Mangan

Mangan, batu kawi, atau bekawi adalah sebuah unsur kimia dengan lambang Mn dan nomor atom 25. Ia adalah logam yang keras, rapuh, dan berwarna keperakan yang sering ditemukan dalam mineral yang dikombinasikan dengan besi. Mangan adalah sebuah logam transisi dengan beragam penggunaan paduan industri, khususnya baja nirkarat. Ia dapat meningkatkan kekuatan, kemampuan kerja, dan ketahanan aus. Mangan oksida digunakan sebagai zat pengoksidasi; sebagai aditif karet; serta dalam pembuatan kaca, pupuk, dan keramik. Mangan sulfat dapat digunakan sebagai fungisida.

Mangan juga merupakan unsur makanan manusia yang penting, penting dalam metabolisme makronutrien, pembentukan tulang, dan sistem pertahanan radikal bebas. Ia adalah komponen penting dalam lusinan protein dan enzim. Sebagian besar mangan ditemukan di tulang, tetapi juga di hati, ginjal, dan otak. Di otak manusia, mangan terikat pada metaloprotein mangan, terutama glutamin sintetase dalam astrosit.

Mangan pertama kali diisolasi pada tahun 1774. Ia dikenal di laboratorium dalam bentuk garam kalium permanganat berwarna lembayung tua. Ia terjadi di sisi aktif pada beberapa enzim. Salah satu hal yang menarik adalah penggunaan sebuah gugus Mn–O, kompleks yang mengembangkan oksigen, dalam produksi oksigen oleh tumbuhan.

Karakteristik

Sifat fisik
Mangan adalah sebuah logam berwarna abu-abu keperakan yang menyerupai besi. Logam ini keras dan sangat rapuh, sulit melebur, tetapi mudah teroksidasi. Logam mangan dan ionnya yang umum bersifat paramagnetik. Mangan akan ternoda perlahan di udara dan teroksidasi ("berkarat") seperti besi dalam air yang mengandung oksigen terlarut.

Isotop

Mangan alami terdiri dari satu isotop stabil, 55Mn. Beberapa radioisotop telah diisolasi dan dijelaskan, dengan berat atom mulai dari 46 u (46Mn) hingga 72 u (72Mn). Isotop yang paling stabil adalah 53Mn dengan waktu paruh 3,7 juta tahun, 54Mn dengan waktu paruh 312,2 hari, dan 52Mn dengan waktu paruh 5,591 hari. Semua isotop radioaktif yang tersisa memiliki waktu paruh kurang dari 3 jam, dan sebagian besar kurang dari 1 menit. Mode peluruhan utama dari isotop yang lebih ringan daripada isotop stabil yang paling melimpah, 55Mn, adalah penangkapan elektron dan mode utama dari isotop yang lebih berat adalah peluruhan beta. Mangan juga memiliki tiga keadaan meta.

Mangan adalah bagian dari unsur-unsur gugus besi, yang diperkirakan disintesis di bintang besar sesaat sebelum ledakan supernova. 53Mn meluruh menjadi 53Cr dengan waktu paruh 3,7 juta tahun. Karena waktu paruhnya yang relatif pendek, 53Mn relatif jarang, dihasilkan oleh tumbukan sinar kosmik pada besi. Kandungan isotop mangan biasanya digabungkan dengan kandungan isotop kromium dan telah memiliki aplikasi dalam geologi isotop dan penanggalan radiometrik. Rasio isotop Mn–Cr memperkuat bukti dari 26Al dan 107Pd untuk sejarah awal Tata Surya. Variasi dalam rasio 53Cr/52Cr dan Mn/Cr dari beberapa meteorit menunjukkan rasio awal 53Mn/55Mn, yang menunjukkan bahwa komposisi isotop Mn–Cr harus dihasilkan dari peluruhan in situ dari 53Mn dalam benda planet yang berbeda. Oleh karena itu, 53Mn memberikan bukti tambahan untuk proses nukleosintesis segera sebelum penggabungan Tata Surya.

Alotrop

Empat alotrop (bentuk struktural) mangan padat telah diketahui, diberi label α, β, γ dan δ, dan terjadi pada peningkatan suhu secara berturut-turut. Semuanya metalik, stabil pada tekanan standar, dan memiliki kisi kristal kubik, tetapi struktur atomnya sangat bervariasi.

Mangan alfa (Mn-α) adalah fase kesetimbangan pada suhu kamar. Ia memiliki kisi kubus berpusat-badan dan tidak biasa di antara logam elemental karena memiliki sel unit yang sangat kompleks, dengan 58 atom per sel (29 atom per sel unit sederhana) dalam empat jenis lokasi yang berbeda. Ia bersifat paramagnetik pada suhu kamar dan antiferomagnetik pada suhu di bawah .

Mangan beta (Mn-β) terbentuk ketika dipanaskan di atas suhu transisi (). Ia memiliki struktur kubus sederhana dengan 20 atom per sel unit di dua jenis lokasi, yang sama rumitnya dengan logam elemental lainnya. Ia mudah diperoleh sebagai fase metastabil pada suhu kamar melalui pendinginan cepat. Ia tidak menunjukkan pengarahan magnetik, akan tetap bersifat paramagnetik hingga suhu terendah yang diukur (1,1 K).

Mangan gama (Mn-γ) terbentuk ketika dipanaskan di atas suhu . Ia memiliki struktur kubus berpusat-muka sederhana (empat atom per sel unit). Ketika didinginkan ke suhu kamar, ia akan berubah menjadi Mn-β, tetapi ia dapat distabilkan pada suhu kamar dengan memadukannya dengan setidaknya 5 persen unsur lain (seperti C, Fe, Ni, Cu, Pd atau Au), dan paduan yang distabilkan larutan ini akan terdistorsi menjadi struktur tetragon berpusat-muka.

Mangan delta (Mn-δ) terbentuk ketika dipanaskan di atas suhu  dan stabil hingga titik lebur mangan sebesar . Ia memiliki struktur kubus berpusat-badan (dua atom per sel unit kubus).

