CALM/arwiki huggingface dataset:
إنّ أصل تسمية هذا العنصر معقّد، فللاسم «منغنيز» جذورٌ مرتبطةٌ بالكلمة الإغريقية «» (مغنيسيا)، وهو الجذر نفسه الذي سُمّي على أساسه عنصر المغنيسيوم. ففي العصور القديمة، جرى التمييز بين مَعدَنين أسوَدَين كانا يُجلبَان من المناطق التي سكنتها قبيلة اليونانية القديمة، وذلك إمّا في منطقة في اليونان القديمة تدعى مغنيسيا، والتي تقع حالياً في إقليم ثيساليا، أو إلى مدنٍ مندثرةٍ حملت نفس الاسم مثل مغنيسيا (على جبل سيبيلوس) أو مغنيسيا (على نهر مندريس) والواقعة حالياً في تركيا. لذلك حَمَل ذانِكَ المعدنان اسم «» ، وكان يُميَّز بينهما بوصف أحدهما بالذكر والآخر بالأنثى، فالنوع منهما قادرٌ على جذب الحديد، بالتالي، فهو وفق المفاهيم العلمية الحديثة خام المغنيتيت المغناطيسي؛ أمّا النوع فهو غير قادر على جذب الحديد، وكان يستخدم من أجل إزالة تلوّن الزجاج؛ بالتالي، فهو وفق المفاهيم العلمية الحديثة خام البيرولوسيت ، المتكوّن كيميائياً من ثنائي أكسيد المنغنيز. أطلقَ صُنّاع الزجاج على ثنائي أكسيد المنغنيز في القرن السادس عشر اسم «منغنيزوم» ، وذلك ربّما من دمج كلمتَين اثنتَين، إذ كان ينبغي التمييز أيضاً بين الخامات القادمة من مغنيسيا، وذلك بين خامة «» السوداء، وبين خامة «» البيضاء، التي كانت مفيدةً أيضاً في صناعة الزجاج. بالتالي اندمج حرف «ن» من كلمة «» فأصبح هناك حرفا نون في الاسم؛ وعلى هذا النسق أطلق العالم ميكيلي ميركاتي على خامة «» اسم«» ؛ وفي نهاية المطاف، أصبح الفلزَ المُستخرَج من خامة «» السوداء يُعرَف باسم «»؛ في حين أنّ الفلزّ المُستخرَج من خامة «» البيضاء (أكسيد المغنيسيوم) يُعرَف باسم «».
ينتشر ثنائي أكسيد المنغنيز في الطبيعة بشكلٍ كبير، ولذلك استُخدَم منذ العصر الحجري على شكل خضاب أسود. وقد عُثرَ على رسومات تعود إلى ذلك العصر في كهوفٍ عدّة في جنوبي غربي أوروبا، مثل الرسومات في كهف إكاين في إسبانيا؛ وكذلك الرسومات في كهف لاسكو ، وفي كهف غارغاس في فرنسا، والتي قُدّرَ أنّها تعود إلى 30-24 ألف سنة خلت. استخدم المصريون القدماء ومن بعدهم الرومان مركّبات المنغنيز، إمّا لإضافة الألوان إلى الزجاج أو لإزالتها منه؛ وقد امتدّ هذا الاستخدام خلال العصور الوسطى على شكل «» ، كما يتّضح من الزجاج العائد إلى القرن الرابع عشر من البندقية.
في القرن الثامن عشر أجريت تجارب عدّة على مركّبات المنغنيز، وخاصّةً على مركّب ثنائي أكسيد المنغنيز نظراً لاستخدامه في صناعة الزجاج، إذ كان متاحاً ومتوفّراً بسهولة. فاكتشف الباحثان إغناطيوس غوتفريد كايم ويوهان رودولف غلاوبر أنّه يمكن تحويل ثنائي أكسيد المنغنيز إلى بيرمنغنات، وهو كاشف كيميائي مهمٌّ ومفيدٌ في المختبرات. وكان كارل فلهلم شيله قد استخدم ثنائي أكسيد المنغنيز على شكل البيرولوسيت في إنتاج غاز الكلور؛ وذلك عن طريق معالجة الأكسيد بحمض الهيدروكلوريك؛ والذي كان يُستحصَل أوّلاً من تفاعل حمض الكبريتيك الممدّد (زيت الزاج) مع كلوريد الصوديوم (ملح الطعام)، ثمّ لاحقاً من عملية لوبلان ؛ أمّا الأكسيد فكان يعاد تدويره وفق عملية ولدون . مَثَّلَ إنتاج الكلور ومساحيق الهيبوكلوريت المبيضة مجالاً واسعاً لاستخدام خامات المنغنيز تجارياً. كانت الشكوك تحوم على احتواء معدن البيرولوسيت على عنصرٍ جديدٍ لم يكن مكتشفاً حينئذ، وذلك ما كان شيله وآخرون مدركين له؛ ولكنّ عزْلَ هذا العنصر لأوّل مرّة كان على يد يوهان غوتليب غان ، والذي تمكّن من ذلك عندما عالج أكسيد المنغنيز بالفحم (الكربون)، ممّا أدّى إلى اختزاله والحصول على عيّنة غير نقيّة من الفلزّ.
