Mangan
| Mangan | |
| Elementsymbol | Mn |
| Ordnungszahl | 25 |
| Relative Atommasse | 54,938044 |
| Aggregatzustand | fest |
| Schmelzpunkt | 1246 °C |
| Siedepunkt | 2100 °C |
| Elementkategorie | Übergangsmetall |
Mangan (gekürzt aus älter: Manganesium, zu franz. manganèse; mittellat. magnesia, Magnesia) ist ein chemisches Element und zählt zu den Übergangsmetallen im Periodensystem. Es handelt sich um ein grausilberweißes, magnetisches, hartes und sehr sprödes Metall, dessen chemische und physikalische Eigenschaften häufig dem Eisen ähneln. Mangan gehört zu den 20 häufigsten chemischen Elementen in der Erdhülle. Manganverbindungen mit Sauerstoff, zum Beispiel Braunstein, werden von den Menschen seit Jahrtausenden als Farbpigmente benutzt.
Inhaltsverzeichnis
Weitere Eigenschaften
Die Strom- und Wärmeleitfähigkeit des Mangans ist nicht besonders gut. Elementares Mangan ist relativ unbeständig und nicht radioaktiv. Aufgrund seiner spröden Beschaffenheit lässt es sich im Vergleich zu anderen Metallen relativ leicht pulverisieren. Von Wasser wird es unter Wasserstoffentwicklung angegriffen, in verdünnten, nichtoxidierenden Säuren löst es sich ebenfalls. Sehr feines Manganpulver kann am Luftsauerstoff spontan zu Mangan(II,III)-oxid Mn3O4 verglühen.
Bei Wärme reagiert Mangan mit Bor, Kohlenstoff, Silizium, Stickstoff, Phosphor, Sauerstoff, Schwefel und den Halogenen. Mit Wasserstoff reagiert es nicht unter Bildung einer Wasserstoffverbindung (eines Hydrides) und ist an der Luft durch Bildung eines schützenden Oxidfilms beständig.
Physiologische Bedeutung
Gebundenes Mangan ist ein essentielles Spurenelement für alle Lebensformen. Als wichtiger Bestandteil vieler Enzyme steigert es die Verwertung des Vitamins B1 und ist von Bedeutung für die Insulinproduktion der Bauchspeicheldrüse. In Pflanzen findet sich in deren Photosynthese-System (im Photosystem II) ein Komplex mit vier Manganteilchen, der zur Spaltung von Wasser und der damit verbundenen Gewinnung von Elektronen dient. Manganmangel kann bei Pflanzen zur Chlorose (Bleichsucht) sowie zur Dürrfleckenkrankheit führen.
Der menschliche Körper enthält etwa 10 bis 20 mg Mangan, entsprechend ca. 0,1 bis 0,3 ppm, wovon das meiste davon in den Knochen gebunden ist. Täglich sollten ungefähr 4 mg aufgenommen werden. Manganreich sind Nüsse, Vollkornprodukte, Keimlinge, Erdbeeren und Kakao. Milch, die meisten Mineralwässer und manche Trinkwässer sind hingegen manganarm. Ständige Aufnahme von Manganstaub in manganbearbeitenden Betrieben führt zu Vergiftungen, die sich in Nieren-, Leber- und Stoffwechselerkrankungen sowie schweren Nervenschädigungen (Manganismus) äußern.
Geschichte
Vom Menschen hergestellte Farben mit Manganpigmenten aus Mangandioxid können bis zu 17.000 Jahre zurückverfolgt werden. So wurde Pyrolusit (Manganschwarz) bereits von den Höhlenmalern als schwarzes Pigment verwendet. Römer und Ägypter verwendeten Manganverbindungen in der Glasherstellung zur Färbung und Entfärbung. Die Spartaner nutzten manganhaltiges Eisenerz zur Herstellung ihrer Waffen. Jedoch hielt man Mangan noch bis zur Mitte des 18. Jahrhunderts für einen Abkömmling des Eisenerzes.
