ در مقیاس پائولینگ
منابع عنصر منگنز
منابع زمینی عنصر منگنز زیاد اما پراکندگی نامنظمی دارد. برخی از منابع این ماده در کشور آمریکا واقع شده است. که البته این منابع نامرغوب بوده و تهیه و تولید عنصر منگنز از آن گران است. دو کشور آفریقای جنوبی و اوکراین بیش از ۸۰% منابع منگنز شناخته شده جهان را دارند. آفریقای جنوبی بیش از ۸۰% کل آن را تولید می‌کند.
مقادیر بسیار زیادی از عنصر منگنز در سخت گاه های منگنز واقع در کف اقیانوس ها وجود دارند. در سال ۱۹۷۰ تلاش هایی که برای یافتن روش های عملی و اقتصادی بهره برداری از سخت گاه های منگنز انجام می‌شد متوقف گشت.
ناخالصی های موجود در کانسار های منگنز
تنوع و پیچیدگی ساختار کانسارهای منگنز، ناخالصی های همراه منگنز از نظر تعداد زیاد و از نظر خواص متفاوت و متغیر هستند. انواع این ناخالصی‌ها در ادامه اشاره شده است.
- ناخالصی های فلزی: ناخالصی های فلزی شامل کانی های آهن، سرب، روی، نیکل، کبالت، مس، آرسنیک و نقره هستند.
- ناخالصی های غیر فلزی: شامل کانی های گوگرد و فسفر است.
- باطله: سیلیس، آلومینا، آهک، منیزیم و باریم از سایر ناخالصی این کانسارها بشمار می آیند.
- مواد فرار: آب، روی، دی اکسید منگنز و مواد آلی از ناخالصی های فرار بشمار می آیند.
بکار گیری روش های پر عیار سازی برای تغلیظ سنگ استخراج شده از معدن اجتناب ناپذیراست. به دلیل:
- کافی نبودن خلوص منگنز در بیشتر کانسار های شناسایی شده در جهان
- نیاز به عیار های بسیار بالا در بیشتر صنایع مصرف کننده منگنز
خواص عنصر منگنز
از خواص عنصر منگنز فلزی می توان به رنگ خاکستری آن اشاره کرد. منگنز فلزی سخت و بسیار شکننده است که به سختی ذوب می شود. اما این ماده می تواند به راحتی اکسید شود. عنصر منگنز پس از پردازش خاصی فرومغناطیس می‌گردد. حالت های مهم اکسیداسیون منگنز ۶+ ، ۴+ ، ۳+ ،۲+ و ۷+ است. توجه شود که حالت های اکسیداسیون از ۷+ تا ۱+ برای این ماده مشاهده می شـود. ترکیبات عنصر منگنز که منگنز در آن ها حالت اکسیداسیونی برابر با ۷+ دارد، عامل های اکسید کننده قوی هستند.
منگنز و یون های اصلی آن پارا مغناطیس هستند. منگنز مانند آهن، در هوا به کندی کدر شده و زنگ تولید می‌کند.
ایزوتوپ عنصر منگنز
عنصر منگنز تنها یک ایزوتوپ پایدار دارد. ایزوتوپ عنصر منگنز که پایدار است با ۵۵Mn شناخته می شود. از ایزوتوپ های این ماده، ۱۸ ایزوتوپ پرتوزا نیز تاکنون شناخته شده‌اند. پایدار ترین ایزوتوپ عنصر منگنز، ۵۳Mn با نیمه عمر ۳.۷ میلیون سال است. دو ایزوتوپ ۵۴Mn و ۵۲Mn نیز مقداری پایداری دارند. اما سایر ایزوتوپ عنصر منگنز نیمه‌عمری کمتر از ۳ ساعت دارند.
منگنز یکی از اعضای گروه آهن است که گمان می‌شود در ستاره های بزرگ پیش از انفجار Supernova ساخته شده‌اند. واپاشی عمده در ایزوتوپ های سبک تر از ۵۵Mn گیراندازی الکترون است. واپاشی در ایزوتوپ های سنگین‌تر واپاشی بتا است.
ترکیبات عنصر منگنز
پرمنگنات پتاسیم به علت خصوصیات اکسیداسیون یک معرف آزمایشگاهی متداول است و به عنوان دارویی محلی نیز کاربرد دارد.
دی‌اکسید منگنز در پیل های خشک کاربرد دارد. همچنین از این ماده می توان برای کلر زدایی شیشه هایی که با مقادیر کمی آهن، سبز رنگ شده‌اند نیز استفاده نمود. از دی اکسید منگنز برای تولید اکسیژن، کلر و رنگ های سیاه جامد نیز استفاده می‌گردد.
