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Manganèse

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Manganèse
25 Mn
-

Mn

Tc
chrome ← → manganèse fer
Apparence
métallique argenté
Un fragment approximative de métal argenté brillant
Propriétés générales
Nom, symbole, nombre manganèse, Mn, 25
Prononciation / m æ ŋ ɡ ən Je z / -Neez de MANG
Élément Catégorie métal de transition
Groupe, période, bloc 7, 4,
Poids atomique standard 54.938045 (5)
Configuration électronique [ Ar ] 4s 3d 2 5
2, 8, 13, 2
couches électroniques de manganèse (2, 8, 13, 2)
Histoire
Découverte Torbern Olof Bergman (1770)
Premier isolement Johann Gottlieb Gahn (1774)
Propriétés physiques
Phase solide
Densité (à proximité rt) 7,21 g · cm -3
Liquid densité au mp 5,95 g · cm -3
Point de fusion 1519 K , 1246 ° C, 2275 ° F
Point d'ébullition 2334 K, 2061 ° C, 3742 ° F
La chaleur de fusion 12,91 kJ · mol -1
Chaleur de vaporisation 221 kJ · mol -1
Capacité thermique molaire 26,32 J · mol -1 .K -1
La pression de vapeur
P (Pa) 1 10 100 1 k 10 k 100 k
à T (K) 1228 1347 1493 1691 1955 2333
Propriétés atomiques
États d'oxydation 7, 6, 5, 4, 3, 2, 1, -1, -2, -3
(oxydes: acide, basique ou amphotère
en fonction de l'état d'oxydation)
Électronégativité 1,55 (échelle de Pauling)
énergies d'ionisation
( plus)
1er: 717,3 kJ · mol -1
2ème: 1509,0 kJ · mol -1
3ème: 3248 kJ · mol -1
Rayon atomique 127 h
Rayon covalente 139 ± 5 (bas spin), 161 ± 8 (haut spin) h
Miscellanées
Crystal structure cubique centré
Le manganèse a une structure cristalline cubique centrée
Ordre magnétique paramagnétique
Résistivité électrique (20 ° C) 1,44 μΩ · m
Conductivité thermique 7,81 W · m -1 · K -1
Dilatation thermique (25 ° C) 21,7 um · m -1 · K -1
Vitesse du son (tige mince) (20 ° C) 5,150 m · s -1
Le module d'Young 198 GPa
Module Bulk 120 GPa
Dureté Mohs 6.0
Dureté Brinell 196 MPa
Numéro de registre CAS 7439-96-5
La plupart des isotopes stables
Article détaillé: Isotopes de manganèse
iso N / A demi-vie DM DE ( MeV) DP
52 Mn syn 5,591 d ε - 52 Cr
β + 0,575 52 Cr
γ 0,7, 0,9, 1,4 -
53 Mn trace 3,74 × 10 6 y ε - 53 Cr
54 Mn syn 312,3 d ε 1,377 54 Cr
γ 0,834 -
55 Mn 100% 55 Mn est stable avec 30 neutrons

Le manganèse est un élément chimique , désigné par le symbole Mn. Il a le numéro atomique 25. On constate aussi un élément libre dans la nature (souvent en combinaison avec le fer), et dans de nombreux minéraux. Le manganèse est un métal avec des utilisations industrielles importantes en alliage métallique, notamment en acier inoxydable.

Historiquement, le manganèse est nommé pour divers minéraux noirs (comme pyrolusite) de la même région de Magnésie en Grèce qui donna des noms à consonance similaire magnésium , Mg, et la magnétite, un minerai de fer de l'élément, Fe. Vers le milieu du 18e siècle, le chimiste suédois Carl Wilhelm Scheele avait utilisé pyrolusite pour produire du chlore . Scheele et d'autres savaient que pyrolusite (maintenant connu pour être le dioxyde de manganèse) contenait un élément nouveau, mais ils ne étaient pas en mesure de l'isoler. Johan Gottlieb Gahn fut le premier à isoler un échantillon impur de manganèse métal en 1774, par réduire le dioxyde de carbone .