استُخدمَت خامات الحديد ذات المحتوى المرتفع من المنغنيز المُستَجلبة من اليونان منذ بدايات صناعة الفولاذ، وقد وجد أنّ ذلك يزيد من صلادته؛ وفي بداية القرن التاسع عشر أصبح استخدام المنغنيز في هذا المجال، مثل دخوله في عملية بسمر ، من أساسيّات تلك الصناعة، ومُنحَت العديد من براءات الاختراع في هذا الصدد؛ مثلما فعل روبرت هادفيلد عند تطويره لسبيكة فولاذ المنغنيز. بدأت الأبحاث تُنشَر حول دور المنغنيز في الصناعة؛ كما ساهم اختراع خلية لوكلانشيه الكهربائية والتطوّر المستمرّ اللاحق للبطّاريات الحاوية على ثنائي أكسيد المنغنيز في ازدياد الطلب العالمي عليه. يؤدّي التعرّض المزمن والمستمرّ إلى غبار المنغنيز أو أبخرته إلى حدوث اضطراب عصبي؛ وقد ظهرت هذه الحالة تاريخياً مع بداية تعدين واستخراج المنغنيز الخام من المناجم ومع إنتاج سبائكه؛ إذ بدأت تظهر حالات توعّك للعمّال إبّان التعرّض لهذا الفلزّ. تعُرَف هذه الحالة باسم التسممّ بالمنغنيز، وكان الأكاديمي أوّل من وصف هذا الاضطراب سنة 1837.
لا يوجد المنغنيز بشكله العنصري الحرّ في الطبيعة، ولكنه يدخل في تركيب العديد من المعادن. تبلغ نسبة المنغنيز في القشرة الأرضية مقدار 950 جزء في المليون ، أي ما يعادل حوالي 0.1%؛ وذلك بشكلٍ مقاربٍ لوفرة عُنصرَي الفوسفور والفلور. بعد الحديد والتيتانيوم يعدّ المنغنيز ثالث الفلزّات الانتقالية من حيث الوفرة؛ كما يعدّ العنصر الثاني عشر وفقاً لترتيب العناصر في القشرة الأرضية. تحتوي التربة على نسبة متفاوتة من المنغنيز تتراوح بين 7–9000 جزء في المليون، وذلك بنسبة وسطية تبلغ 440 جزء في المليون. تحوي مياه البحار على نسبةٍ ضئيلةٍ من المنغنيز، وهي تبلغ مقدار حوالي 10 أجزاء في المليون؛ في حين أنّ الغلاف الجوّي للأرض يحوي على تركيز من المنغنيز مقداره 0.01 ميكروغرام/م3.
توجد هناك معادن مختلفة للمنغنيز، منها المنغنيت والهاوسمانيت والرودونيت والبيرولوسيت والبراونيت ؛ بالإضافة إلى معادن أخرى أقلّ انتشاراً مثل سيلوميلان ورودوكروسيت. يعدّ خام البيرولوسيت، والمتكوّن كيميائياً من ثنائي أكسيد المنغنيز MnO2، من أهمّ خامات المنغنيز اقتصادياً؛ كما يمكن أن يوجد على شكل عنصرٍ مرافقٍ للحديد في خاماته، مثل السفاليريت. تتركّز حوالي 80% من خامات المنغنيز في جنوب أفريقيا؛ وخاصّةً في صحراء كالاهاري في مقاطعة كيب الشمالية، والتي تُقدَّر الاحتياطات فيها بمقدار 15 بليون طنّ. استُخرجَ من جنوب أفريقيا في سنة 2011 مقدار 3.4 مليون طنّ من هذا الفلزّ؛ ولكن توجد توضّعات رسوبية مهمّة في بلدان أخرى، مثل أوكرانيا وأستراليا والهند والصين والغابون وغانا والبرازيل وكازاخستان وماليزيا.
في الغلاف الصخري.
يوجد المنغنيز في التربة في ثلاث حالات أكسدة؛ وهي المنغنيز ثنائي التكافؤ على شكل أيون منحلّ 2+Mn؛ وكذلك على شكل منغنيز ثلاثيّ ورباعيّ التكافؤ على هيئة أكاسيد وهيدروكسيدات صلبة صعبة الانحلال مثل MnOOH وMnO2. تؤثّر قيمة pH التربة وحالة التهوية على طبيعة النوع الكيميائي للمنغنيز في حالات الأكسدة المذكورة؛ فعند قيمة pH أقلّ من 6 وعند ظروف لاهوائية، فإنّ المنغنيز الثنائي يكون مسيطراً؛ أمّا عند ظروف هوائية أكثر قاعدية فإنّ أكاسيد وهيدروكسيدات المنغنيز الثلاثي والرباعي تكون سائدة. بشكلٍ غير مباشر يمكن للنشاط الميكروبي في الوسط أن يؤثّر على حموضة أو على حالة تهوية التربة، وبالتالي على نوع المنغنيز السائد في الوسط.