ترکیبات منگنز برای ارغوانی کردن شیشه ها و عامل رنگ ارغوانی واقعی استفاده می شود.
کاربرد عنصر منگنز
خواص عنصر منگنز منجر شده تا برای ثابت کنندگی گوگرد، اکسیژن زدایی و آلیاژ سازی برای تولید آهن و فولاد استفاده شود. بخش تولید آهن فولاد سازی بیشترین مقدار منگنز داخلی را نیاز دارد. کاربرد خواص عنصر منگنز بخش اصلی فرمول های فولاد ضد زنگ ارزان قیمت و آلیاژ های آلومینیم را تشکیل می دهد. در انواع پیل های خشک جدید از اکسید منگنز استفاده می شود. یون منگنز در تولید رنگ های مختلف و به عنوان رنگدانه در صنعت به کار می رود. منگنز دی اکسید در باتری های قلیایی به عنوان کاتد نیز مورد استفاده قرار می‌گیرد.
کاربرد منگنز در صنعت
خصوصیات فیزیکی و شیمیایی خاص فلز منگنز و دلایل اقتصادی منجر شده تا این ماده به عنوان یکی از فلزات راهبردی در صنایع فولاد، ذوب آهن، تولید فروآلیاژ، باتری سازی و… شناخته شود. حدود ۹۰ درصد این فلز در سطح جهان در صنایع متالورژی مانند تولید فولاد و آلیاژ های غیر آهنی مصرف می شود.
از مهم ترین و بیشترین کاربرد عنصر منگنز در صنعت می توان به موارد زیر اشاره کرد.
کاربرد منگنز در صنعت شیمیایی
کاربرد منگنز در صنعت شیمیایی معمولا در تولید کود های شیمیایی، رنگ سازی، لعاب دادن کاشی و سرامیک و… استفاده می شود. استفاده از قرص منگنز نیز نقش مهمی در ساختار این محصولات خواهد داشت. درجه خالص بودن ترکیبات منگنز در کانی ها باید عددی بین %۸۰ تا ۸۵% باشد. ترکیب عنصر منگنز با مواد شیمیایی مثل پرمنگنات پتاسیم و سولفات های دیگر در صنعت متالورژی و تولید باتری نیز موثر است. ترکیب سولفات منگنز به علت دارا بودن ویژگی حلالیت بالا در ساخت و تولید فلز منگنز مهم ترین کاربرد را در ترکیب مواد شیمیایی داراست.
کاربرد منگنز در آلومینیوم
در مقادیر کم برای کنترل اثر تخریبی آهن عنصر منگنز به صورت فازهای شکننده و ترد به کار می رود. مقدار منگنز مصرفی در حدود نصف درصد آهن است. منگنز به عنوان عنصر آلیاژی در ترکیبات آلیاژ های کار پذیر به کار رفته و در این حالت افزودن منگنز به آلومینیوم استحکام را افزایش می دهد. در حالی که تاثیر بسیار کمی بر کاهش شکل پذیری و خوردگی دارد.
کاربرد عنصر منگنز در صنعت آلومینیوم به دو صورت: منگنز متال (یا منگنز پولکی) و قرص منگنز مورد استفاده قرار می گیرد.
- منگنز متال همان فلز منگنز خالص است که با درصد خلوص بیش از ۹۹.۷ درصد منگنز در دسترس قرار دارد.
- قرص منگنز مورد استفاده در صنعت آلومینیوم نیز به صورت قرص های ۷۵% و ۸۰% موجود است. این قرص ها حاوی ۷۵ الی ۸۰ درصد منگنز خالص بوده و مابقی پودر آلومینیوم خالص است که مناسب ذوب این قرص ها در آلومینیوم می باشند.
خواص عنصر منگنز در گیاه
عنصر منگنز در خاک به شکل یون کاتیون دو ظرفیتی Mn+۲ (یون منگنز) جذب می شود. گیاهان در صورت کمبود منگنز علائم خاصی را نشان می دهند. زرد شدن رگ برگ ها از علائم کمبود منگنز در گیاهان است. این اتفاق ممکن است در سرشاخه های بالاتر بیشتر یافت شود. بعد از آهن، منگنز به فراوانی در زمین وجود دارد. توجه کنید که هر چه خاک pH کمتری داشته باشد میزان حلالیت منگنز در آن افزایش خواهد یافت. درواقع نقش این ماده در واکنش های انتقال الکترون مرحله فتوسنتز و تولید کلروفیل است. بخش عمده منگنز در برگ ها و ساقه گیاهان ذخیره می گردد. غلات، سیب زمینی و درختان میوه بیشترین حساسیت را دارند و پنبه کمترین حساسیت را نسبت به کمبود منگنز دارد.