Phosphatation manganèse est utilisé en tant que traitement pour la prévention de la rouille et la corrosion sur l'acier. En fonction de leur état d'oxydation, les ions manganèse ont différentes couleurs et sont utilisés industriellement comme pigments . Le permanganates de métaux alcalins et de métaux alcalino-terreux sont des oxydants puissants. Le dioxyde de manganèse est utilisé comme matière de cathode (accepteur d'électrons) en zinc-carbone et piles alcalines.

En biologie, le manganèse (II) en tant que fonction des ions des cofacteurs pour une grande variété d'enzymes avec de nombreuses fonctions. Enzymes manganèse sont particulièrement essentielle dans la désintoxication des les radicaux libres superoxydes dans les organismes qui doivent faire face à l'oxygène élémentaire. Manganèse également des fonctions dans le complexe de l'oxygène de l'évolution des plantes photosynthétiques. L'élément est un oligo-élément nécessaire pour tous les organismes vivants connus. En grandes quantités, et apparemment avec beaucoup plus de l'activité par inhalation, le manganèse peut provoquer une empoisonnant syndrome chez les mammifères, à des lésions neurologiques qui est parfois irréversible.

Caractéristiques

Propriétés physiques

Copeaux de manganèse électrolytique raffinés et 1 cm 3 cube

Le manganèse est un gris argenté métallique qui ressemble fer. Il est difficile et très fragile, difficile à fusible, mais facile à se oxyder. Le manganèse métallique et ses ions sont communs paramagnétique. Manganèse ternit lentement à l'air et "rouilles" comme le fer, dans de l'eau contenant de l'oxygène dissous.

Isotopes

Naturellement manganèse d'origine est composé d'un stable isotope , 55 Mn. Dix-huit des radio-isotopes ont été caractérisés, avec le plus stable étant 53 Mn avec une demi-vie de 3,7 millions d'années, avec une Mn de 54 demi-vie de 312,3 jours, et 52 mn à une demi-vie de 5,591 jours. Tout le reste isotopes radioactifs ont des demi-vies qui sont moins de trois heures et la majorité d'entre eux ont des demi-vies qui sont moins d'une minute. Cet élément a aussi trois méta-Unis.

Le manganèse est partie du fer groupe d'éléments, qui sont pensés pour être synthétisé dans les grandes étoiles peu avant la supernova explosion. 53 Mn se désintègre en 53 Cr avec une demi-vie de 3,7 millions d'années. En raison de sa demi-vie relativement courte, 53 Mn se produit uniquement en petites quantités en raison de l'action de rayons cosmiques sur le fer dans les roches. Teneurs isotopiques de manganèse sont généralement combinés avec chrome teneurs isotopiques et ont trouvé une application dans géologie isotopique et datation radiométrique. Mn-Cr rapports isotopiques renforcent la preuve du 26 Al et 107 Pd pour l'histoire des débuts du système solaire . Les variations dans les rapports 53/52 Cr et Mn / Cr de Cr plusieurs météorites indiquent une 53 Mn / 55 Mn initial qui suggère Mn-Cr composition isotopique doit résulter de décomposition in situ de 53 Mn dans les corps planétaires différenciées. Ainsi 53 Mn fournit une preuve supplémentaire de processus nucleosynthetic immédiatement avant coalescence du système solaire .

Les isotopes de manganèse varient en poids atomique de 46 u (46 Mn) de 65 u (65 Mn). Le primaire mode de désintégration avant l'isotope stable le plus abondant, 55 Mn, est capture d'électrons et le mode primaire après est- désintégration bêta.

Propriétés chimiques

Les plus communs des états d'oxydation du manganèse sont 2, 3, 4, 6 et 7, bien que des états d'oxydation de -3 à 7 sont observées. Mn 2+ est souvent en concurrence avec Mg 2+ dans les systèmes biologiques. Les composés du manganèse, où le manganèse est l'état d'oxydation 7, qui sont limitées à l'oxyde instable Mn 2 O 7 et composés de l'anion permanganate intensément pourpre MnO 4 -, sont puissants agents oxydants. Composés avec des états d'oxydation 5 (bleu) et 6 (vert) sont des agents oxydants puissants et sont vulnérables à dismutation.