توجد أكاسيد المنغنيز الثلاثي والرباعي على هيئة لَطخات بنّية إلى سوداء، وكذلك على شكل عُقَيدَات صغيرة على جسيمات الرمل والغِرْيَن والغُضَار. يكون لهذه التغطيات السطحية على الجسيمات الأخرى مساحة سطح مرتفعة، وتكون حاملةً للشحنة الكهربائية السالبة. تستطيع تلك المواقع المشحونة أن تمتزّ وتبقي العديد من الكاتيونات (الأيونات موجبة الشحنة) قريبةً من السطح، وخاصّةً كاتيونات الفلزّات مثل الكروم أو النحاس أو الزنك أو الرصاص؛ كما يمكن لها أن تقوم بامتزاز أحماض عضوية ومركّبات أخرى. تساعد هذه الظروف على حدوث تفاعلات أكسدة واختزال، مثل اختزال أكاسيد المنغنيز الثلاثي والرباعي إلى المنغنيز الثنائي، وأكسدة الكروم الثلاثي إلى رباعي، والهيدروكينون عديم اللون إلى بوليميرات الكينون ذات اللون البنّي المحمرّ.
ترتفع نسبة وفرة العديد من العناصر في المحيطات بالقرب من المنافس المائية الحرارية؛ والتي يكون المنغنيز بالقرب منها غالباً على شكلٍ منحلّ ؛ أو على شكل جُسيمات معلّقة ، والتي يتطوّر تشكلّها في أعمدة الغازات الطافية فوق مصدر المنفس المائي الحراري النشط. يرتفع عادةً تركيز المنغنيز المنحلّ بالقرب من السطح وبالقرب من المناطق الساحلية، وذلك يعود إلى وجود موارد خارجية إضافية من مياه الأنهار التي تصبّ في البحار والمحيطات، وكذلك من جسيمات الغبار المحمولة بالرياح، ومن رسوبيات الرفّ القاري، وكذلك من الأنشطة البشرية مثل تعدين المنغنيز وصناعة الفولاذ على اليابسة. بالمقابل، يمكن أن يرتفع تركيز المنغنيز المنحلّ طبيعياً من النشاط الحيوي عبر التركيب الضوئي؛ وكذلك من تفاعلات الأكسدة والاختزال المُحَفَّزة بالأشعّة فوق البنفسجية، والتي تساعد على التدوير الداخلي من خلال تسريع عملية تذاوب أكاسيد المنغنيز و ، ممّا يمنع من هبوط المنغنيز إلى أعماق أكبر.
هناك كمّيّات وفيرة من المنغنيز في قيعان البحار والمحيطات، وذلك على هيئة عُقَيدات كرويّة من المنغنيز ؛ ووفقاً لإحدى التقديرات يوجد منها هناك حوالي 500 بليون طنّ في كافّة أرجاء العالم. وهي كتل متحجّرة مسامية مؤلّفة من أكاسيد عدّة فلزات؛ وتحوي وسطياً على حوالي 30% من المنغنيز؛ وظهرت دراسات مختلفة من أجل تقييم احتمالية استخراج المنغنيز منها، وخاصّةً في سبعينيات القرن العشرين بعد الإعلان عن مشروع أزوريان من الولايات المتّحدة؛ ليتبيّن فيما بعد أنّ هدف المشروع كان عملية استخباراتية عسكرية لانتشال غواصة K-129 السوفيتية. بالنهاية؛ وُجِدَ أنّ فكرة استخراج المنغنيز من العُقَيدات المنتشرة في باطن البحار والمحيطات غير مجدية اقتصادياً؛ وعلاوةً على ذلك، فإنّها تعود بأضرار بيئية جسيمة على الحياة البحريّة.
تحوي خامات المنغنيز على محتوى يتراوح وسطياً بين 38% إلى 55% من هذا الفلزّ؛ وغالباً ما تُستخرَج الخامات إمّا وفق أسلوب التعدين السطحي أو وفق طريقة الحُجُرَات والأعمدة. اعتماداً على التطبيق المستقبلي فإنّه عادةً ما يُميَّز بين صِنفَين من خامات المنغنيز؛ فالأوّل هو صنف ، والحاوي على 44% من المنغنيز على الأقلّ في تركيبه، بالإضافة إلى نسبٍ ضئيلةٍ فقط من فلزّات أخرى، مثل النحاس والنيكل والكوبالت، ممّا يُمَكّن من استخدامه في صناعة البطّاريات القلوية؛ أمّا الآخر فهو صنف ، والمُستخدَم من أجل إنتاج المنغنيز النقيّ ومركّبات المنغنيز الكيميائية المختلفة. من أجل الحصول على سبيكة الفرّومنغنيز الحديدية، تُمزَج خامة المنغنيز مع خامة الحديد والكربون في فرنٍ لافحٍ أو فرن القوس الكهربائي، حيث يحدث تفاعل اختزال؛ ويتراوح محتوى المنغنيز في هذه السبيكة من 30 إلى 80%. كما يمكن الحصول على سبيكة عند إضافة الكوارتز مصدراً للسيليكون إلى الخامة.