Senyawa

Keadaan oksidasi umum mangan adalah +2, +3, +4, +6, dan +7, meskipun semua keadaan oksidasi dari −3 hingga +7 telah diamati. Mangan dalam keadaan oksidasi +7 diwakili oleh garam dari anion permanganat MnO4− yang berwarna sangat ungu. Kalium permanganat adalah sebuah reagen laboratorium yang umum digunakan karena sifat pengoksidasinya; ia digunakan sebagai obat topikal (misalnya, dalam pengobatan penyakit ikan). Larutan kalium permanganat adalah salah satu pewarna dan fiksatif pertama yang digunakan dalam persiapan sel dan jaringan biologis untuk mikroskop elektron.

Selain berbagai garam permanganat, Mn(VII) diwakili oleh turunan Mn2O7 yang tidak stabil dan bersifat volatil. Oksihalida (MnO3F dan MnO3Cl) adalah oksidator kuat. Contoh paling menonjol dari Mn dalam keadaan oksidasi +6 adalah anion manganat [MnO4]2- yang berwarna hijau. Garam mangan adalah zat antara dalam ekstraksi mangan dari bijihnya. Senyawa dengan keadaan oksidasi +5 agak sulit dipahami, salah satu contohnya adalah anion hipomanganat [MnO4]3- yang berwarna biru.

Senyawa dengan Mn dalam keadaan oksidasi +5 jarang dijumpai dan sering ditemui berasosiasi dengan ligan oksida (O2-) atau nitrida (N3-).

Mn(IV) agak membingungkan karena ia umum di alam tetapi jauh lebih jarang dalam kimia sintetis. Bijih Mn yang paling umum, pirolusit, adalah MnO2. Ia adalah pigmen cokelat tua dari banyak lukisan gua, tetapi juga merupakan bahan umum dalam baterai sel kering. Kompleks Mn(IV) telah dikenal, tetapi mereka membutuhkan ligan yang rumit. Kompleks Mn(IV)-OH merupakan zat antara dalam beberapa enzim, termasuk pusat evolusi oksigen (OEC) pada tumbuhan.

Turunan sederhana Mn+3 jarang ditemukan tetapi dapat distabilkan dengan ligan basa yang sesuai. Mangan(III) asetat adalah oksidan yang berguna dalam sintesis organik. Senyawa padat mangan(III) dicirikan oleh warna ungu-merah yang kuat dan preferensi untuk koordinasi oktahedron yang terdistorsi akibat efek Jahn–Teller.

Keadaan oksidasi yang sangat umum untuk mangan dalam larutan berair adalah +2, yang memiliki warna merah muda pucat. Banyak senyawa mangan(II) yang diketahui, seperti kompleks akuo yang diturunkan dari mangan(II) sulfat (MnSO4) dan mangan(II) klorida (MnCl2). Keadaan oksidasi ini juga terlihat pada mineral rodokrosit (mangan(II) karbonat). Mangan(II) umumnya eksis dengan spin tinggi, S = 5/2 keadaan dasar karena energi pasangan yang tinggi untuk mangan(II). Tidak ada transisi d–d yang diperbolehkan spin dalam mangan(II), yang menjelaskan warnanya yang redup.

Senyawa organomangan

Mangan membentuk berbagai macam turunan organologam, yaitu senyawa dengan ikatan Mn–C. Turunan organologam mencakup banyak contoh Mn dalam keadaan oksidasi yang lebih rendah, yaitu Mn(-III) hingga Mn(I). Bidang kimia organologam ini dinilai menarik karena Mn tidak mahal dan toksisitasnya relatif rendah.

Minat komersial terbesar adalah "MMT", metilsiklopentadienil mangan trikarbonil, yang digunakan sebagai sebuah senyawa antiketuk yang ditambahkan pada bensin di beberapa negara. Ia memiliki Mn(I). Konsisten dengan aspek kimia Mn(II) lainnya, manganosena () memiliki spin tinggi. Sebaliknya, logam tetangganya besi membentuk turunan spin rendah yang stabil di udara dalam bentuk ferosena (). Ketika dilakukan di bawah atmosfer karbon monoksida, reduksi garam Mn(II) akan menghasilkan dimangan dekakarbonil , sebuah padatan berwarna jingga dan volatil. Stabilitas udara dari senyawa Mn(0) ini (dan banyak turunannya) mencerminkan sifat akseptor elektron yang kuat dari karbon monoksida. Banyak kompleks alkena dan kompleks alkuna diturunkan dari .

Dalam Mn(CH3)2(dmpe)2, Mn(II) memiliki spin rendah, yang kontras dengan karakter spin tinggi dari prekursornya, MnBr2(dmpe)2 (dmpe =  (CH3)2PCH2CH2P(CH3)2). Turunan polialkil dan poliaril dari mangan sering berada pada keadaan oksidasi yang lebih tinggi, mencerminkan sifat pelepasan elektron dari ligan alkil dan aril. Salah satu contohnya adalah [Mn(CH3)6]2-.

Sejarah
Asal usul nama mangan memang kompleks. Pada zaman kuno, dua mineral hitam diidentifikasi dari wilayah Magnetes (antara Magnesia, yang terletak di Yunani modern, atau Magnesia ad Sipylum, yang terletak di Turki modern). Keduanya disebut magnes dari tempat asalnya, tetapi dianggap berbeda jenis kelamin. Magnes jantan dapat menarik besi, dan bijih besi sekarang dikenal sebagai batu magnet atau magnetit, dan yang mungkin memberi kita istilah magnet. Bijih magnes betina tidak menarik besi, tetapi digunakan untuk menghilangkan warna kaca. Magnes betina ini kemudian disebut magnesia, yang sekarang dikenal di zaman modern sebagai pirolusit atau mangan dioksida. Baik mineral maupun mangan elemental ini tidak bersifat magnetis. Pada abad ke-16, mangan dioksida disebut manganesum (perhatikan adanya dua N, bukan satu) oleh pembuat kaca, mungkin sebagai korupsi dan gabungan dari dua kata, karena ahli alkimia dan pembuat kaca akhirnya harus membedakan magnesia nigra (bijih hitam) dari magnesia alba (bijih putih, juga dari Magnesia, yang juga berguna dalam pembuatan kaca). Michele Mercati menyebut magnesia nigra sebagai manganesa, dan akhirnya logam yang diisolasi darinya dikenal sebagai manganese (bahasa Indonesia: Mangan). Nama magnesia akhirnya digunakan untuk merujuk hanya pada magnesia alba (magnesium oksida) putih, yang memberi nama magnesium untuk unsur bebasnya ketika diisolasi beberapa waktu kemudian.

