Mangaani

Mangaani on alkuaine, jonka kemiallinen merkki on Mn (), järjestysluku 25 ja CAS-numero 7439-96-5. Mangaani kuuluu siirtymämetalleihin. Mangaani on ulkonäöltään rautaa muistuttava harmaanvalkoinen metalli. Se on hyvin haurasta ja hapettuu helposti. Ruotsalainen Johan Gottlieb Gahn onnistui vuonna 1774, tiettävästi ensimmäisenä, eristämään mangaanimetallia pyrolusiitista. Nimitys tulee latinan sanasta magnes, joka tarkoittaa magneettia. Mangaania sisältävä pyrolusiitti on hiukan magneettista.

Käyttö 

Sellaisenaan mangaani on niin haurasta, ettei sillä ole käyttöä, mutta siitä valmistetaan monia tärkeitä metalliseoksia.

Mangaania käytetään raudan ja teräksen valmistukseen sen rikkiä sitovien ja deoksidoivien ominaisuuksien vuoksi.  85–90 prosenttia mangaanin tuotannosta käytetään teräksen valmistukseen vahvistamaan sitä. Sitä käytetään myös alumiiniseoksissa. 13 prosenttia mangaania sisältävä teräs on äärimmäisen vahvaa, ja sitä käytetään esimerkiksi ratakiskoissa ja vankilankaltereissa. On myös arveltu, että spartalaisten voittamattomuus liittyisi heidän miekkojensa muita suurempaan mangaanipitoisuuteen. 

Tärkeimmät ja tunnetuimmat mangaania sisältävistä metalliseoksista ovat monet erikoisteräkset, joita käytetään vaadittaessa kulutuksen kestoa ja sitkeyttä, ja joihin kelpaa hiilipitoinenkin mangaani. Mangaania käytetään sitkeyttämään alumiini-magnesiumseoksia sekä seosmetallina lisäämässä korroosion kestävyyttä. Kupariin ja/tai nikkeliin lisättynä mangaani muodostaa seoksen, manganiinin, jolla on suuri sähkönvastus ja joka kestää hyvin korroosiota. Mangaanin, kuparin ja hopean seoksella kerrottiin korvattavan sotakäyttöön varattu nikkeli Yhdysvalloissa toisen maailmansodan aikana viiden sentin kolikoissa.  Mangaania sisältäviä metalliseoksia käytetään pumpuissa, hammaspyörissä ja monissa merenkulkuun liittyvissä laitteissa, mm. laivojen potkureissa.

Kemialliset ominaisuudet ja yhdisteet 

Mangaani on raskaista metalleista elektropositiivisin ja siltä puuttuvat vain hapetusluvut +I ja −I. sen elektronegatiivisuus on 1,5 ja ensimmäinen ionisoitumisenergia 716 kJ/mol.

Mangaani reagoi laimeidenkin happojen kanssa ja peittyy ilmassa oksidikerroksella sekä yhtyy typpeen 12 000 °C:ssa. Yhdessä rikkihapon kanssa permanganaatit ovat voimakkaita räjähteitä. 

Tunnetuin mangaaniyhdiste lienee kaliumpermanganaatti KMnO4, joka on tehokas hapetin ja antiseptinen aine. Sitä käytetään paljon hapetus-pelkistystitrauksiin. Mangaani muistuttaa esiintymistavoiltaan rautaa.

Tärkeimmät mangaanimineraalit ovat ruskokivi eli pyrolusiitti (MnO2), jota esiintyy usein rautamineraalien seassa, hausmanniitti (Mn3O4), brauniitti (Mn2+Mn3+6SiO12), manganiitti (MnO(OH)) ja mangaanisälpä eli rodokrosiitti (MnCO3).