Manganèse (II) cristaux de chlorure - la couleur rose pâle de Mn (II) les sels est due à une transition 3d spin-interdit, ce qui est rare.
Solution aqueuse de KMnO 4 illustrant le violet profond de Mn (VII), car il se produit dans le permanganate

L'état d'oxydation le plus stable pour le manganèse est 2, qui a une couleur rose pâle, et beaucoup de manganèse composés (II) sont connus, tels que sulfate de manganèse (II) (MnSO 4) et manganèse (II) (MnCl2). Cet état d'oxydation est également visible dans la rhodochrosite minérale ( manganèse (II) carbonate). L'état d'oxydation +2 est l'état utilisé dans les organismes pour les fonctions essentielles vivant; d'autres Etats sont toxiques pour le corps humain. L'oxydation de Mn 2 résulte de l'enlèvement des deux électrons 4s, laissant un ion "haut spin" dans lequel les cinq orbitales 3d contiennent un seul électron. L'absorption de la lumière visible par cet ion est réalisé uniquement par une transition de spin qui en interdit l'une des électrons d doit se apparier avec un autre, pour donner l'atome un changement de rotation de deux unités. L'improbabilité d'une telle transition est vu dans la nature uniforme pâle et presque incolore de Mn (II) composés par rapport aux autres états d'oxydation du manganèse.

états d'oxydation de manganèse
0 Mn 2 (CO) 10
1 MnC 5 H 4 CH 3 (CO) 3
2 MnCl2
3 MnF 3
4 MnO 2
5 K 3 MnO 4
6 K 2 MnO 4
7 KMnO 4
États d'oxydation communes sont en gras.

L'état d'oxydation +3 est connue dans des composés comme manganèse (III) de l'acétate, mais ceux-ci sont assez puissants agents oxydants et également sujettes à dismutation en solution au manganèse (II) et de manganèse (IV). Des composés solides de manganèse (III) sont caractérisés par leur préférence pour la coordination octaédrique déformée en raison de la Effet Jahn-Teller et sa forte couleur rouge pourpre.

L'état d'oxydation 5+ peut être obtenu si le dioxyde de manganèse est dissous dans de fusion le nitrite de sodium. Manganate (VI) les sels peuvent également être produites en dissolvant les composés de Mn, tels que dioxyde de manganèse, dans un alcali fondu tout exposé à l'air.

Permanganate (7) l'état d'oxydation des composés sont de couleur pourpre, et peuvent donner un verre couleur violette. Le permanganate de potassium , le permanganate de sodium et permanganate de baryum sont tous des agents oxydants puissants. Le permanganate de potassium, également appelé les cristaux de Condy, est un laboratoire couramment utilisés réactif en raison de ses propriétés oxydantes et trouve une utilisation en tant que médicament topique (par exemple, dans le traitement des maladies des poissons). Les solutions de permanganate de potassium ont été parmi les premières taches et des fixateurs pour être utilisés dans la préparation des cellules et des tissus pour la microscopie électronique biologiques.

Histoire

L'origine du nom de manganèse est complexe. Dans les temps anciens, deux minéraux noirs de Magnésie dans ce qui est maintenant la Grèce moderne, ont tous deux appelé magnes de leur lieu d'origine, mais on pensait diffèrent en genre. Les mâles attirés magnes fer, et était le minerai de fer, nous savons maintenant que magnétite ou magnétite, et qui sans doute nous a donné le terme aimant . Le minerai de magnes femmes n'a pas attiré fer, mais a été utilisé pour décolorer verre. Cette magnes féminines a appelé plus tard la magnésie, connus maintenant dans les temps modernes que Pyrolusite ou le dioxyde de manganèse. Ni ce minéral ni de manganèse se est magnétique. Au 16ème siècle, le dioxyde de manganèse a été appelé ma n ga n eSUM (noter les deux n est au lieu d'un) par les verriers, éventuellement comme une corruption et la concaténation de deux mots, puisque les alchimistes et les verriers éventuellement dû différencier un mag n EIES n egra (le minerai noir) du mag n EIES alba (un minerai blanc, aussi de Magnésie, également utile en verrerie). Michele Mercati appelé la magnésie negra manganesa, et enfin le métal isolé de celui-ci est devenu connu comme le manganèse (allemand: Mangan). Le nom de magnésie a finalement été ensuite utilisé pour se référer uniquement au blanc magnésie alba (oxyde de magnésium), qui a fourni le nom de magnésium pour cet élément libre, quand il a finalement été isolé, beaucoup plus tard.