Mangan dioksida yang melimpah di alam telah lama digunakan sebagai pigmen. Lukisan gua di Gargas yang berusia 30.000 hingga 24.000 tahun terbuat dari mineral berupa pigmen MnO2.

Senyawa mangan digunakan oleh pembuat kaca di Mesir dan Romawi, baik untuk menambah, atau menghilangkan, warna dari kaca. Penggunaannya sebagai "sabun pembuat kaca" berlanjut hingga Abad Pertengahan hingga zaman modern dan terbukti dalam kaca abad ke-14 dari Venesia.

Karena digunakan dalam pembuatan kaca, mangan dioksida tersedia untuk percobaan oleh beberapa ahli alkimia, kimiawan pertama. Ignatius G. Kaim (1770) dan Johann R. Glauber (abad ke-17) menemukan bahwa mangan dioksida dapat diubah menjadi permanganat, sebuah reagen laboratorium yang berguna. Pada pertengahan abad ke-18, kimiawan Swedia Carl W. Scheele menggunakan mangan dioksida untuk menghasilkan klorin. Pertama, asam klorida, atau campuran asam sulfat encer dan natrium klorida dibuat untuk bereaksi dengan mangan dioksida, dan kemudian asam klorida dari proses Leblanc digunakan, dan mangan dioksida didaur ulang melalui proses Weldon. Produksi zat pemutih klorin dan hipoklorit merupakan konsumen bijih mangan yang besar.

Scheele dan yang lainnya menyadari bahwa pirolusit (bentuk mineral mangan dioksida) mengandung sebuah unsur baru. Johan G. Gahn adalah orang pertama yang mengisolasi sampel logam mangan yang tidak murni pada tahun 1774, yang dilakukannya dengan mereduksi mangan dioksida dengan karbon.

Kandungan mangan dari beberapa bijih besi yang digunakan di Yunani menimbulkan spekulasi bahwa baja yang dihasilkan dari bijih tersebut mengandung mangan tambahan, membuat baja Sparta sangatlah keras. Sekitar awal abad ke-19, mangan digunakan dalam pembuatan baja dan beberapa paten diberikan. Pada tahun 1816, didokumentasikan bahwa paduan besi dengan mangan lebih keras tetapi tidak lebih rapuh. Pada tahun 1837, akademisi Inggris James Couper mencatat hubungan antara paparan berat mangan pada penambang dan bentuk penyakit Parkinson. Pada tahun 1912, paten Amerika Serikat diberikan untuk melindungi senjata api dari karat dan korosi dengan pelapisan konversi elektrokimia mangan fosfat, dan proses tersebut telah digunakan secara luas sejak saat itu.

Penemuan sel Leclanché pada tahun 1866 dan perbaikan baterai selanjutnya yang mengandung mangan dioksida sebagai depolarisator katodik meningkatkan permintaan mangan dioksida. Hingga pengembangan baterai dengan nikel–kadmium dan litium, sebagian besar baterai mengandung mangan. Baterai seng–karbon dan baterai alkalin biasanya menggunakan mangan dioksida yang diproduksi secara industri karena mangan dioksida alami mengandung kotoran. Pada abad ke-20, mangan dioksida banyak digunakan sebagai katodik untuk baterai kering sekali pakai komersial baik tipe standar (seng–karbon) maupun alkalin.

Keterjadian

Mangan menyusun sekitar 1000 ppm (0,1%) kerak Bumi, menjadi unsur kerak Bumi yang paling melimpah ke-12. Tanah mengandung 7–9000 ppm mangan dengan rata-rata 440 ppm. Atmosfer mengandung 0,01 μg/m3. Mangan terjadi terutama sebagai pirolusit (MnO2), braunit (Mn2+Mn3+6)SiO12), psilomelan , dan pada tingkat yang lebih rendah sebagai rodokrosit (MnCO3).

Bijih mangan yang paling penting adalah pirolusit (MnO2). Bijih mangan lain yang penting secara ekonomi biasanya menunjukkan hubungan spasial yang dekat dengan bijih besi, seperti sfalerit. Sumber daya berbasis lahan berjumlah besar tetapi didistribusikan secara tidak teratur. Sekitar 80% dari sumber mangan dunia yang diketahui terdapat di Afrika Selatan; endapan mangan penting lainnya terdapat di Ukraina, Australia, India, Tiongkok, Gabon, dan Brasil. Menurut perkiraan tahun 1978, dasar lautan memiliki 500 miliar ton nodul mangan. Upaya untuk menemukan metode pemanenan nodul mangan yang layak secara ekonomi ditinggalkan pada tahun 1970-an.

Di Afrika Selatan, endapan yang paling teridentifikasi terletak di dekat Hotazel di Provinsi Northern Cape (ladang mangan Kalahari), dengan perkiraan tahun 2011 sebesar 15 miliar ton. Pada tahun 2011, Afrika Selatan menghasilkan 3,4 juta ton, melampaui semua negara lain.

Mangan ditambang terutama di Afrika Selatan, Australia, Tiongkok, Gabon, Brasil, India, Kazakhstan, Ghana, Ukraina, dan Malaysia.

Produksi
Untuk produksi feromangan, bijih mangan dicampur dengan bijih besi dan karbon, dan kemudian direduksi baik dalam tanur tiup atau tanur busur listrik. Feromangan yang dihasilkan memiliki kandungan mangan 30 hingga 80%. Mangan murni yang digunakan untuk produksi paduan bebas besi diproduksi dengan melindi bijih mangan dengan asam sulfat dan proses elektrodeposisi berikutnya.