لا يمكن الحصول على فلزّ المنغنيز اللازم من أجل إنتاج السبائك الخالية من الحديد من الاختزال المباشر بالكربون، لأنّ هذا الفلزّ يُشكّل كربيدات مستقرّة مثل مركّب Mn7C3؛ ويتطلّب الأمر رفع درجة الحرارة إلى حوالي 1600 °س، وذلك غير مجدٍ اقتصادياً. لذلك يُعمَد إلى اتّباع وسائل علم الفلزّات المائي من أجل استحصال فلزّ المنغنيز، وذلك عبر عملية تصويل خام المنغنيز بحمض الكبريتيك. تُجرَى عملية التصويل تدريجياً باختزال خامة المنغنيز المُكوَّم مباشرةً، وذلك من خلال تخليل الغاز الطبيعي المشتعل أسفل الكومة، ممّا يؤمّن مصدراً حرارياً، والذي ينبغي أن تكون درجة حرارته على الأقلّ 850 °س، كما يؤمّن وجود عامل مختزل من أحادي أكسيد الكربون؛ ممّا يساعد على اختزال خامة المنغنيز إلى أكسيد المنغنيز الثنائي بشكلٍ أوّليّ ومنه إلى المنغنيز النقي لاحقاً. كما يساعد طحن الخامة بشكلٍ ناعمٍ إلى جسيمات يتراوح أحجامها بين 150-250 ميكرومتر على زيادة مساحة السطح، ممّا يرفع من كفاءة التصويل. ثمّ يُعالَج المسحوق مع حمض الكبريتيك وبوجود أملاح الحديد الثنائي بنسبة 1.6:1؛ فيتفاعل الحديد مع أكسيد المنغنيز الثنائي ليُستحصَل على المنغنيز الفلزّي بالإضافة إلى أكسيد هيدروكسيد الحديد الثلاثي؛ وتعطي هذه العملية مردوداً بنسبة 92% من المنغنيز. بعد ذلك تُطبَّق عملية استخلاص كهربائي من أجل عمليات التنقية اللاحقة، ويُستخدَم لذلك الغرض محلولٌ نقيٌّ من كبريتات المنغنيز الثنائي، والذي يخضع إلى تحليل كهربائي في خلية أقطابها من الفولاذ عند فرق جهد يقع بين 5-7 فولت. يُجمَع المنغنيز النقيّ من على المِهبَط، في حين يتشكّل الأكسجين على المِصعَد.
للمنغنيز ستّة وعشرون نظيراً تتراوح أعدادها الكتلية بين 44 و 69 وحدة متل ذرّية؛ من بينها نظيرٌ مستقرٌّ طبيعيّ وحيد، وهو النظير منغنيز-55 55Mn؛ مع وجود نظيرٍ مشعٍّ شبه مستقرّ وهو منغنيز-53 53Mn بعمر نصف مقداره 3.7 مليون سنة. أمّا النظائر المشعّة المتبقيّة فأكثرها استقراراً هو منغنيز-54 54Mn بعمر نصف 312.3 يوم؛ والنظير منغنيز-52 52Mn بعمر نصف 5.591 يوم. لباقي نظائر المنغنيز المشعّة أعمار نصف أقلّ من ثلاث ساعات، وأغلبها دون الدقيقة الواحدة. أمّا أقلّ نظائر المنغنيز المشعّة عمراً هو النظير منغنيز-44 بعمر نصف أقلّ من 105 نانو ثانية. هنالك ثلاث مُصاوغات نووية للمنغنيز. إنّ نمط الاضمحلال لنظائر المنغنيز المشعّة التي لها عدد كتلة أقلّ من النظير المستقرّ 55Mn هو على شكل التقاط إلكترون؛ في حين يكون للنظائر الأعلى على شكل اضمحلال بيتّا.
ينتمي المنغنيز إلى مجموعة العناصر الكيميائية التي يُظنّ أنّها خضعت إلى عمليات تخليق داخل النجوم الكبرى في فترة زمنية وجيزة قبل انفجار المستعرات العظمى في الكون. رغم أنّ النظير منغنيز-53 53Mn شبه مستقرّ، ولكنّه يضمحلّ بعد 3.7 مليون سنة إلى نظير الكروم-53 53Cr، ولذلك فإنّ وفرته في الكون قليلة نسبياً، وهو ينشأ من أثر الأشعّة الكونية على الحديد.
يساهم تحديد نسبة وفرة نظائر المنغنيز إلى نظائر الكروم في الأحجار النيزكية عبر أساليب جيوكيمياء النظائر والتأريخ الإشعاعي من أجل تقدير عمر الكون.
يوجد المنغنيز في الحالة النقيّة على هيئة فلزٍّ ذي لون رمادي فضّي؛ وهو صلد لكنّه هشّ جدّاً وقابل للتقصّف؛ لكنّه يفقد بريقه ولمعانه عند التعرّض لأكسجين الهواء وفي الظروف مرتفعة الرطوبة، إذ يتأكسد بسهولة. ينصهر المنغنيز عند الدرجة 1246 °س؛ ويغلي عند الدرجة 2100 °س.