سولفات منگنز
منگنز در تشکیل کلروپلاست و سیستم های آنزیمی گیاه نقش کلیدی داشته و مصرف این کود باعث فتوسنتز گیاه و افزایش تولید محصول خواهد شد. آهکی بودن خاک ها، pH بالا، ماده آلی کم و مصرف نامتعادل کودها قابلیت استفاده این عنصر برای گیاهان را محدود می کند. بنابراین ممکن است خسارات جبران ناپذیری بر میزان تولید و کیفیت محصولات وارد شود.
لازم به ذکر است که علائم و عوارض ناشی از کمبود منگنز در بیشتر نقاط ایران و در اغلب محصولات به چشم می خورد.
رفع مشکلات کمبود منگنز
استفاده از کود های شیمیایی حاوی این عنصر همراه با ماده آلی، گوگرد و باکتری های مربوطه، باعث بهبود شرایط تغذیه ای گیاهان شده و بسیاری از نارسایی های تغذیه ای را برطرف می‌سازد.
کاربرد عنصر منگنز در بدن
این فلز به مقدار بسیار کم در بدن انسان وجود دارد. این ماده به عنوان یک ماده معدنی کمیاب شناخته می شود. بدن انسان کم و بیش نزدیک۲۰ میلی‌گرم منگنز در استخوان ها ذخیره دارد.
فواید منگنز
- پایه ریزی بافت همبند چربی و کلسترول
- استخوان
- عوامل لختگی خون
- پروتئین
- عملکرد طبیعی مغز
منگنز جزئی از ترکیب منگنز سوپراکسید دیسموتاز (MnSOD) است. این ترکیب یک آنتی اکسیدانت است که بدن را از رادیکال‌های آزاد نگهداری می‌کند. لازم به ذکر است که به دست آوردن مقدار کافی منگنز از رژیم غذایی به راحتی انجام می شود.
منابع غذایی منگنز
تمشک، آناناس، سیر، انگور، چغندر، لوبیا سبز، برنج، نعناع، جو، آجیل، شاهی، سبزی خردل، توت فرنگی، میوه های گرمسیری، کاهو، اسفناج، ملاس، میخک، زردچوبه، تره فرنگی، سویا، گندم سبوس دار، موز، خیار، کیوی، انجیر و هویج دارای مقادیر مناسبی از این ماده برای بدن هستند. از بهترین منابعی که به طور طبیعی حاوی منگنز بالایی هستند می توان به موارد زیر اشاره کرد.
سبزیجات با برگ سبز، برنج قهوه ای، نارگیل، بادام و فندق.
قیمت عنصر منگنز
قیمت قرص منگنز نسبت به سایر فلزات قیمت پایین تر و مناسب تری دارد. فلز منگنز در تولید بسیاری از مواد و آلیاژ ها نقش دارد. بنابراین قیمت این مواد بسته به نوع کاربرد شان می تواند متفاوت باشد. درواقع تعیین قیمت فلز منگنز به دو عامل بستگی دارد.
- ارزش و کیفیت ساختار
- بحث اقتصادی
هشدار مصرف عنصر منگنز
مقدار و مصرف بیش از حد منگنز سمی است. تماس با گرده، بخار و ترکیبات منگنز حتی برای زمان های کوتاه نباید از حداکثر ۳۵ mg/m فراتر رود. محلول های پرمنگنات اسیدی کلیه مواد معدنی را که با آن ها در تماس هستند از بین خواهند برد. درواقع این ماده قادر به سوزاندن آن ها خواهد بود.
سخن آخر
در جدول تناوبی مندلیف عناصر مختلفی قرار گرفته اند. خواص فیزیکی و شیمیایی این عناصر با یکدیگر بسیار متفاوتد. درواقع عناصری که در یک گروه از جدول تناوبی قرار گرفته اند خواص مشابهی دارند. در جدول تناوبی تمام عناصر جایگاه مخصوص به خود را دارا هستند. با شناخت بهتر عناصر جدول تناوبی می توان به کاربرد و ویژگی عناصر بیشتر پی برد. لازم به ذکر است که کاربرد های صنعتی و سلامت و پزشکی و کشاورزی و… عناصر، با شناخت دقیق آن ها امکان پذیر خواهد بود. دانشمندان تلاش های زیادی در شناخت بیشتر این عناصر داشته و خواص آن ها دارند.
به دلیل اهمیت بالای این عناصر در زندگی روزمره، نشریه علمی جهان شیمی فیزیک به توضیح و بررسی آن ها پرداخته است. برای آشنایی با خواص و کاربرد و پیشینه عناصر شیمیایی جدول تناوبی می توانید به سایت نشریه علمی جهان شیمی فیزیک مراجعه کرده و اطلاعات خود را در این زمینه گسترش دهید.