Proses ekstraksi yang lebih progresif melibatkan pereduksian bijih mangan (kadar rendah) secara langsung melalui pelindian timbunan. Ini dilakukan dengan memerkolasi gas alam melalui dasar tumpukan; gas alam menyediakan panas (perlu setidaknya 850 °C) dan zat pereduksi (karbon monoksida). Ini akan mereduksi semua bijih mangan menjadi mangan oksida (MnO), yang merupakan bentuk yang dapat dilindi. Bijih kemudian bergerak melalui sebuah sirkuit penggilingan untuk mengurangi ukuran partikel bijih menjadi antara 150 dan 250 μm, meningkatkan luas permukaan untuk membantu pelindian. Bijih tersebut kemudian ditambahkan ke dalam tangki pelindian asam sulfat dan ion fero (Fe2+) dengan perbandingan 1,6:1. Besi kemudian bereaksi dengan mangan dioksida (MnO2) untuk membentuk besi hidroksida (FeO(OH)) dan mangan elemental (Mn).

Proses ini menghasilkan sekitar 92% pemulihan mangan. Untuk pemurnian lebih lanjut, mangan kemudian dapat dikirim ke sebuah fasilitas elektrodeposisi.

Pada tahun 1972, Proyek Azorian CIA, melalui miliarder Howard Hughes, menugaskan kapal Hughes Glomar Explorer dengan "cerita sampul" memanen nodul mangan dari dasar laut. Hal itu memicu kesibukan untuk mengumpulkan nodul mangan, yang sebenarnya tidak praktis. Misi sebenarnya dari Hughes Glomar Explorer adalah mengangkat kapal selam Soviet yang tenggelam, K-129, dengan tujuan mengambil buku kode Soviet.

Sumber daya mangan yang melimpah berupa nodul mangan yang ditemukan di dasar laut. Nodul-nodul ini, yang terdiri dari 29% mangan, terletak di sepanjang dasar laut dan dampak potensial penambangan nodul-nodul ini sedang diteliti. Dampak lingkungan fisik, kimia, dan biologis dapat terjadi karena penambangan nodul ini mengganggu dasar laut dan menyebabkan terbentuknya gumpalan sedimen. Suspensi ini meliputi logam dan nutrisi anorganik, yang dapat menyebabkan kontaminasi perairan dekat dasar dari senyawa beracun terlarut. Nodul mangan juga merupakan tempat merumput, ruang hidup, dan perlindungan untuk sistem endo- dan epifauna. Ketika nodul ini dihilangkan, sistem ini secara langsung akan terpengaruh. Secara keseluruhan, hal ini dapat menyebabkan spesies meninggalkan area tersebut atau mati total. Sebelum dimulainya penambangan itu sendiri, penelitian sedang dilakukan oleh badan-badan afiliasi Perserikatan Bangsa-Bangsa dan perusahaan yang disponsori negara dalam upaya untuk memahami sepenuhnya dampak lingkungan dengan harapan dapat mengurangi dampak tersebut.

Lingkungan lautan
Banyak unsur renik di lautan berasal dari partikel hidrotermal yang kaya logam dari ventilasi hidrotermal. Mangan terlarut (dMn) ditemukan di seluruh lautan dunia, 90% di antaranya berasal dari lubang hidrotermal. Partikulat Mn berkembang dalam gumpalan apung di atas sumber ventilasi aktif, sedangkan dMn berperilaku secara konservatif. Konsentrasi Mn bervariasi antara kolom air laut. Di permukaan, dMn terangkat karena masukan dari sumber eksternal seperti sungai, debu, dan sedimen landas. Sedimen pesisir biasanya memiliki konsentrasi Mn yang lebih rendah, tetapi dapat meningkat akibat pembuangan antropogenik dari industri seperti pertambangan dan pabrik baja, yang masuk ke laut dari input sungai. Konsentrasi dMn permukaan juga dapat ditingkatkan secara biologis melalui fotosintesis dan secara fisik dari pembalikan massa air pantai dan arus permukaan yang digerakkan oleh angin. Siklus internal seperti fotoreduksi dari radiasi UV juga dapat meningkatkan level dengan mempercepat disolusi Mn-oksida dan pemulungan oksidatif, mencegah Mn tenggelam ke perairan yang lebih dalam. Tingkat yang lebih tinggi di pertengahan kedalaman dapat terjadi di dekat pegunungan tengah laut dan ventilasi hidrotermal. Ventilasi hidrotermal melepaskan cairan yang diperkaya dMn ke dalam air. dMn kemudian dapat melakukan perjalanan hingga 4.000 km karena adanya kapsul mikroba, mencegah pertukaran dengan partikel, menurunkan tingkat penenggelaman. Konsentrasi Mn terlarut bahkan lebih tinggi ketika kadar oksigen rendah. Secara keseluruhan, konsentrasi dMn biasanya lebih tinggi di wilayah pesisir dan akan menurun saat bergerak ke lepas pantai.

Tanah
Mangan terjadi di tanah dalam tiga keadaan oksidasi: kation divalen, Mn2+ serta sebagai oksida hitam kecokelatan dan hidroksida yang mengandung Mn(III,IV), seperti MnOOH dan MnO2. Kondisi pH tanah dan oksidasi-reduksi akan memengaruhi yang mana dari ketiga bentuk Mn ini yang dominan dalam tanah tertentu. Pada pH kurang dari 6 atau dalam kondisi anaerobik, Mn(II) mendominasi, sedangkan pada kondisi yang lebih basa dan aerobik, Mn(III,IV) oksida dan hidroksida mendominasi. Efek keasaman tanah dan keadaan aerasi pada bentuk Mn ini dapat dimodifikasi atau dikendalikan oleh aktivitas mikroba. Respirasi mikroba dapat menyebabkan oksidasi Mn2+ menjadi mangan oksida, dan dapat menyebabkan reduksi oksida tersebut menjadi kation divalen.