Im 17. Jahrhundert stellte der deutsche Chemiker Johann Rudolph Glauber Permanganat her. Mitte des 18. Jahrhunderts nutzte man Manganoxid zur Herstellung von Chlor. Auf Anregung des deutschen Chemikers Carl Wilhelm Scheele, der 1774 entdeckte, daß Braunstein kein Eisenerz ist, sondern ein bis dahin unbekanntes Metall enthalten müsse, gelang es dem schwedischen Chemiker Johan Gottlieb Gahn noch im gleichen Jahr, erstmals elementares Mangan aus Braunstein durch Reduktion mit Kohle herzustellen. Er nannte das neue Element zunächst „Magnesium“, was so viel bedeutete wie Schwarze Magnesia. Um Verwechslungen mit dem heute bekannten Namen für Magnesium zu vermeiden, schlug man zunächst das Wort „Manganesium“ vor. Später änderte es der deutsche Chemiker Martin Heinrich Klaproth zu „Manganium“ und „Mangan“ ab. Das chemische Symbol Mn führte 1814 der schwedische Chemiker Jöns Jakob Berzelius ein.
Anfang des 19. Jahrhunderts begann dann der Einsatz von Mangan zur Eisenherstellung. 1816 war die festigkeitssteigernde Wirkung ohne erhöhte Sprödigkeit bekannt. Technische Bedeutung erlangte das Metall ab 1860, nachdem man in Hochöfen Eisen-Mangan-Legierungen schmelzen konnte.
Vorkommen
Am Aufbau der Erdkruste ist Mangan mit 0,064 Prozent beteiligt und ist damit nach dem Eisen das zweithäufigste Schwermetall. Es existieren weltweit sehr große Manganvorkommen, wobei Mangan in der Natur nie elementar auftritt. Das wichtigste Manganerz ist Pyrolusit (Weichmanganerz, Braunstein). Bekannte abbauwürdige Manganerzvorkommen befinden sich in Südafrika (bei Hotazel), Georgien (bei Tschiatura), Rußland, in der Ukraine, im Norden Australiens (auf der Insel Groote Eylandt), in Brasilien, Gabun, Indien, China, Mexiko, Burkina Faso, Ghana und Marokko. Größere Mengen Mangan enthalten auch die sogenannten Manganknollen und Mangankrusten in der Tiefsee. Das Gebiet der BRD, der BRÖ und der Deutschschweiz hingegen ist arm an Manganerzen, nennenswerte Mengen finden sich im Siegerländer Erzrevier, im mittleren Thüringer Wald nahe Ilmenau und im Harz bei Ilfeld.
Verwendung
Wegen seiner hohen Affinität zu Schwefel und Sauerstoff sowie seiner werkstoffverbessernden Eigenschaften ist Mangan von hoher Bedeutung für die Metallindustrie.
Etwa 90 bis 95 Prozent des erzeugten Mangans beziehungsweise Ferromangans gehen in die Eisen-, Stahl- und Sonderwerkstoffherstellung und dient dort zur Desoxidation und Entschwefelung von Eisen und Stahl, als preisgünstiger Nickelersatz in korrosionsbeständigen Edelstählen und als stark festigkeitssteigerndes Legierungselement in Stählen; zudem auch für Kupfer-Mangan-(Nickel-)Legierungen (wie zum Beispiel Manganin) für temperaturunabhängige Widerstände, für Aluminium-Mangan-Legierungen sowie für Ausdehnungslegierungen mit extrem hohen Ausdehnungskoeffizienten (zum Beispiel aktive Schalter aus Bimetall). Außerdem dient Mangandioxid als Oxidationsmittel in Trockenbatterien.
Manganstahl mit einem geringen Mangan-Gehalt von etwa einem bis zwei Prozent zeichnet sich durch hohe Festigkeit und Härte aus. Er wird für Federn und Achsen verwendet. Manganstahl mit einem Mangan-Gehalt von bis zu 25 Prozent ist enorm zäh, schmiedbar, härtbar und wärmebeständig. Er kommt in Baggerzähnen, Eisenbahnschienen, Weichen, Gewindebohrern und Schneidewerkzeugen zum Einsatz.