على العكس من أغلب باقي الفلزّات الأخرى لا يتبلور المنغنيز عند درجة حرارة الغرفة وفق تعبئة متراصّة أو وفق نظام بلّوري مكعّب مركزي الجسم، إنّما في بنية بلّورية مكعّبة غير نمطية. على العموم، توجد هناك أربعة أشكال مختلفة مستقرّة يتبلور عليها المنغنيز عند درجات حرارة متفاوتة. فعند درجة حرارة الغرفة يكون المنغنيز وفق البنية α (ألفا). تكون بنية المنغنيز من الشكل ألفا مستقرّة من الناحية الديناميكية الحرارية (الثرموديناميكية) حتّى درجات حرارة تصل إلى 727 °س؛ وهي بنية مكعّبة مشوّهة يصل فيها عدد الذرّات داخل وحدة الخلية إلى 58 ذرّة؛ وهي تكون مُجَمّعة على هيئة أربع زُمَر متفاوتة المحيط، وذات عدد تناسقي يقع بين 12-16. عند درجات حرارة تقع في المجال بين 727  °س إلى 1095 °س فإنّ البنية البلورية للمنغنيز تتبع النمط β (بيتّا)، وهي بنية مكعّبة مشوّهة أيضاً، وهي ذات عشرون وحدة صيغة لكلّ وحدة خلية، ويقع العدد التناسقي لها بين 12-14. تبدأ البنية البلّورية للمنغنيز بأخذ شكل التعبئة المتراصّة عند درجات حرارة تفوق 1095  °س، وهو النمط γ (غامّا)، وهو نمط بلّوري مكعّب مركزي الوجوه، وهو نمط تبلْور النحاس. أمّا عند درجات حرارة تفوق 1133 °س تتغيّر البنية إلى نظام بلّوري مكعّب مركزي الجسم، والذي يرمز له بالرمز δ (دلتا)، وهو نمط تبلْور التنغستن.
يتميّز المنغنيز على العموم بأنّه ذو مغناطيسية مسايرة؛ ويكون على ذلك في النمط ألفا؛ ولكنه يصبح عند درجة حرارة نييل ، والتي تبلغ 100 كلفن بالنسبة للمنغنيز، ذات خواص مغناطيسية حديدية مضادّة؛ وتلك ظاهرة لا يبديها الشكل بيتّا.
ينتمي المنغنيز كيميائياً إلى مجموعة الفلزّات الانتقالية في الجدول الدوري؛ وهو لا ينتمي إلى الفلزّات النبيلة، بالتالي فهو فلزٌّ وضيع. فعلى سبيل المثال يتفاعل المنغنيز مع الأكسجين ببطء وتتشكّل طبقة من الأكسيد على سطحه، في حين أنّ مسحوق المنغنيز الناعم يكون تلقائي الاشتعال في وسطٍ من الأكسجين، ويتحوّل بسرعة إلى أكسيد المنغنيز الثنائي والثلاثي Mn3O4. يتفاعل المنغنيز أيضاً مع العديد من اللا فلزّات مثل الفلور والكلور والبور والفوسفور والكربون والسيليكون والزرنيخ والكبريت؛ وتكون تلك التفاعلات الكيميائية بطيئة عند درجة حرارة الغرفة، ويرتفع معدّل التفاعل عند زيادة درجة الحرارة. يتفاعل المنغنيز مع النتروجين عند درجات حرارة تتجاوز 1200 °س إلى Mn3N2؛ في حين لا يتفاعل مع الهيدروجين.
كما هو الحال مع باقي الفلزّات غير النبيلة فإنّ المنغنيز ينحلّ في الأحماض الممدّدة مع انطلاق غاز الهيدروجين نتيجةً لذلك؛ ولكن على العكس من الكروم فإنّه لا تتشكّل طبقة مُخَمّلة من الأكسيد على السطح. من جهةٍ أخرى، فعند حلّ المنغنيز في حمض الكبريتيك المركّز تتشكّل كبريتات المنغنيز وينطلق غاز ثنائي أكسيد الكبريت. هناك عددٌ معتبرٌ من مركّبات المنغنيز اللاعضوية، بالإضافة إلى وجود معقّدات تناسقية من مركّبات المنغنيز العضوية.
مثل باقي الفلزّات الانتقالية يمكن للمنغنيز أن يوجد في حالات أكسدة مختلفة في مركّباته الكيميائية؛ أكثرها شيوعاً هي +2 و +3 و +4 و +6 و +7. تتغيّر ألوان محاليل المنغنيز المائية باختلاف حالات الأكسدة؛ فلون محاليل المنغنيز الثنائي ذات لون وردي، ومحاليل المنغنيز الثلاثي ذات لون أحمر، ومحاليل المنغنيز الرباعي ذات لون بنّي، ومحاليل المنغنيز الخماسي ذات لون أزرق، ومحاليل المنغنيز السداسي ذات لون أخضر، ومحاليل المنغنيز السباعي ذات لون بنفسجي. في حالات الأكسدة المرتفعة، خاصّةً في حالة الأكسدة +7، يكون المنغنيز من المؤكسدات القوية.