Oksida Mn(III,IV) terdapat sebagai noda hitam kecokelatan dan nodul kecil pada partikel pasir, lanau, dan lempung. Lapisan permukaan pada partikel tanah lainnya ini memiliki luas permukaan yang tinggi dan membawa muatan negatif. Sisi bermuatan dapat menyerap dan mempertahankan berbagai kation, terutama logam berat (misalnya Cr3+, Cu2+, Zn2+, dan Pb2+). Selain itu, oksida tersebut dapat menyerap asam organik dan senyawa lainnya. Adsorpsi logam dan senyawa organik kemudian dapat menyebabkannya teroksidasi sedangkan oksida Mn(III,IV) direduksi menjadi Mn2+ (misalnya Cr3+ menjadi Cr(VI) dan hidrokuinon tidak berwarna menjadi polimer kuinon berwarna teh).

Aplikasi
Mangan tidak memiliki pengganti yang memuaskan dalam aplikasi utamanya dalam metalurgi. Dalam aplikasi kecil (misalnya pemfosfatan mangan), seng dan kadang-kadang vanadium adalah pengganti yang layak.

Baja

Mangan sangat penting untuk produksi baja dan besi berdasarkan sifat pengikat belerang, deoksidasi, dan pemaduannya, seperti yang pertama kali diakui oleh ahli metalurgi Inggris Robert F. Mushet (1811–1891) yang, pada tahun 1856, memperkenalkan unsur tersebut, dalam bentuk spiegeleisen, menjadi baja untuk tujuan khusus untuk menghilangkan kelebihan oksigen, belerang, dan fosforus terlarut untuk meningkatkan kelenturannya. Pembuatan baja, termasuk komponen pembuatan besinya, telah menyumbang sebagian besar permintaan mangan, saat ini berkisar antara 85% sampai 90% dari total permintaan. Mangan adalah komponen utama dari baja nirkarat berbiaya rendah. Seringkali feromangan (biasanya sekitar 80% mangan) menjadi zat antara dalam proses modern.

Sejumlah kecil mangan dapat meningkatkan kemampuan kerja baja pada suhu tinggi dengan membentuk sulfida dengan titik lebur tinggi dan mencegah pembentukan besi sulfida cair pada batas butir. Jika kandungan mangan mencapai 4%, kegetasan baja menjadi ciri yang dominan. Penggetasan akan menurun pada konsentrasi mangan yang lebih tinggi dan mencapai tingkat yang dapat diterima pada 8%. Baja yang mengandung 8 hingga 15% mangan memiliki kekuatan tarik yang tinggi hingga 863 MPa. Baja dengan mangan 12% ditemukan pada tahun 1882 oleh Robert Hadfield dan masih dikenal sebagai baja Hadfield (mangaloi). Baja ini digunakan untuk helm baja militer Britania Raya dan kemudian oleh militer Amerika Serikat.

Paduan aluminium

Mangan digunakan dalam produksi beberapa paduan dengan aluminium. Aluminium dengan sekitar 1,5% mangan dapat meningkatkan ketahanan terhadap korosi melalui butiran yang menyerap kotoran yang akan menyebabkan korosi galvanik. Paduan aluminium tahan korosi 3004 dan 3104 (0,8 hingga 1,5% mangan) digunakan untuk sebagian besar kaleng minuman. Sebelum tahun 2000, lebih dari 1,6 juta ton paduan tersebut digunakan; dengan 1% mangan, paduan ini menghabiskan 16.000 ton mangan.

Baterai
Mangan(IV) oksida digunakan pada baterai sel kering tipe asli sebagai akseptor elektron dari seng, dan merupakan bahan kehitaman pada sel senter tipe karbon–seng. Mangan dioksida akan direduksi menjadi mangan oksida-hidroksida MnO(OH) selama pemakaian, mencegah pembentukan hidrogen pada anoda baterai.

MnO2 + H2O + e− → MnO(OH) + 

Bahan yang sama juga berfungsi pada baterai alkalin (biasanya sel baterai) yang lebih baru, yang menggunakan reaksi dasar yang sama, tetapi campuran elektrolitnya berbeda. Pada tahun 2002, lebih dari 230.000 ton mangan dioksida digunakan untuk tujuan ini.

Resistor
Paduan tembaga mangan, seperti Manganin, umumnya ditemukan dalam resistor shunt unsur logam yang digunakan untuk mengukur jumlah arus yang relatif besar. Paduan ini memiliki koefisien ketahanan suhu yang sangat rendah dan tahan terhadap belerang. Hal ini membuat paduan ini sangat berguna di lingkungan otomotif dan industri yang keras.

Ceruk
Metilsiklopentadienil mangan trikarbonil adalah sebuah aditif dalam beberapa bensin tanpa timbal untuk meningkatkan nilai oktan dan mengurangi ketukan mesin.

Mangan(IV) oksida (mangan dioksida, MnO2) digunakan sebagai reagen dalam kimia organik untuk oksidasi alkohol benzilik (di mana gugus hidroksil berdekatan dengan sebuah cincin aromatik). Mangan dioksida telah digunakan sejak zaman dahulu untuk mengoksidasi dan menetralkan semburat kehijauan pada kaca dari sejumlah kecil besi pengotor. MnO2 juga digunakan dalam pembuatan oksigen dan klorin serta dalam pengeringan cat hitam. Dalam beberapa pembuatan, ia adalah pigmen cokelat untuk cat dan merupakan penyusun serbuk kopi alami.

Mangan tetravalen digunakan sebagai aktivator dalam fosfor pemancar merah. Walaupun banyak senyawa diketahui dapat menunjukkan luminesensi, mayoritas dari mereka tidak digunakan dalam aplikasi komersial karena efisiensinya rendah atau pancarannya berwarna merah tua. Namun, beberapa fluorida teraktivasi Mn4+ dilaporkan sebagai fosfor pemancar merah potensial untuk LED putih-hangat. Namun hingga hari ini, hanya K2SiF6:Mn4+ yang tersedia secara komersial untuk digunakan dalam LED putih-hangat.

