Mangan
Mangan ist ein silbergraues, sehr sprödes, unedles Element der 7. Nebengruppe. Als Legierungsmetall wird es verbreitet verwendet, hat aber als reines Metall keine technische Bedeutung. Wichtige Manganerze leiten sich von den Oxiden (MnO2 und Mn2O3) ab. Manganknollen auf dem Meeresboden enthalten bis 20 % Mangan. Ferromangan, das zur Herstellung der Legierungen wichtig ist, wird aus einem Gemisch von Eisen- und Manganoxiden, Kalk und Koks in Elektroöfen gewonnen. Mangan bildet Verbindungen, in denen es in den Oxidationsstufen von -III bis +VII vorliegt, wobei besonders die Oxide und das Kaliumpermanganat, KMnO4, technisch bedeutsam sind (Trockenbatterien, Wasseraufbereitung).
Eigenschaften des Elements
| Einordnung in das Periodensystem der Elemente und Eigenschaften |
Atombau |
| Ordnungszahl: 25 | 25 Protonen 25 Elektronen |
| 4. Periode | 4 besetzte Elektronenschalen |
| VII. Nebengruppe | 7 Außenelektronen |
| Elektronenkonfiguration im Grundzustand | Ar 4s23d5 |
| Elektronegativität | 1,5 |
| Ionisierungsenergie in eV | 7,435 |
| häufigste Oxidationszahlen | VII, IV, II |
| Atommasse des Elements in u | 54,94 |
| Atomradius in 10- 1 0m | 1,24 |
| Ionenradius in 10- 1 0m | 0,91 (+2) |
| Aggregatzustand im Normalzustand | fest |
Stoffkonstanten und Häufigkeit des Vorkommens in der Natur
Dichte in  bei 25 °C |
7,43 |
| Härte nach Mohs | 6 |
Schallgeschwindigkeit in  |
5105 |
| Schmelztemperatur in °C | 1250 |
spezifische Schmelzwärme in  |
266 |
| Siedetemperatur in °C | 2100 |
| spezifische Verdampfungswärme in |
4190 |
Standardentropie S0 in  |
32 |
Wärmeleitfähigkeit in  bei 27 °C |
7,82 |
spezifische Wärmekapazität in  |
0,4795 |
Volumenausdehnungskoeffizient in 10-
3
|
|
spez. elektrischer Widerstand in  |
1,852 |
| Anteil in der Erdhülle in % (Atmosphäre, Wasser, Erdkruste bis 10 km Tiefe) |
0,085 |
Mangan
Isotope des Elements
Als anisotopes Element kommt Mangan in der Natur nur in Form eines stabilen Isotops vor. Alle weiteren bekannten 20 radioaktiven Isotope sind künstlich erzeugt worden und haben vergleichsweise kurze Halbwertszeiten (41 mn-5,6 d).
| Ordnungszahl Z | Massenzahl A | Atommasse in u | Häufigkeit in % |
| 25 | 55 | 54,938 050 | 100% |
Energieniveauschema
Weitere Eigenschaften
Mangan ist in reinem Zustand ein silberweißes, paramagnetisches, sehr hartes und sprödes Schwermetall. Es lässt sich in Stahlgefäßen pulverisieren. Das Metall hat eine relativ hohe Schmelz- und Siedetemperatur; Wärme und elektrischen Strom leitet es schlecht. Mangan bildet in Verbindungen alle Oxidationsstufen von -III bis +VII. Die wichtigste und beständigste ist die Stufe +II. Mangan ist aufgrund seines negativen Normalpotenzials ein ziemlich unedles Metall. Aus Wasser setzt Mangan schon bei Zimmertemperatur Wasserstoff frei. Säuren greifen Mangan unter Bildung von Mn(II)-salzen an. Mangan ist das erste Element der sogenannten Mangangruppe. Zu dieser Gruppe gehören außerdem die Elemente Technetium, Rhenium und Bohrium.
Entdeckung
1774 entdeckte der schwedische Chemiker JOHAN GOTTLIEB GAHN (1745-1818) Mangan. Er isolierte es durch Reduktion von Braunstein und Kohle in stark verunreinigter Form. GAHN nannte das Metall Magnesium, da der Braunstein damals willkürlich als Magnesia nigra bezeichnet wurde. Später wurde der Name in Manganium bzw. Mangan von M. H. KLAPROTH geändert, um Verwechslungen mit Magnesium zu vermeiden. Das chemische Symbol Mn wurde dann erst 1814 von J. J. BERZELIUS vorgeschlagen.
Vorkommen/Herstellung
Mangan besetzt die 14. Stelle der Elementhäufigkeit, d. h., es gehört zu den relativ häufigen Elementen auf der Erde. Mangan tritt in der Natur nie elementar auf. In Form seiner Verbindungen ist es jedoch weit verbreitet, oft tritt es gemeinsam mit Eisen auf. Die Hauptvorkommen liegen in der Republik Südafrika, an der Ostküste des Schwarzen Meers sowie in Gabun, in Indien und Brasilien. Wichtige Manganerze sind u. a. Pyrolurit (MnO2), Braunit (Mn2O3), Manganit (MnO(OH)) und Mangankies (MnS2). Mangan kann nach dem klassischen Verfahren aus Braunstein durch Reduktion mit Silicium hergestellt werden. Das heftig reagierende Mangan(IV)-oxid wird zunächst in reaktionsträgeres Mangan(II, III)-oxid und Mangan(II)-oxid überführt und dann mit Silicium zu Mangan umgesetzt. Heute gewinnt man reines Mangan hauptsächlich auf elektrolytischen Wegen durch kathodische Abscheidung aus hochreiner Mn(II)-sulfat-Lösung an Stahl- oder Hastelloy-Elektroden. Wegen der Sprödigkeit des Mangans ist die Herstellung des reinen Metalls technisch unbedeutend. Von großer technischer Bedeutung sind die Fe-Mn-Legierungen, die aus Gemischen von Eisen- und Manganerzen mit Koks im Hochofen hergestellt werden.
Verwendung
Technisch hat metallisches Mangan kaum eine Bedeutung. Es dient sowohl in reiner Form als auch in Form von Legierungen (hauptsächlich mit Eisen) als Desoxidationsmittel in der Stahlmetallurgie. Die Hauptmenge der geförderten Manganerze wird direkt zu Manganlegierungen verarbeitet. Manganstähle mit geringem Mangangehalt zeichnen sich durch besondere Festigkeit und Härte aus und werden für Federn, Achsen usw. verwendet. Autenitische Manganhartstähle sind im abgeschreckten Zustand extrem zäh und fest, schmiedbar, härtbar, verschleißfest und wärmebeständig. Sie werden deshalb besonders für Baggerzähne, Brechbacken, Schienen, Weichen, Gewindebohrer u. a. Schneidwerkzeuge verwendet. Heusler-Legierungen sind ferromagnetisch, gut verformbar und korrosionsfest. Daher dienen sie vor allem zur Herstellung von Dauermagneten.
Wichtige Verbindungen
Manganoxide (Mn2O7, MnO2, Mn2O3, MnO), Permanganate (MnO4 +), Halogenide (MnXF3 und MnX2) sowie eine Vielzahl weiterer Komplexe.
Bau
Mangan kristallisiert bei Raumtemperatur in einer kubisch-dichtesten Atompackung.
