Mangan jest dwunastym najbardziej rozpowszechnionym minerałem na Ziemi. Występuje w skorupie ziemskiej, średnio w ilościach ok. $850—1000\text{ppm}$, w znacznej części w postaci rud składających się z jego tlenków, węglanów i krzemianów. Jest, zaraz po żelazie, najbardziej rozpowszechnionym metalem ciężkim. Tworzy liczne minerały, z których największe znaczenie mają piroluzyt, manganit oraz rodochrozyt.

Mangan jest pierwiastkiem chemicznym należącym do metali przejściowychmetale przejściowemetali przejściowych. Składa się z $15$ izotopów, ale trwały jest tylko izotopizotopyizotop $55$, który stanowi niemal $100\%$ składu izotopowego manganu występującego w naturze. Mangan występuje na stopniach utlenienia od $-\text{III}$ do $\text{VII}$. Na stopniach utlenienia od $-\text{III}$ do I pierwiastek ten tworzy wyłącznie związki kompleksowe. Najczęśniej spotyka się związki manganu, w których mangan występuje na stopniu utlenienia od $\text{II}$ do $\text{VII}$, z czego trwałe są tylko trzy ($\text{II}$, $\text{IV}$, $\text{VII}$). Jako pierwiastek znajduje się w siódmej grupie czwartego okresu, czyli należy do bloku energetycznego $d$. Jego liczba atomowa wynosi $25$, natomiast konfiguracja powłoki walencyjnej w stanie podstawowym ma postać $3d^{5}4s^2$.

Mangan jest twardym, srebrzystoszarym metalem. Stosuje się go do wzbogacania stopów, ponieważ polepsza ich twardość i ciągliwość.

Jest bardzo ważnym mikroelementem, który wpływa na działanie wielu enzymów, pracę naszego układu nerwowego oraz jest niezbędny do prawidłowego rozwoju tkanki kostnej. Jego niedobór może zmniejszyć intensywność wzrostu oraz obniżyć płodność, z kolei jego nadmiar działa toksycznie.

RXIr35AfTBlwT1

Zdjęcie rentgenowskie dłoni. Na czarnym tle znajdują się białe kości: kość promieniowa i łokciowa, kości nadgarstka oraz paliczków. Tkanki miękkie stanowią szarawą powierzchnię.

Związki manganu są stosowane także w medycynie jako środki dezynfekujące (antyseptyczne) do odkażania ran. Manganian($\text{VII}$) potasu możesz kupić w aptece. Występuje w postaci malutkich tabletek lub proszku/kryształków.

Obecność manganu w wodzie pitnej może wpływać pośrednio na powstawanie niekorzystnych zmian cech wody.

Nawet w wodach o małej zawartości manganu mogą rozwijać się bakterie manganowe, które nadają jej nieprzyjemny, stęchły smak i zapach. Bakterie te tworzą w sieci wodociągowej błonę, a następnie pobierają z wody wolny chlor.

Mangan powoduje również ciemnienie jasnych tkanin podczas prania oraz powstawanie ciemnych osadów na urządzeniach sanitarnych.

Czysty mangan w warunkach laboratoryjnych i na skalę przemysłową otrzymuje się między innymi metodą aluminotermii, czyli redukcją tlenku manganu($\text{IV}$) glinem, zgodnie z równaniem reakcji:

Tlenki manganu zmieniają swój charakter – od zasadowego $\text{MnO}$, poprzez amfoterycznyamfoterycznośćamfoteryczny ${\text{MnO}}_2$, do wyraźnie kwasowego ${\text{Mn}}_2{\text{O}}_7$.

Barwy tlenków manganu na różnych stopniach utlenienia

Tlenek manganu($\text{II}$)

Tlenek manganu($\text{II}$)

R1UesEY7edjHD

Zdjęcie przedstawiające tlenek manganu(II) w postaci zbrylonego ciemnozielonego proszku.

Tlenek manganu($\text{IV}$)

Tlenek manganu($\text{IV}$)

RkocLiMLMKJ7w

Zdjęcie przedstawiające tlenek manganu(IV) w postaci czarnego, miejscami zbrylonego proszku.

Tlenek manganu($\text{VII}$)

Tlenek manganu($\text{VII}$)

ROtBefApfbmYr

Zdjęcie przedstawiające tlenek manganu(VII) w postaci ciemnozielonej oleistej cieczy.

Polecenie 1

Przygotuj doświadczenie, w trakcie którego zbadasz reakcję manganianu($\text{VII}$) potasu z siarczanem($\text{IV}$) sodu w środowisku kwaśnym, obojętnym i zasadowym.

R16cLIHCzl65v

Problem badawczy: (Uzupełnij). Hipoteza: (Uzupełnij). Sprzęt laboratoryjny i odczynniki chemiczne: Do przeprowadzenia doświadczenia niezbędne są następujące odczynniki: roztwór manganianu(VII) potasu; roztwór siarczanu(IV) sodu; roztwór kwasu siarkowego(VI); roztwór wodorotlenku sodu; woda. Szkło i sprzęt laboratoryjny: probówki, statyw do probówek, tryskawka, pipety/wkraplacze. Instrukcja wykonania: 1. Do 4 probówek wlewamy roztwór manganianu(VII) potasu. 2. Następnie do pierwszej probówki wkraplamy roztwór siarczanu(IV) sodu, do drugiej i czwartej wlej wodę. 3. Do trzeciej roztwór wodorotlenku potasu. 4. W ten sposób w trzech probówkach otrzymasz środowisko kwaśne, obojętne i zasadowe, czwarta probówka jest próbą kontrolną. 5. Do 3 probówek dodaj roztwór siarczanu(IV) sodu i obserwuj zmiany. Obserwacje: (Uzupełnij). Wyniki i wnioski: (Uzupełnij).