في المحاليل المائية تكون أيونات المنغنيز الثنائي 2+Mn مُمَيّهة على الشكل 2+[Mn(H2O)6]، وهي ذات استقرارية كبيرة وثباتية تجاه تفاعلات الأكسدة والاختزال، ويعود السبب في ذلك إلى كون المدار الذرّي نصف ممتلئ، وذلك يمنح الأيون استقراراً طاقياً مُفَضّلاً. يعدّ المنغنيز الثنائي من أكثر حالات الأكسدة لهذا العنصر استقراراً؛ وتكون محاليله المائية فيها ذات لون وردي أو زهري فاتح، ويُعرَف العديد من المركّبات الكيميائية له في حالة الأكسدة تلك، مثل كبريتات المنغنيز الثنائي MnSO4 وكربونات المنغنيز الثنائي MnCO3. من المركّبات الأخرى للمنغنيز الثنائي كلّ من أكسيد المنغنيز الثنائي MnO وأسيتات المنغنيز الثنائي Mn(CH3COO)2؛ وكذلك مركّب كلوريد المنغنيز الثنائي MnCl2، والذي يدخل في العديد من التطبيقات الصناعية؛ وكذلك هيدروكسيد المنغنيز الثنائي Mn(OH)2، وهو مركّب غير مستقرّ، ويتأكسد بسهولة بأكسجين الهواء إلى ، ولذلك يُستخدَم في تجربة فينكلر لتحديد محتوى الأكسجين في العيّنات.
عادةً ما يكون للمنغنيز الثنائي في مركّباته عددُ كمٍّ مغزليٍّ مرتفع مقداره S = 5/2، رغم وجود بعض الحالات التي تكون فيها قيمته منخفضة على الشكل S =1/2 في بعض المركّبات. لا يمكن حدوث انتقالات إلكترونية داخلية بين المدارات الفرعية d–d، لأنها غير ممكنة كمومياً، وذلك يفسّر اللون الزهري الشاحب لأغلب مركّبات المنغنيز الثنائي. يوجد العديد من المعقّدات التناسقية للمنغنيز الثنائي، وهي معقّدات ذات عدد مغزلي مرتفع، وتحوي على خمسة إلكترونات غير متزاوجة، بالتالي فهي ذات عزم مغناطيسي مرتفع. ومن الصعب التنبّؤ وفق نظرية المجال البلّوري بالبنية الجزيئية؛ بالتالي فإنّه حسب نوع الربيطة يمكن أن يكون لهذه المعقّدات بنية جزيئية رباعية السطوح أو ثمانية السطوح أو مستوية مربّعة أو على هيئة اثنا عشريّ السطوح. من المعقّدات العضوية المعروفة للمنغنيز في حالة الأكسدة +2 مركّب منغانوسين، وهو من معقّدات الميتالوسين، ويكون عدد الإلكترونات الكلّي فيه 17 إلكتروناً، وهو بذلك أقلّ بإلكترون واحد مقارنةًً بمعقّد الفيرّوسين، وهو بذلك لا يحقّق قاعدة 18 إلكترون. ولكنّه بالرغم من ذلك، وبسبب التوزيع الإلكتروني d5 المميّز مرتفع عدد الكمّ المغزلي المغناطيسي، فإنّه من الصعب اختزاله إلى المنغنيز الأحادي +Mn ويوجد في الحالة الصلبة على هيئة بنية مُبلمَرة.
تتميّز محاليل المنغنيز الثلاثي المائية بلونها الأحمر، كما أنّه من السهل على مركّبات المنغنيز الثلاثي أن تخضع إلى تفاعل عدم تناسب في المحاليل لتتحوّل إلى مركّبات المنغنيز الثنائي والرباعي الموافقة. تميل معقّدات المنغنيز الثلاثي أن تتبنّى بنية جزيئية ثمانية السطوح مشوّهة بسبب تأثير يان-تيلر. من المركّبات المعروفة للمنغنيز الثلاثي كلّ من أكسيد المنغنيز الثلاثي Mn2O3 وأسيتات المنغنيز الثلاثي Mn(CH3COO)3. كما يُعرَف له مركَبا الهاليد: فلوريد المنغنيز الثلاثي MnF3 وكلوريد المنغنيز الثلاثي MnCl3؛ في حين أنّ البروميد واليوديد غير موجودة، لأن أيونات البروميد −Br واليوديد −I قادرةٌ على اختزال المنغنيز الثلاثي إلى ثنائي.
أشهر مركّبات المنغنيز في حالة الأكسدة الرباعية هو أكسيد المنغنيز الرباعي MnO2، والذي يعرف أيضاً باسم ثنائي أكسيد المنغنيز. وهو من المؤكسدات القويّة، ويُستخدَم في صناعة البطّاريات القلوية. يعطي تفاعل أكسيد المنغنيز الرباعي مع حمض الهيدروكلوريك مركّب كلوريد المنغنيز الثنائي مع انطلاق غاز الكلور، وقد كان هذا التفاعل يُستخدَم سابقاً من أجل تحضير غاز الكلور:
يُعرَف من الهاليدات للمنغنيز الرباعي مركّب فلوريد المنغنيز الرباعي MnF4، وهو مؤكسد قوي، ويُحضّر من فلورة ثنائي فلوريد المنغنيز MnF2 بالفلور أو ثنائي فلوريد الكريبتون.
لا تعدّ حالة الأكسدة هذه من حالات الأكسدة الشائعة للمنغنيز، ومن الأمثلة على المركّبات المعروفة للمنغنيز فيها مركّب هيبومنغنات البوتاسيوم K3MnO4. يمكن الحصول على المنغنيز الخماسي من إذابة ثنائي أكسيد المنغنيز في مصهور نتريت الصوديوم.