Logam ini terkadang digunakan dalam koin; hingga tahun 2000, satu-satunya koin Amerika Serikat yang menggunakan mangan adalah nikel "masa perang" dari tahun 1942 hingga 1945. Sebuah paduan 75% tembaga dan 25% nikel secara tradisional digunakan untuk produksi koin nikel. Namun, karena pasokan logam nikel yang terus berkurang selama perang, ia diganti dengan perak dan mangan yang lebih tersedia, sehingga menghasilkan paduan 56% tembaga, 35% perak, dan 9% mangan. Sejak tahun 2000, koin dolar, misalnya dolar Sacagawea dan koin Presiden $1, dibuat dari kuningan yang mengandung 7% mangan dengan inti tembaga murni. Dalam kedua kasus nikel dan dolar, penggunaan mangan dalam koin ini adalah untuk menduplikasi sifat elektromagnetik dari koin berukuran dan bernilai identik sebelumnya dalam mekanisme mesin penjual otomatis. Dalam kasus koin dolar A.S. selanjutnya, paduan mangan dimaksudkan untuk menduplikasi sifat paduan tembaga/nikel yang digunakan dalam dolar Susan B. Anthony.

Senyawa mangan telah digunakan sebagai pigmen dan pewarna keramik dan kaca. Warna cokelat pada keramik terkadang merupakan hasil dari senyawa mangan. Dalam industri kaca, senyawa mangan digunakan untuk dua efek. Mangan(III) akan bereaksi dengan besi(II) untuk mengurangi warna hijau yang kuat pada kaca dengan membentuk besi(III) yang kurang berwarna dan mangan(II) yang berwarna agak merah muda, mengimbangi sisa warna besi(III). Jumlah mangan yang lebih besar digunakan untuk menghasilkan kaca berwarna merah muda. Pada tahun 2009, Profesor Mas Subramanian dan rekannya di Universitas Negeri Oregon menemukan bahwa mangan dapat digabungkan dengan itrium dan indium untuk membentuk pigmen yang sangat biru, tidak beracun, lengai, dan tahan pudar, yaitu biru YInMn, pigmen biru baru pertama yang ditemukan pada tahun 200 terakhir.

Peran biologis

Biokimia
Kelas enzim yang memiliki kofaktor mangan meliputi oksidoreduktase, transferase, hidrolase, liase, isomerase, dan ligase. Enzim lain yang mengandung mangan adalah arginase dan superoksida dismutase yang mengandung Mn (Mn-SOD). Juga, kelas enzim transkriptase balik dari banyak retrovirus (meskipun bukan lentivirus seperti HIV) mengandung mangan. Polipeptida yang mengandung mangan adalah toksin difteri, lektin, dan integrin.

Peran biologis pada manusia
Mangan adalah unsur makanan manusia yang penting. Ia hadir sebagai sebuah koenzim dalam beberapa proses biologis, yang meliputi metabolisme makronutrien, pembentukan tulang, dan sistem pertahanan radikal bebas. Ia adalah komponen penting dalam lusinan protein dan enzim. Tubuh manusia mengandung sekitar 12 mg mangan, kebanyakan di tulang. Sisa jaringan lunak terkonsentrasi di hati dan ginjal. Di otak manusia, mangan terikat pada metaloprotein mangan, terutama glutamin sintetase dalam astrosit.

Nutrisi

Institut Kedokteran A.S. (IOM) memperbarui Kebutuhan Perkiraan Rata-rata (EAR) dan Angka Kecukupan Gizi (AKG) untuk mineral pada tahun 2001. Untuk mangan, tidak ada informasi yang cukup untuk menetapkan EAR dan AKG, sehingga kebutuhannya digambarkan sebagai perkiraan Asupan Adekuat (AI). Mengenai keamanan, IOM menetapkan Batas Atas Asupan (UL) yang dapat ditoleransi untuk vitamin dan mineral bila bukti cukup. Dalam kasus mangan, UL dewasa ditetapkan pada 11 mg/hari. Secara kolektif EAR, AKG, AI, dan UL disebut sebagai Asupan Referensi Diet (DRI). Kekurangan mangan jarang terjadi.

Otoritas Keamanan Makanan Eropa (EFSA) menyebut kumpulan informasi kolektif tersebut sebagai Nilai Referensi Diet, dengan Asupan Referensi Populasi (PRI) alih-alih AKG, dan Kebutuhan Rata-rata alih-alih EAR. AI dan UL didefinisikan sama seperti di Amerika Serikat. Untuk orang berusia 15 tahun ke atas, AI ditetapkan sebesar 3,0 mg/hari. AI untuk ibu hamil dan menyusui adalah 3,0 mg/hari. Untuk anak usia 1–14 tahun, AI meningkat seiring bertambahnya usia dari 0,5 menjadi 2,0 mg/hari. AI dewasa lebih tinggi dari AKG Amerika Serikat. EFSA meninjau pertanyaan keamanan yang sama dan memutuskan bahwa tidak ada cukup informasi untuk menetapkan UL.

Untuk tujuan pelabelan makanan dan suplemen makanan A.S., jumlah dalam satu porsi dinyatakan sebagai persentase dari Nilai Harian (%DV). Untuk tujuan pelabelan mangan, 100% Nilai Harian adalah 2,0 mg, tetapi pada 27 Mei 2016 direvisi menjadi 2,3 mg agar sesuai dengan AKG. Tabel nilai harian dewasa lama dan baru disediakan di Asupan Harian Referensi.

Paparan atau asupan yang berlebihan dapat menyebabkan kondisi yang dikenal sebagai manganisme, sebuah gangguan neurodegeneratif yang dapat menyebabkan kematian neuron dopaminergik dan memiliki gejala yang mirip dengan penyakit Parkinson.

Kekurangan mangan

Kekurangan mangan pada manusia, yang jarang terjadi, dapat mengakibatkan sejumlah masalah medis. Kekurangan mangan menyebabkan deformasi tulang pada hewan dan menghambat produksi kolagen dalam penyembuhan luka.

