Mangan

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Einleitung

Mangan, chemisches Symbol Mn, silberweißes, metallisches Element mit der Ordnungszahl 25, das in der siebten Nebengruppe des Periodensystems über Technetium, Rhenium und Bohrium steht und zu den Übergangsmetallen gehört.

Der Name Mangan leitet sich von Manganes, der früheren Bezeichnung für Braunstein (Mangandioxid, MnO₂), ab. Dieser galt bis zur zweiten Hälfte des 18. Jahrhunderts als Eisenerz. Erst der schwedische Chemiker Carl Wilhelm Scheele erkannte 1774, dass Braunstein kein Eisen, sondern ein bis dahin noch unbekanntes Metall enthält. Kurz darauf gelang es dem schwedischen Chemiker Johan Gottlieb Gahn, das neue Metall, wenn auch in unreiner Form, zu isolieren. Er gab ihm den Namen Manganesium, der, um Verwechslungen mit dem 1808 entdeckten Magnesium zu vermeiden, später in Mangan geändert wurde. Mangan wird heute vor allem zur Herstellung von Eisen-Mangan-Legierungen in der Eisen- und Stahlindustrie verwendet.

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Vorkommen und Eigenschaften

Mangan steht unter den Elementen der Erdkruste an zwölfter Stelle und kommt in der Natur ausschließlich in Form des Isotops Mangan 55 vor. Weit verbreitet ist das Metall vor allem in Form von Erzen, etwa Braunstein oder Pyrolusit (MnO₂), Braunit (Mn₂O₃), Manganit (MnO(OH) oder Mn₂O₃ · H₂O), Rhodochrosit (MnCO₃) und Manganblende (MnS). Große Mengen Mangan findet man auch in den Manganknollen der Tiefsee. Sie enthalten zwischen 15 und 20 Prozent des Metalls in Form von Oxiden; den Rest machen Eisen, Cobalt, Nickel und Kupfer aus. Außerdem ist Mangan ein essentielles Spurenelement für den Menschen und kommt in Pflanzen und Tieren vor.

Das Übergangsmetall existiert in der Natur in vier Modifikationen, die sich in ihrem Kristallaufbau unterscheiden; bei bestimmten Temperaturen wandeln sie sich ineinander um. Bei Raumtemperatur ist a-Mangan die stabile Form, β-Mangan entsteht ab 727 °C, g-Mangan ab 1 095 °C und δ-Mangan ab 1 104 °C. Mangan schmilzt bei etwa 1 245 °C und siedet bei etwa 2 030 °C. Seine Dichte beträgt 7,4 Gramm pro Kubikzentimeter und seine Atommasse 54,94 u.

In kompakter Form wird Mangan nur oberflächlich von Luft angegriffen, als fein verteiltes Pulver reagiert es jedoch unter Feuererscheinung (pyrophor) zu Mn₃O₄ (MnO · Mn₂O₃). Mit anderen Nichtmetallen, z. B. Chlor, Kohlenstoff, Stickstoff und Schwefel, verbindet sich Mangan erst bei hohen Temperaturen. In verdünnten Säuren löst sich Mangan unter Entwicklung von Wasserstoff und Bildung von Mangan(II)-salzen auf.

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Verbindungen

In seinen Verbindungen tritt Mangan meist mit den Oxidationsstufen +2, +3, +4 und +7 auf; es kommen aber auch Oxidationsstufen von -3 bis +1 vor. Bekannte Manganverbindungen sind Mangan(II)-sulfat (Mn^IISO₄), Mangantrichlorid (Mn^IIICl₃), Braunstein oder Mangan(IV)-oxid (Mn^IVO₂) sowie Kaliumpermanganat(VII) (KMn^VIIO₄). Letzteres ist ein sehr starkes Oxidationsmittel und wird in der Manganometrie verwendet, einem chemischen Analyseverfahren (siehe Titration). Dabei wird das dunkelviolett gefärbte Permanganat (Manganat(VII)) in saurer Lösung zu hellrosa gefärbtem Mangan(II) reduziert:

MnVIIO4- +8H+ + 5e- « Mn2+ + 4H2O.

In stark alkalischer Lösung geht das Permanganat in grün gefärbtes Manganat(VI) über (Mn^VIO₄^2-) und in schwach alkalischer Lösung wandelt es sich in Braunstein (Mn^IVO₂) um.

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Verwendung

Mangan wird vor allem zur Herstellung von Legierungen verwendet, die in der Eisen- und Stahlindustrie benötigt werden. Die wichtigsten sind Ferromangan mit einem Mangangehalt von 65 bis 68 Prozent, Spiegeleisen, das 12 bis 33 Prozent Mangan enthält, und Silicomangan mit 30 bis 80 Prozent Mangan. Diese Legierungen werden der Stahlschmelze als Desoxidations- und Entschwefelungsmittel hinzugefügt, um den Sauerstoff- und Schwefelgehalt herabzusetzen und um die Härte des späteren Stahlprodukts zu erhöhen. Diese Manganlegierungen nutzt man auch zur Herstellung von Nichteisenprodukten, etwa aus Nickel, Kupfer, Aluminium oder Bronze. Manganverbindungen dienen u. a. zur Produktion von Pigmenten und Batterien sowie als Oxidationsmittel (z. B. zur Wasseraufbereitung oder Abluftreinigung).