Un dessin d'un taureau de gauche-face, en noir, sur un mur de la grotte
Certaines des peintures rupestres dans Lascaux, France , utiliser des pigments à base de manganèse.

Plusieurs oxydes de manganèse, par exemple dioxyde de manganèse, sont abondants dans la nature, et en raison de leur couleur, ces oxydes ont été utilisés comme depuis le âge de pierre . Les peintures rupestres de Gargas contient manganèse comme pigments et ces peintures rupestres sont vieux 30000 à 24000 années.

Les composés du manganèse ont été utilisés par les verriers égyptiens et romains, soit supprimer la couleur du verre ou ajouter de la couleur à elle. L'utilisation de «verriers savon" a continué à travers le Moyen Age jusqu'à l'époque moderne et est évident dans le verre du 14ème siècle à partir Venise.

Crédit pour la première manganèse d'isolement est généralement accordée aux Johan Gottlieb Gahn.

En raison de l'utilisation en verrerie, dioxyde de manganèse était disponible pour les alchimistes, les premiers chimistes, et a été utilisé pour des expériences. Ignace Gottfried Kaim (1770) et Johann Glauber (17ème siècle) a découvert que le dioxyde de manganèse pourrait être converti en permanganate, un réactif de laboratoire utile. Vers le milieu du 18e siècle, le chimiste suédois Carl Wilhelm Scheele dioxyde de manganèse utilisé pour produire du chlore . Tout d'abord, l'acide chlorhydrique , ou un mélange dilué de l'acide sulfurique et le chlorure de sodium a été amené à réagir avec du dioxyde de manganèse, l'acide chlorhydrique plus tard à partir de la Leblanc procédé a été utilisé et le dioxyde de manganèse a été recyclé par la Processus Weldon. La production de chlore et hypochlorite contenant agents de blanchiment était un grand consommateur de minerai de manganèse.

Scheele et d'autres chimistes étaient conscients que le dioxyde de manganèse contenait un élément nouveau, mais ils ne étaient pas en mesure de l'isoler. Johan Gottlieb Gahn fut le premier à isoler un échantillon impur de manganèse métal en 1774, par réduire le dioxyde de carbone .

La teneur en manganèse de certains minerais de fer utilisés en Grèce conduit à des spéculations que l'acier produit à partir de ce minerai contient des quantités de manganèse par inadvertance, rendant le Spartan acier exceptionnellement dur. Vers le début du 19ème siècle, le manganèse a été utilisé dans la sidérurgie et plusieurs brevets ont été accordés. En 1816, il a été noté que l'ajout de manganèse au fer a rendu plus difficile, sans le rendre plus fragile. En 1837, universitaire britannique James Couper noté une association entre l'exposition au manganèse lourds dans les mines avec une forme de La maladie de Parkinson. En 1912, le manganèse phosphatation revêtements de conversion électrochimiques pour la protection des armes à feu contre la rouille et la corrosion ont été brevetée aux États-Unis, et je ai vu l'utilisation répandue depuis.

L'invention de la Pile Leclanché en 1866 et l'amélioration subséquente des batteries contenant du dioxyde de manganèse comme cathodique dépolariseur a accru la demande de dioxyde de manganèse. Avant l'introduction de la batterie au nickel-cadmium et batteries contenant du lithium, la plupart des batteries contenues manganèse. Le batterie zinc-carbone et l' pile alcaline utiliser normalement dioxyde de manganèse produit industriellement, parce naturelle survenant dioxyde de manganèse contient des impuretés. Au 20e siècle, dioxyde de manganèse a vu une large utilisation commerciale comme matériau cathodique en chef pour piles sèches jetables commerciales et piles sèches de fois la norme (zinc-carbone) et des piles alcalines.