Toksisitas dalam kehidupan laut
Banyak sistem enzimatik membutuhkan Mn untuk berfungsi, tetapi dalam kadar tinggi, Mn dapat menjadi racun. Salah satu alasan lingkungan mengapa tingkat Mn dapat meningkat dalam air laut adalah ketika periode hipoksia terjadi. Sejak tahun 1990, telah ada laporan mengenai akumulasi Mn pada organisme laut meliputi ikan, krustasea, moluska, dan ekinodermata. Jaringan spesifik adalah target pada spesies yang berbeda, meliputi insang, otak, darah, ginjal, dan hati/hepatopankreas. Efek fisiologis telah dilaporkan pada spesies ini. Mn dapat memengaruhi pembaharuan imunosit dan fungsinya, seperti fagositosis dan aktivasi pro-fenoloksidase, menekan sistem kekebalan organisme. Hal ini akan menyebabkan organisme menjadi lebih rentan terhadap infeksi. Saat perubahan iklim terjadi, distribusi patogen akan meningkat, dan agar organisme dapat bertahan hidup dan mempertahankan diri dari patogen ini, mereka memerlukan sistem kekebalan yang sehat dan kuat. Jika sistem mereka dikompromikan dari tingkat Mn yang tinggi, mereka tidak akan mampu melawan patogen ini dan akhirnya mati.

Peran biologis pada bakteri
Mn-SOD adalah jenis SOD yang terdapat pada mitokondria eukariotik, dan juga di sebagian besar bakteri (fakta ini sesuai dengan teori mitokondria berasal dari bakteri). Enzim Mn-SOD mungkin salah satu yang paling kuno, karena hampir semua organisme yang hidup dengan adanya oksigen menggunakannya untuk mengatasi efek racun dari superoksida (), yang terbentuk dari reduksi 1 elektron dioksigen. Pengecualiannya, yang semuanya adalah bakteri, meliputi Lactobacillus plantarum dan laktobasili terkait, yang menggunakan sebuah mekanisme nonenzimatik yang berbeda dengan ion mangan (Mn2+) yang dikomplekskan dengan polifosfat, menunjukkan jalur evolusi untuk fungsi ini dalam kehidupan aerobik.

Peran biologis pada tumbuhan

Mangan juga penting dalam evolusi oksigen fotosintesis dalam kloroplas pada tumbuhan. Kompleks evolusi oksigen (OEC) adalah bagian dari fotosistem II yang terkandung dalam membran tilakoid kloroplas; ia bertanggung jawab atas fotooksidasi terminal air selama reaksi cahaya fotosintesis, dan memiliki inti metaloenzim yang mengandung empat atom mangan. Untuk memenuhi persyaratan ini, sebagian besar pupuk tumbuhan berspektrum-luas mengandung mangan.

Pencegahan

Senyawa mangan kurang beracun dibandingkan dengan logam lain yang tersebar luas, seperti nikel dan tembaga. Namun, paparan debu dan asap mangan tidak boleh melebihi nilai tertinggi sebesar 5 mg/m3 bahkan untuk waktu yang singkat karena tingkat toksisitasnya.  Keracunan mangan telah dikaitkan dengan gangguan keterampilan motorik dan gangguan kognitif.

Permanganat menunjukkan toksisitas yang lebih tinggi daripada senyawa mangan(II). Dosis fatalnya ialah sekitar 10 g, dan beberapa keracunan fatal telah terjadi. Efek oksidatifnya yang kuat dapat menyebabkan nekrosis pada selaput lendir. Misalnya, kerongkongan akan terpengaruh jika permanganat tertelan. Hanya sejumlah kecil yang diserap oleh usus, tetapi jumlah kecil ini menunjukkan efek yang parah pada ginjal dan hati.

Paparan mangan di Amerika Serikat diatur oleh Administrasi Keselamatan dan Kesehatan Kerja (OSHA). Seseorang dapat terpapar mangan di tempat kerja dengan menghirup atau menelannya. OSHA telah menetapkan batas legal (batas paparan yang diizinkan) untuk paparan mangan di tempat kerja sebesar 5 mg/m3 selama 8 jam hari kerja. Institut Nasional untuk Keselamatan dan Kesehatan Kerja (NIOSH) telah menetapkan batas paparan yang direkomendasikan (REL) sebesar 1 mg/m3 selama 8 jam hari kerja dan batas jangka pendek sebesar 3 mg/m3. Pada kadar 500 mg/m3, mangan langsung berbahaya bagi kehidupan dan kesehatan.

Secara umum, paparan terhadap konsentrasi udara Mn sekitar yang melebihi 5 μg Mn/m3 dapat menyebabkan gejala yang diinduksi oleh Mn. Peningkatan ekspresi protein feroportin dalam sel ginjal embrionik manusia (HEK293) dikaitkan dengan penurunan konsentrasi Mn intraseluler dan sitotoksisitas yang dilemahkan, ditandai dengan pembalikan serapan glutamat yang dikurangi Mn dan berkurangnya kebocoran laktat dehidrogenase.

Masalah kesehatan lingkungan

Dalam air minum
Mangan yang ditularkan melalui air memiliki bioavailabilitas yang lebih besar daripada mangan makanan. Menurut hasil dari penelitian tahun 2010, tingkat paparan mangan yang lebih tinggi dalam air minum dikaitkan dengan peningkatan gangguan intelektual dan penurunan kecerdasan intelektual (IQ) pada anak usia sekolah. Dihipotesiskan bahwa paparan jangka panjang karena menghirup mangan alami dalam air pancuran membuat 8,7 juta orang Amerika berisiko. Namun, data menunjukkan bahwa tubuh manusia dapat pulih dari efek samping tertentu dari paparan berlebih terhadap mangan jika paparan dihentikan dan tubuh dapat membersihkan kelebihannya.

Dalam bensin

Metilsiklopentadienil mangan trikarbonil (MMT) adalah aditif bensin yang digunakan untuk menggantikan senyawa timbal pada bensin tanpa timbal untuk meningkatkan nilai oktan distilat minyak beroktan rendah. Ia dapat mengurangi agen ketukan mesin melalui aksi gugus karbonil. Bahan bakar yang mengandung mangan cenderung membentuk mangan karbida, yang dapat merusak katup buang. Dibandingkan dengan tahun 1953, saat ini kadar mangan di udara telah menurun.

