Chemisch Element Mangaan

Inleiding
Voor deze praktische opdracht heb ik gekozen voor de stof Mangaan omdat het een element is waar ik nog niet veel vanaf wist en wat mij, na het lezen van informatie, nieuwsgierig maakte. Na het verzamelen van mijn informatie kwam ik erachter dat de stof Mangaan eigenlijk heel belangrijk is voor planten, dieren en mensen. Bijvoorbeeld in de landbouw is Mangaan een onmisbare groeibron voor de gewassen. Uitgebreide toelichting vind U in dit werkstuk, mijn praktische opdracht over Mangaan.

Eigenschappen van Mangaan
Mangaan is een zilvergrijs metaal dat in zuivere toestand veel op ijzer lijkt.

Aan de lucht wordt het snel bruin gekleurd door de vorming van een oppervlaktelaagje oxide. Bij temperatuurverhoging gaat de oxidatie verder en ontstaan er, afhankelijk van de temperatuur, oxidelagen met variërende samenstelling en dikte, als eindproduct ontstaat het trimangaantetroxide.
Het metaal is niet-magnetisch; het komt voor in vier allotrope vormen.
Mangaan is harder en brosser dan ijzer; de bij kamertemperatuur stabiele α-vorm kan niet geplet worden. De elektrolytisch verkregen en bij kamertemperatuur zeer instabiele
γ-modificatie is wel pletbaar.
Mangaan behoort tot de eerste overgangsreeks van het periodiek systeem der elementen, waar het tussen chroom en ijzer in staat. Verticaal is het eerste element van de groep VIIa. Mangaan vertoont als overgangsmetaal een grote reeks waardigheden, van –1 tot +7, en voor de verbindingen uiteenlopende spectrale en magnetische eigenschappen. De meest stabiele waardigheid is +2, vooral als het lichtroze hexaquo-ion, dat in vele zouthydraten aanwezig is. Mangaan vormt ook vele andere octaëdrische en enige tetraëdrische complexe verbindingen. De hogere valenties hebben oxiderende eigenschappen.
Bij kamertemperatuur wordt mangaan langzaam door water aangegrepen. Vooral in fijngepoederde vorm is het zeer actief, het lost dan ook snel op in zuren. Bij hogere temperaturen reageert het metaal met vele niet-metalen, als waterstof, de halogenen, zwavel, stikstof, koolstof en fosfor.
- Het smeltpunt van Mangaan is 1244ºC
- Het kookpunt is 2095ºC
- De relatieve dichtheid is 7,21-7,44 (afhankelijk van de modificatie)

Het voorkomen in de Natuur
- Mangaan komt wijdverbreid, maar nooit in grote hoeveelheden, in de aardkorst voor (gemiddeld 0,1%), en wel alleen in de vorm van verbindingen. Het belangrijkste mineraal is bruinsteen (pyrolysiet). Andere mangaanmineralen zijn o.a. hausmanniet, manganiet, brauniet, mangaanspaat en mangaankies.
- Doordat de ionstralen van mangaan en ijzer sterk overeenkomen worden beide elementen vaak tijden dezelfde geologische processen geconcentreerd. Hierdoor komen mangaanmineralen vaak voor als nevenbestanddeel van ijzerertsen. Ook komt mangaan voor in sommige zinkertsen (o.a. frankliniet). In ijzerhoudend water wordt meestal ook mangaan aangetroffen.

- De mangaanconcentraties in lucht en water (inclusief drinkwater) zijn laag. In de bodem variëren de concentraties sterk van streek tot streek. Mangaan is zowel giftig, als een essentiëel spoorelement
- Op de bodem van de oceanen zijn grote hoeveelheden mangaanknollen ontdekt.
- In de dierlijke organisme speelt mangaan een rol bij de eiwit- en koolhydraatstofwisseling en bij de synthese van vitamine C.
- Planten nemen het mangaan op uit de bodem, het metaal vormt een essentieel bestanddeel van enzymen, nodig voor de vorming van chlorofyl en mogelijk ook voor de fotosynthese. Een tekort aan mangaan heeft remming van de koolhydraatsynthese tot gevolg
- Bij de mens komt mangaan voornamelijk in het lichaam via voedingsmiddelen. Mangaanrijke voedingsmiddelen zijn o.a. volle granen, noten, rozijnen, aardappelen en vlees.
- In bedrijven waar mangaan verwerkt wordt, kunnen door voortdurende inademing van mangaanstof of van mangaanverbindingen lever-, nier- en stofwisselingsziekten ontstaan, in ernstige gevallen zelfde beschadiging van het zenuwstelsel.

Toepassingsmogelijkheden
Zuiver mangaan vindt in de praktijk vrijwel geen toepassing, gezien het feit dat de bij kamertemperatuur stabiele vorm te bros is. Van groot technisch belang zijn echter de mangaanlegeringen en sommige verbindingen (o.a. mangaandioxide).
Mangaanverbindingen zijn ook van belang in de landbouw (bij mangaangebrek)
- Heuslerlegeringen: ferromagnetische legeringen, opgebouwd uit componenten die zelf niet magnetisch zijn (Cu 50-72%); Mn 18-26%; Al 10-25%
- Mangaan-koperlegeringen met 80% Mn en 20% Cu. Ze vertonen een zeer hoog dempingsvermogen voor mechanische trillingen en kunnen worden toegepast voor geruisvrije tandwieloverbrengingen

Mangaanhydroxide: komt in de natuur voor als het mineraal pyrochroïet. Bij toevoeging van loog aan een waterige oplossing van mangaanzout vormt zich een wit neerslag van mangaanhydroxide; aan de lucht kleurt dit neerslag bruin door oxidatie.

Mangaangebrek in de landbouw
De symptomen treden op in koele lentes of bij bietenteelt na een gescheurde weide gevolgd door een intensieve bekalking. In het voorjaar verschijnen kleine, bleke, min of meer verzonken vlekjes op de bladeren (zie afbeelding). Deze verbleking kan zich tot het hele gebied tussen de nerven uitbreiden. Vervolgens ontstaan bruine, necrotische vlekjes die na verloop van tijd de aangetaste bladeren volledig kunnen bedekken.
In de ergste gevallen wordt de groei van de plant geremd, zijn de bladstelen langgerekt en opgericht en de bladranden naar binnen geplooid en gerold.
De hoeveelheden mangaan die nodig zijn voor een goede groei van de bieten zijn miniem. Toch komt mangaangebrek nog vrij regelmatig voor, wanneer in gronden met een hoge pH of met een hoog gehalte aan organisch materiaal dit element onoplosbaar en dus onopneembaar voor de biet is geworden.
Het gebrek kan in de hand gewerkt worden door een slechte opname in droge of koude omstandigheden. De ervaring heeft geleerd dat, wanneer de symptomen van mangaangebrek na enkele weken niet verdwijnen, een bespuiting met mangaansulfaat zeer efficiënt is. Een tweede bespuiting na enkele weken is soms nodig.