Présence et la production

Manganèse représente environ 1000 ppm (0,1%) de la croûte terrestre , ce qui en fait l'élément le plus abondant 12 il. Le sol contient de 7 à 9000 ppm de manganèse avec une moyenne de 440 ppm. L'eau de mer a seulement 10 ppm de manganèse et l'atmosphère contient 0,01 mg / m 3. Manganèse se produit principalement comme pyrolusite ( MnO 2), braunite, (Mn 2+ Mn 3+ 6) (SiO 12), psilomelane (Ba, H 2 O) 2 Mn 5 O 10, et dans une moindre mesure en tant que rhodochrosite ( MnCO 3).

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Minerai de manganèse Psilomélane (minerai de manganèse) Spiegel est un alliage de fer avec une teneur en manganèse d'environ 15% Oxyde de manganèse sur le calcaire de dendrites Solnhofen, Allemagne - une sorte de pseudofossil. L'échelle est en mm rhodochrosite minérale ( manganèse (II) carbonate) dans laquelle la couleur rouge foncé est dû à des impuretés, pas manganèse
Pourcentage de la production de manganèse en 2006 par les pays

Le minerai de manganèse le plus important est pyrolusite ( MnO 2). Autres minerais de manganèse économiquement importantes montrent généralement une relation étroite spatiale pour les minerais de fer. Les ressources terrestres sont grandes mais irrégulièrement répartis. Environ 80% des ressources mondiales connues de manganèse de se trouvent dans l'Afrique du Sud ; d'autres importants gisements de manganèse sont en Ukraine , l'Australie , l'Inde , la Chine , Gabon et le Brésil . En 1978, 500 milliards de tonnes de ont été estimées nodules de manganèse d'exister à la fond de l'océan. Les tentatives visant à trouver des méthodes économiquement viables de récolte nodules de manganèse ont été abandonnés dans les années 1970. Pour une ruse de la guerre froide, la CIA avait eu milliardaire Howard Hughes mise en service d'un navire, le Hughes Glomar Explorer pour aller à Hawaï pour récolter nodules de manganèse. Ce navire a commencé une ruée de gens qui voulaient recueillir des nodules de manganèse du fond de la mer, qui est peu pratique. Le Hughes Glomar Explorer a été effectivement construit pour élever un sous-marin russe en contrebas, le K-129. Malheureusement pour la CIA, la partie du sous-marin contenant les livres de code rompu alors qu'il a été soulevée, de sorte qu'ils ne ont pas obtenu ce qu'ils voulaient.

Le manganèse est extrait en Afrique du Sud, l'Australie, la Chine, le Brésil, le Gabon, l'Ukraine, l'Inde et le Ghana et le Kazakhstan . Sources Import USA (1998-2001): minerai de manganèse: Gabon, 70%; Afrique du Sud, 10%; Australie, 9%; Mexique, 5%; et d'autre part, de 6%. Ferromanganèse: Afrique du Sud, 47%; France, 22%; Mexique, 8%; Australie, 8%; et d'autre part, 15%. Manganèse contenu dans toutes les importations de manganèse: Afrique du Sud, 31%; Gabon, 21%; Australie, 13%; Mexique, 8%; et d'autre part, 27%.

Pour la production de ferromanganèse, du minerai de manganèse est mélangé avec le minerai de fer et de carbone, et soit ensuite réduit dans un haut fourneau ou dans un four à arc électrique. La résultante ferromanganèse a une teneur en manganèse de 30 à 80%. Manganèse pur utilisé pour la production d'alliages de noniron est produite par la lixiviation du minerai de manganèse avec de l'acide sulfurique et un ultérieur procédé d'extraction électrolytique.

Applications

Manganèse n'a pas de substitut satisfaisant dans ses principales applications, qui sont liés à l'utilisation de l'alliage métallurgique. Dans les applications mineures, (par exemple, le manganèse phosphatage), le zinc et parfois de vanadium sont des substituts viables. Dans la fabrication de la batterie jetable, cellules standard et alcalino-terreux à l'aide de manganèse seront généralement remplacées à l'avenir la technologie des batteries au lithium.

Acier

US Marine Corps casque d'acier

Le manganèse est essentiel de fer et la production d'acier en raison de sa fixation du soufre, désoxydant, et alliage propriétés. Fabrication de l'acier, y compris sa composante de la fabrication du fer, a représenté plus de la demande de manganèse, actuellement de l'ordre de 85% à 90% de la demande totale. Parmi une variété d'autres utilisations, le manganèse est un composant clé de faible coût formulations en acier inoxydable.