أشهر مركّبات المنغنيز في حالة الأكسدة السداسية هو مركّب منغنات البوتاسيوم K2MnO4، والذي يُحضّر من إذابة ثنائي أكسيد المنغنيز في محلول قلوي من هيدروكسيد البوتاسيوم بوجود أكسجين الهواء.
لمركّبات المنغنيز السباعي لونٌ بنفسجي، وهي من المؤكسدات القويّة، ومن الأمثلة عليها مركّب أكسيد المنغنيز السباعي Mn2O7؛ بالإضافة إلى مركّبات البيرمنغنات المختلفة، مثل بيرمنغنات البوتاسيوم KMnO4 وبيرمنغنات الصوديوم NaMnO4 وبيرمنغنات الباريوم Ba(MnO4)2. يعدّ بيرمنغنات البوتاسيوم من الكواشف الكيميائية الشائعة في المختبرات.
يوجد المنغنيز في حالة الأكسدة 0 في المعقّدات التناسقية مثل عشاري كربونيل ثنائي المنغنيز Mn2(CO)10، وهو معقّد يحوي على رابطة أحادية بين ذرّتي منغنيز في بنيته؛ في حين تصادف حالة الأكسدة +1 النادرة للمنغنيز في بعض مركّبات المنغنيز العضوية، مثل مركّب خماسي كربونيل هيدريد المنغنيز HMn(CO)5 أو ميثيل حلقي بنتاديينيل ثلاثي كربونيل المنغنيز MnC5H4CH3(CO)3. في حالات نادرة أيضاً يوجد المنغنيز في حالة أكسدة سالبة بمقدار (-3) في معقّد Mn(NO)3CO.
يمكن الكشف عن أيونات المنغنيز الثنائي نوعياً من خلال تفاعل أكسدة لتشكيل مركّبات البيرمنغنات ذات اللون البنفسجي المميّز، ويُستحصَل على ذلك من التفاعل مع أكسيد الرصاص الرباعي أو بيركبريتات الأمونيوم (بوجود أيونات الفضّة للتحفيز) أو باستخدام محاليل هيبوبروميت القلوية:
من أجل الحصول على نتائج واضحة يُستحسَن إجراء فصل للكاتيونات الموجودة في العيّنة، وذلك بإضافة مزيجٍ قلويّ مؤكسد من بيروكسيد الهيدروجين في وسطٍ من هيدروكسيد الصوديوم أو البوتاسيوم، ممّا يؤدّي إلى أكسدة المنغنيز الثنائي والحصول على راسبٍ صلبٍ من أكسيد هيدروكسيد المنغنيز الرباعي:
في تفاعل كشفٍ آخر، تؤدّي إضافة مركّب فورمالدوكسيم إلى وسطٍ حاوٍ على أيونات المنغنيز الثنائي إلى تلوّن المحلول بلون برتقالي إلى بنّي محمرّ.
يمكن الكشف عن المنغنيز كمّيّاً باستخدام وسائل التحليل الآلي المختلفة، من خلالمطيافية الامتصاص الذرّي عند طول موجة مقداره 279.5 نانومتر على سبيل المثال؛ أو من خلال تجارب القياس الضوئي لتحديد تركيز البيرمنغنات، حيث تكون قيمة قمّة الامتصاص عند طول موجة مقداره 525 نانومتر. من جهةٍ أخرى، يمكن اتّباع الوسائل التحليلية التقليدية مثل طرائق المعايرة.
يُصنّف المنغنيز ضمن العناصر المغذّية الضرورية بالنسبة لعددٍ معتبرٍ من الكائنات الحيّة؛ فهو يدخل في تركيب العديد من الإنزيمات، وكذلك يساهم في تفاعلات الأكسدة والاختزال الحيوية، ويقوم في بعض الأحيان بدور حمض لويس؛ كما يعدّ وجوده ضرورياً في عملية التركيب الضوئي، بالإضافة إلى استخدامه من عددٍ من أنواع البكتريا من أجل عمليّات توليد الطاقة.
عند النباتات.
إن المنغنيز من العناصر المهمّة بالنسبة للنباتات، فهو يقوم بدورٍ أساسيٍّ في عملية التركيب الضوئي أثناء توليد الأكسجين في الصانعات اليخضورية (البلاستيدات). يُعدّ معقّد توليد الأكسجين جزءاً من النظام الضوئي الثاني الموجود في الأغشية الكيسيّة للصانعات اليخضورية، ويدخل في تركيب إنزيم فلزّي مسؤول عن الخطوة النهائية في توليد الأكسجين عبر تفاعل أكسدة الماء ضوئياً في عملية التركيب الضوئي. يحوي هذا المعقّد على نواةٍ عنقودية مكوّنة من أربع ذرّات من المنغنيز وذرّة من الكالسيوم، والمرتبطة ببعضها عبر جسور أكسجينية. أثناء التركيب الضوئي تحدث عمليات أكسدة واختزال على ذرّات المنغنيز، بحيث تتغيّر حالة الأكسدة بين المنغنيز الثلاثي والرباعي.