Pokaż odpowiedź

R13WG8r9wUP0N1

Ilustracja przedstawiająca schemat doświadczenia, w którym przeprowadzono redukcję manganianu(VII) potasu i towarzyszące temu zmiany stopni utlenienia i barwy. Ilustracja przedstawia cztery probówki – w pierwszej probówce znajduje się fioletowy roztwór manganianu(VII) potasu. W drugiej różowy roztwór po dodaniu do manganianu(VII) potasu kwasu siarkowego(VI) oraz siarczanu(IV) sodu. Poniżej znajduje się równanie reakcji dla redukcji w środowisku kwasowym: dwie cząsteczki ${\text{KMnO}}_4$ dodać pięć cząsteczek ${\text{Na}}_2{\text{SO}}_3$, dodać trzy cząsteczki ${\text{H}}_2{\text{SO}}_4$. Strzałka w prawo, za strzałką dwie cząsteczki ${\text{MnSO}}_4$ dodać pięć cząsteczek ${\text{Na}}_2{\text{SO}}_4$, dodać cząsteczka ${\text{K}}_2{\text{SO}}_4$, dodać trzy cząsteczki ${\text{H}}_2\text{O}$. W trzeciej probówce znajduje się brunatny osad po dodaniu do wodnego roztworu manganianu(VII) potasu siarczanu(IV) sodu. Poniżej znajduje się równanie reakcji dla redukcji w środowisku obojętnym: dwie cząsteczki ${\text{KMnO}}_4$ dodać trzy cząsteczki ${\text{Na}}_2{\text{SO}}_3$, dodać cząsteczka wody ${\text{H}}_2\text{O}$. Strzałka w prawo, za strzałką dwie cząsteczki ${\text{MnO}}_2$, strzałka w dół, dodać trzy cząsteczki ${\text{Na}}_2{\text{SO}}_4$, dodać dwie cząsteczki $\text{KOH}$. W czwartej probówce znajduje się zielony roztwór po dodaniu do manganianu(VII) potasu wodorotlenku potasu oraz siarczanu(IV) sodu. Poniżej znajduje się równanie reakcji dla redukcji w środowisku zasadowym: dwie cząsteczki ${\text{KMnO}}_4$ dodać cząsteczka ${\text{Na}}_2{\text{SO}}_3$, dodać dwie cząsteczki $\text{KOH}$. Strzałka w prawo, za strzałką dwie cząsteczki ${\text{K}}_2{\text{MnO}}_4$ dodać cząsteczka ${\text{Na}}_2{\text{SO}}_4$, dodać cząsteczka ${\text{H}}_2\text{O}$.

Obserwacje:

W drugiej probówce roztwór przyjmuje zabarwienie blodoróżowe, w mniejszych stężeniach staje się niemal bezbarwny.

W trzeciej probówce strąca się brunatny, kłaczkowaty osad.

W czwartej probówce roztwór zmienia kolor na zielony.

Wnioski:

W zależności od środowiska, manganian($\text{VII}$) potasu może redukować się do różnych związków, jednak istotny wpływ ma tutaj $\text{pH}$ roztworu:

• w roztworach kwaśnych redukuje się do jonów ${\text{Mn}}^{2+}$;

• w roztworach słabo zasadowych oraz neutralnych powstaje ${\text{MnO}}_2$;

• w roztworach silnie zasadowych redukuje się do zielonego manganianu($\text{VI}$) – ${\text{MnO}}_4^{2-}$.

Zapamiętaj więc, że właściwości utleniająco‑redukujące związków manganu zmieniają się wraz ze zmianą stopnia utlenienia manganu w związku:

• związki manganu($\text{II}$) są reduktorami;

• tlenek manganu($\text{IV}$) w zależności od doboru pozostałych substratów może pełnić zarówno rolę utleniacza, jak i reduktora;

• związki manganu($\text{VII}$) są utleniaczami.

Słownik

Bibliografia

Bielański A., Podstawy chemii nieorganicznej $2$, Warszawa $2013$.

Durrant Ph. J., Durrant B., Zarys współczesnej chemii nieorganicznej, Warszawa $1965$, s. $1152$.

Gać P., Waliszewska M., Zawadzki M., Poręba R., Andrzejak R., Narażenie na mangan, $2009$.

Kemmitt R. D., W. Peacock R. D., The Chemistry of Manganese, Technetium and Rhenium, Oxford, NowyJork, Toronto, Sydney, Paryż, Braunschweig, $1973$, s. $771—798$, $811—813$, $851$, $859$.

Patnaik P., Handbook of Inorganic Chemicals, New York $2003$, s. $549—550$.

Starek A., Mangan i jego związki nieorganiczne– w przeliczeniu na Mn, „Podstawy i Metody Oceny Środowiska Pracy” $2012$, t. $71$, nr $1$, s. $27—58$.

Surgiewicz J., Mangan i jego związki – metoda oznaczania, „Podstawy i Metody Oceny Środowiska Pracy” $2012$, t. $71$, nr $1$, s. $111—116$.