Mangaani(IV)oksidia käytettiin paristoissa, sitä käytetään myös katalyyttina. Mangaania käytetään lasin puhdistukseen, poistamaan raudan aiheuttaman vihreää sävyä lasista. Korkeilla pitoisuuksilla saadaan aikaan violettia lasia. Mangaanioksidi on myös maaleissa käytettävä ruskea pigmentti. Sitä esiintyy luonnossa umbrassa. 

Mangaanipitoisia mineraaleja on käytetty väriaineena jo kivikaudella luolamaalauksissa, ja lasin värjäys mangaanilla tunnettiin jo muinaisessa Egyptissä.

Isotoopit 

Kaikki luonnon mangaani koostuu yhdestä pysyvästä isotoopista 55Mn. Alkuaineelle tunnetaan 25  radioisotooppia alkaen 46Mn ja jatkuen 70Mn saakka. Näistä pysyvin on 53Mn jonka puoliintumisaika on 3,7 miljoonaa vuotta. Sitä seuraavat 54Mn puoliintumisajalla 312,2 vuorokautta ja 52Mn puoliintumisajalla 5,591 päivää. Kaikkien muiden radioaktiivisten isotooppien puoliintumisajat ovat alle kolme minuuttia, useimmiten alle yhden minuutin. Isotoopeilla joiden massaluku on pienempi kuin pysyvällä 55Mn:llä, pääasiallinen hajoamistapa on elektronisieppaus kun taas raskaammilla se on beetahajoaminen.

Mangaani ja ihmisen terveys 
Mangaani on tärkeä osatekijä monissa aineenvaihduntaan osallistuvissa entsyymeissä sekä B1-vitamiinin muodostuksessa ja edistää mm. aivojen, hermojen ja lihasten yhteistoimintaa. Vaikka sitä tarvitaan hyvin pieniä määriä, ihminen ei tule toimeen ilman sitä. Sitä saa kuitenkin riittävästi ravinnosta, eli ravintolisänä sitä ei tarvita. Sen merkitystä aineenvaihdunnassa ei vielä täysin tunneta.

1980-luvun kirjassa Seleenistä C-vitamiiniin väitetään mangaanin puutteen aiheuttaneen glukoosin intoleranssia.

On esitetty arvioita, joiden perusteella mangaani olisi erityisesti juomavedessä neurotoksinen lapsille ja sikiöille.

Maailman mangaanivarat 
Maankuoressa mangaania on 950 g/t. Suurimmat mangaanivarat ovat seuraavilla mailla: Venäjä, Etelä-Afrikka, Gabon, Intia, Kiina, Australia ja Brasilia.

Vuonna 2007 mangaaniyhdisteitä tuotettiin 13,3 miljoonaa tonnia. Suurin mangaanin tuottaja oli Kiina, joka vastasi  46 %:sta mangaaniyhdisteiden tuotannosta. Mangaanimalmia louhittiin paljon entistä enemmän, mutta se oli mangaanipitoisuudeltaan aikaisempaa huonompaa. Siksi malmin tuotantomäärä kasvoi 12 % (38 miljoonaan tonniin) mutta mangaanin tuotanto vain 9 %. Suurimmat tuottajat olivat Kiina, Etelä-Afrikka ja Australia, jotka tuottavat kolmistaan jo 60 % maailman mangaanista. Niitä seuraavat  Gabon (13 %) ja Ukraina, Intia ja Brasilia (noin 5 % kukin).

Lähteet

Aiheesta muualla 

PubChem: Manganese 
Periodictable: Technical data for Manganese 
Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes (KEGG): Manganese 
Human Metabolome Database (HMDB): Manganese 
DrugBank: Manganese 
Toxin and Toxin Target Database (T3DB): Manganese 
Food Component Database (FooDB): Manganese 

Mindat: Manganese 
Webmineral: Mineral Species containing Manganese (Mn) 
Americanelements: Manganese Technical and Safety Data 
Dr. Duke's Phytochemical and Ethnobotanical Databases: Manganese 

Alkuaineet
Luonnonvarat
Metallit
Seulonnan keskeiset artikkelit