Dalam asap tembakau
Tumbuhan tembakau dapat dengan mudah menyerap dan mengakumulasi logam berat seperti mangan dari tanah di sekitarnya ke dalam daunnya. Mereka kemudian dihirup selama pengisapan tembakau. Walaupun mangan adalah salah satu konstituen dari asap tembakau, sebagian besar penelitian menyimpulkan bahwa konsentrasinya tidak berbahaya bagi kesehatan manusia.

Peran dalam gangguan neurologis

Manganisme

Paparan mangan berlebih paling sering dikaitkan dengan manganisme, sebuah kelainan neurologis langka yang terkait dengan konsumsi atau inhalasi mangan yang berlebihan. Secara historis, orang yang bekerja dalam produksi atau pemrosesan paduan mangan berisiko mengembangkan manganisme; namun, peraturan kesehatan dan keselamatan saat ini telah melindungi para pekerja di negara maju. Gangguan ini pertama kali dijelaskan pada tahun 1837 oleh akademisi Inggris John Couper, yang mempelajari dua pasien yang merupakan penggiling mangan.

Manganisme adalah sebuah gangguan bifasik. Pada tahap awal, orang yang teler mungkin mengalami depresi, perubahan suasana hati, perilaku kompulsif, dan psikosis. Gejala neurologis awal digantikan oleh manganisme tahap akhir, yang menyerupai penyakit Parkinson. Gejala-gejalanya meliputi kelemahan, bicara monoton dan lambat, wajah tanpa ekspresi, tremor, gaya berjalan condong ke depan, ketidakmampuan untuk berjalan mundur tanpa jatuh, kekakuan, serta masalah umum dengan ketangkasan, gaya berjalan dan keseimbangan. Tidak seperti penyakit Parkinson, manganisme tidak terkait dengan hilangnya indra penciuman dan pasien biasanya tidak responsif terhadap pengobatan dengan L-DOPA. Gejala manganisme tahap akhir menjadi lebih parah dari waktu ke waktu bahkan jika sumber paparan dihilangkan dan kadar mangan di otak kembali normal.

Paparan mangan kronis telah terbukti menghasilkan penyakit seperti Parkinsonisme yang ditandai dengan kelainan gerakan. Kondisi ini tidak responsif terhadap terhadap terapi tipikal yang digunakan dalam pengobatan PD, menyarankan jalur alternatif selain kehilangan dopaminergik tipikal di dalam substantia nigra. Mangan dapat menumpuk di basal ganglia, menyebabkan gerakan abnormal. Mutasi gen SLC30A10, transporter efluks mangan yang diperlukan untuk menurunkan Mn intraseluler, telah dikaitkan dengan perkembangan penyakit mirip Parkinsonisme ini. Badan Lewy khas untuk PD tidak terlihat pada parkinsonisme yang diinduksi oleh Mn.

Eksperimen pada hewan telah memberikan kesempatan untuk memeriksa konsekuensi dari paparan berlebih mangan dalam kondisi yang terkendali. Pada tikus besar (rat) (yang tidak agresif), mangan akan menginduksi perilaku membunuh-tikus-kecil (mouse-killing).

Gangguan perkembangan anak
Beberapa penelitian baru-baru ini mencoba untuk menguji efek paparan mangan berlebih dosis rendah kronis pada perkembangan anak. Penelitian paling awal dilakukan di provinsi Shanxi, Tiongkok. Air minum di sana telah terkontaminasi melalui irigasi limbah yang tidak tepat dan mengandung 240–350 μg Mn/L. Meskipun konsentrasi Mn pada atau di bawah 300 μg Mn/L dianggap aman pada saat penelitian oleh EPA A.S. dan 400 μg Mn/L oleh Organisasi Kesehatan Dunia, 92 anak yang diambil sampelnya (berusia antara 11 dan 13 tahun) dari provinsi ini menunjukkan kinerja yang lebih rendah pada tes ketangkasan dan kecepatan manual, memori jangka pendek, dan identifikasi visual, dibandingkan dengan anak-anak dari daerah yang tidak terkontaminasi. Baru-baru ini, sebuah penelitian terhadap anak-anak berusia 10 tahun di Bangladesh menunjukkan hubungan antara konsentrasi Mn dalam air sumur dan penurunan skor IQ. Penelitian ketiga yang dilakukan di Quebec meneliti anak sekolah antara usia 6 dan 15 tahun yang tinggal di rumah yang menerima air dari sumur yang mengandung 610 μg Mn/L; harus terdapat kontrol di rumah yang menerima air dari sumur yang mengandung 160 μg Mn/L. Anak-anak dalam kelompok eksperimen ini menunjukkan peningkatan perilaku hiperaktif dan menentang.

Konsentrasi aman maksimum saat ini berdasarkan peraturan EPA adalah 50 μg Mn/L.

Penyakit neurodegeneratif
Sebuah protein yang disebut DMT1 adalah pengangkut utama dalam penyerapan mangan dari usus, dan mungkin merupakan pengangkut utama mangan melintasi sawar darah–otak. DMT1 juga mengangkut mangan yang dihirup melintasi epitel hidung. Mekanisme yang diusulkan untuk toksisitas mangan adalah bahwa disregulasi akan menyebabkan stres oksidatif, disfungsi mitokondria, eksitotoksisitas yang dimediasi glutamat, dan agregasi protein.

Lihat pula
 Eksportir mangan, protein transpor membran
 Daftar negara menurut produksi mangan
 Parkerisasi

Referensi

Pranala luar

  National Pollutant Inventory – Lembar Fakta Mangan dan Senyawanya
  Institut Mangan Internasional
  Halaman Topik Mangan NIOSH
  Mangan di The Periodic Table of Videos (Universitas Nottingham)
  Semua tentang Dendrit Mangan
  Terak Tanur Busur Listrik (EAF)

 
Unsur kimia
Logam transisi
Deoksidator
Kesehatan dan keselamatan kerja
Mineral makanan
Reduktor
Unsur kimia dengan struktur kubus berpusat-badan
Mineral unsur asli