化学元素锰被归类为过渡金属,它在1740年首次被认为是一种独特的化学元素。
锰化合物从古代就被使用了。
公元一世纪,罗马作家老普林尼(Pliny the Elder)描述了如何使用黑色粉末(二氧化锰)制造无色玻璃。它至今仍被用于同样的目的。
锰作为一种独特元素的存在是在1740年,德国化学家约翰·海因里奇·波特指出软锰矿(二氧化锰)含有一种新的土金属。在那之前,软锰矿一直被认为是一种铁的化合物。
Pott将苛性钾(氢氧化钾)与软锰矿在空气中熔合,制备了锰酸钾。
他观察到产品的颜色变化为绿色/蓝色/红色/绿色,确定软锰矿不含铁。
1770年,在化学家Jakab Jozsef Winterl的指导下,由Ignatius Gottfried Kaim在一篇论文中公布了第一次分离金属锰的细节。
凯姆在维也纳工作时,将粉状软锰矿与两倍于其重量的黑色助焊剂混合,并强烈地加热混合物。凯姆的助焊剂的成分尚不确定,尽管它可能是基于木炭。(flux是一种还原剂。)如果是这样,人们的反应会是:
MnO2 + C → Mn + CO2
凯姆说,这种反应的产物是一种蓝白色的闪光脆性金属,有许多不同形状的小平面。掰开,从侧面看时,他看到了蓝色的斑点。
凯姆声称他的产品中不含铁,但他知道他的锰不是纯的。
他邀请其他化学家去寻找一种可以产生纯金属的熔剂。
在瑞典,氯的发现者和氧的独立发现者之一卡尔·威廉·舍勒(Carl Wilhelm Scheele)意识到软锰矿含有一种新元素。他试图孤立它的尝试失败了,于是他让他的朋友约翰·戈特利布·冈试一试。
冈恩使用了与凯姆几年前使用过的方法相似的方法,用木炭作为还原剂。Gahn使用吹管来提高反应的温度。
他生产的金属是白色的,坚硬而易碎;当它被打破时,它有一个粒状的结构。冈恩的锰也不纯,但这种新的金属元素现在得到了广泛的认可。
锰的名字来自于它的化合物在玻璃制造中的使用。这些化合物在拉丁语中被称为“magnes”,意思是“磁铁”。
锰实际上不是磁性的!
锰是光合作用中必不可少的元素。没有它,地球上就没有自由的氧气。
人体中锰的含量很低:大约10 – 20毫克。如果你把一枚10摄氏度的硬币切成100等份,每一份都会比锰在一个人体内的重量还要重。尽管如此,没有它我们无法生存;锰具有重要的代谢功能。
人体中的锰需要经常补充,因为我们的身体不能储存它。
尼安德特人可能在5万年前就使用黑色二氧化锰作为化妆品了。
过量锰,特别是吸入粉末/粉尘,是有毒的。暴露于锰或锰氧化物粉尘会导致一种叫做锰中毒的疾病;症状类似于帕金森氏症。尤其有接触危险的工人包括矿工和焊工。
锰是一种灰白色、硬而脆的金属,可以进行高抛光。它不是磁性的。金属暴露在空气中会失去光泽,加热后会氧化成锰(II, III)氧化物(Mn3O4)。
和其他过渡金属一样,锰有不止一种常见的氧化态。最稳定的是+2,在水溶液中呈淡粉色。同样重要的是+4,呈棕色/黑色,存在于二氧化锰中;在紫色高锰酸钾阴离子MnO4 -中发现+7。锰的+6氧化态是绿色的。
2000多年来,二氧化锰一直被用于制造无色玻璃。玻璃是由沙子(二氧化硅)制成的,大多数沙子含有铁(II)氧化物,这使玻璃自然呈现出绿色。有时人们错误地说,二氧化锰将铁(II)氧化物氧化为铁(III)氧化物;颜色也随之从深绿色变为浅黄色——而浅黄色太暗,看不见。
事实上,玻璃脱色的真正原因是互补色。色轮上直接相对的颜色(图左)相互抵消,留下浅灰色。
在玻璃中,二氧化锰会形成一种紫色的硅酸盐,它会抵消铁的绿色(II)。
二氧化锰也被用作油漆中的黑棕色颜料和干电池的填充剂。
绝大多数锰矿最终用于钢铁生产,锰矿对钢铁进行脱硫和脱氧。
它还被广泛用于生产各种重要的合金。例如,用于制造软饮料罐头的铝中含有约1%的锰,以提高罐头的硬度和耐腐蚀性。
有机锰化合物可以添加到汽油中以提高其辛烷值并减少发动机爆震。
锰是地壳中第十二丰富的元素,是地球上所有生命必需的微量元素。
人体需要几种含锰的酶来代谢碳水化合物、胆固醇和氨基酸。通常我们的身体里有10 – 20毫克的锰。这需要经常补充,因为我们的身体不能储存它。人体中大约四分之一的锰存在于骨骼中,其余的则均匀地分布在我们的组织中。
丰富的地壳:按重量为0.1%,按摩尔为360ppm
丰度太阳系:按重量为10ppm,按摩尔为0.2ppm
成本,纯:$6.5 100克
成本,批量:每100克0.28美元
来源:锰主要以软锰矿(MnO2)和菱铁矿(MnCO3)的形式赋存。锰可以在海底的锰结核中发现,但目前在商业上不可行。在商业上,锰是通过用铝还原其矿石来生产的。用硫酸锰在溶液中电解制取高纯锰。
同位素:锰有21种同位素,其半衰期已知,质量数为46至66。天然存在的锰由其稳定的同位素55Mn组成。