يعدّ وجود المنغنيز في الوسط الحيوي داخل جسم الإنسان ضرورياً، فهو يدخل على هيئة عامل مرافق في عددٍ من العمليات الحيوية المهمّة، والتي تتضمّن استقلاب المغذّيات الكبرى وتشكل العظام؛ وكذلك في عمليات المناعة الدفاعية ضد الجذور الكيميائية الحرّة. يحوي جسم الإنسان على حوالي 12 ميليغرام (مغ) من المنغنيز، ويتركّز وجوده في العظام، وكذلك في الكبد والكليتين؛ وكذلك في البنكرياس، كما يوجد أيضاً في الدماغ، وخاصّةً ضمن إنزيم مخلّقة الغلوتامين في الخلايا النجمية.
الإنزيمات.
تتضمّن عائلات الإنزيمات الحاوية على المنغنيز عاملاً مرافقاً كلّ من إنزيمات الأكسدة والاختزال مثل مختزلة الريبونوكليوتيد ، والإنزيمات الناقلة مثل ناقلة الغليكوزيل ، وإنزيمات الحلمهة ؛ بالإضافة إلى إنزيمات فصم الروابط الكيميائية مثل إنزيمات لياز ، وإنزيمات كيناز مثل ميفالونات كيناز ، والإنزيمات النازعة لمجموعة الكربوكسيل ؛ وكذلك الإنزيمات المصاوغة ، والإنزيمات المشكّلة للروابط الكيميائية مثل بيروفات كربوكسيلاز ؛ ومن الإنزيمات الأخرى الحاوية على المنغنيز كلّ من إنزيمات الأرجيناز وسوبر أكسيد ديسميوتاز والمُنْتَسِخات العكسية . هناك أيضاً عددٌ من البروتينات الحاوية على المنغنيز والداخلة في تركيب ذيفان الخناق والليكتين والإنتغرين.
على سبيل المثال، يوجد إنزيم الحاوي على المنغنيز داخل الميتوكندريون (المتقدّرة) والبيروكسيسوم (الجسيمات التأكسدية) ؛ وهو يعمل على تحفيز تفاعل فوق الأكسيد (سوبر أكسيد) إلى أكسجين وبيروكسيد الهيدروجين، وذلك عن طريق أكسدة واختزال المنغنيز بين حالتي الأكسدة +2 و +3:
في سنة 2001 حدّثت الأكاديمية الوطنية للطبّ في الولايات المتّحدة الأمريكية قيم الكمّيّات الغذائية المرجعية بالنسبة للعناصر المعدنية الغذائية. بالنسبة للمنغنيز لم تكن هناك معلومات وافية من أجل تحديد قيم معدّل الحاجة التقريبي والكمّيّات المُوصى بتناولها ، لذلك حُدِّدَ بدلاً منها قيم المدخول الكافي ؛ ولكن من أجل السلامة وضعت الأكاديمية الحدّ الأقصى للمدخول المقبول من المنغنيز بمقدار 11 مغ/اليوم. راجعت إدارة الغذاء والدواء الأمريكية النسبة المئوية للقيم اليومية الموضوعة على مُلصَقات المُكمّلات الغذائية، وغُيّرت القيمة المرجعية الموصى بها من 2.0 مغ إلى 2.3 مغ لتتوافق مع قيم الكمّيّات الغذائية المرجعية الموضوعة من الأكاديمية الوطنية للطبّ.
تعطي الهيئة الأوروبية لسلامة الأغذية بيانات مقاربة، ولكنّها أعلى قليلاً ممّا هو متّبع في الولايات المتّحدة. فللأشخاص الأكبر من 15 سنة وضعت الهيئة كمّيّة من 3.0 مغ/اليوم من المنغنيز مقداراً كافياً للمدخول اليومي؛ وهو ذاته بالنسبة للمرضعات والحوامل؛ أمّا الأطفال من عمر 1–14 سنة فالكمّيّة تزداد تدريجياً مع تقدّم العمر من 0.5 إلى 2.0 مغ/اليوم؛ ولكنّها لم تضع حدّاً أقصى مقبولاً لعدم توفّر بيانات كافية. تجدر الإشارة إلى أنّ حالة نادرة الحدوث.
يمكن أن يعود وجود المنغنيز بتراكيز مرتفعة بآثار سلبية على البيئة وعلى الصحّة. قد يأتي التعرّض المرتفع من المنغنيز عبر مصادر مختلفة، مثل مياه الشرب والإضافات إلى وقود السيارات ودخان التبغ.
للمنغنيز المحمول عبر الماء توافر حيوي أكبر من المنغنيز المنقول عبر الغذاء؛ لذلك قد يكون لتلوّث مياه الشرب بتراكيز مرتفعة من المنغنيز أثرٌ سلبي على الصحّة. فوفقاً لنتائج دراسة نُشِرَت سنة 2010 وُجِدَ أنّ التعرّض لمستويات مرتفعة من المنغنيز في مياه الشرب يترافق مع حدوث حالات إعاقة للنموّ الذهني وانخفاض لنسبة الذكاء عند الأطفال بعمر المدرسة. بالمقابل، وجدت دراسة أنّ جسم الإنسان قادرٌ على التعافي من الآثار الجانبية الضارّة الناجمة عن التعرّض المفرط للمنغنيز في حال إيقاف ذلك التعرّض، إذ أنّ الجسم قادرٌ على التخلّص من الفائض بآلياتٍ ذاتيّة داخلية.