De petites quantités de manganèse à améliorer l'aptitude au façonnage de l'acier à des températures élevées, car il forme un sulfure de fusion élevé et empêche donc la formation d'un liquide sulfure de fer sur les joints de grains. Si la teneur en manganèse atteint 4%, la fragilisation de l'acier devient un élément dominant. La fragilisation diminue à des concentrations plus élevées de manganèse et atteint un niveau acceptable à 8%. Acier contenant 8 à 15% de manganèse peut avoir un haut résistance à la traction de 863 MPa jusqu'à. Acier avec 12% de manganèse a été utilisé pour la Colombie casques d'acier. Cette composition de l'acier a été découvert en 1882 par Robert Hadfield et est encore connu sous le nom Acier Hadfield.

Les alliages d'aluminium

La deuxième application à grande pour le manganèse est aussi agent d'alliage pour l'aluminium . Aluminium avec une teneur en manganèse d'environ 1,5% a une résistance accrue contre la corrosion due à la formation de grains d'absorption des impuretés qui entraîneraient la corrosion galvanique. Le résistant à la corrosion- des alliages d'aluminium 3004 et 3104 avec une teneur en manganèse de 0,8 à 1,5% sont les alliages utilisés pour la plupart des canettes de boissons. Avant l'année 2000, plus de 1,6 millions tonnes ont été utilisées de ces alliages; avec une teneur de 1% de manganèse, cette quantité devrait 16.000 tonnes de manganèse.

D'autres utilisations

Méthylcyclopentadiényl manganèse tricarbonyle est utilisé en tant qu'additif dans l'essence sans plomb pour stimuler indice d'octane et réduire cognement du moteur. Le manganèse dans ce composé organométallique est rare à l'état d'oxydation +1.

Le manganèse (IV) oxyde (dioxyde de manganèse, MnO 2) est utilisé comme réactif dans la chimie organique pour la oxydation de benzyliques des alcools (par exemple adjacent à un cycle aromatique). Le dioxyde de manganèse a été utilisé depuis l'antiquité pour neutraliser l'oxydation teinte verdâtre dans le verre causée par des traces de contamination par le fer. MnO 2 est également utilisé dans la fabrication de chlore et d'oxygène, et à sécher les peintures noires. Dans certaines préparations, il se agit d'un brun pigment qui peut être utilisé pour faire peindre et est un constituant naturel du terre d'ombre.

Le manganèse (IV) oxyde a été utilisé dans le type de cellule d'origine sec batterie comme un accepteur d'électrons à partir de zinc, et le matériau noirâtre est trouvé lors de l'ouverture des cellules de type carbone-zinc lampe de poche. Le dioxyde de manganèse est réduite au-oxyde hydroxyde de manganèse MnO (OH) lors de la décharge, ce qui empêche la formation d'hydrogène à l'anode de la batterie.

MnO 2 + H 2 O + -
e → MnO (OH) + OH -

Le même matériau fonctionne également dans les nouvelles piles alcalines (cellules généralement batterie), qui utilisent la même réaction de base, mais un mélange d'électrolyte différente. En 2002, plus de 230 000 tonnes de dioxyde de manganèse ont été utilisés à cette fin.

Guerre mondiale-II-ère de 5 cents pièce (1942-5 identifié par la marque de frappe P, D ou S-dessus dôme) en un cuivre 35% d'argent-9% d'alliages de manganèse de 56%

Le métal est très rarement utilisé dans des pièces de monnaie; jusqu'en 2000, la seule pièce États-Unis à utiliser le manganèse était le "Temps de guerre" de nickel de 1942 à 1945. Un alliage de 75% de cuivre et 25% de nickel a été traditionnellement utilisé pour la production de pièces de nickel. Toutefois, en raison de la pénurie de métal de nickel pendant la guerre, il a été remplacé par la disposition plus d'argent et de manganèse, résultant ainsi en un alliage de 56% de cuivre, 35% d'argent et 9% de manganèse. Depuis 2000, pièces de un dollar, par exemple la Sacagawea dollar et de la Présidentiels pièces de 1 $, sont fabriqués à partir d'un laiton contenant 7% de manganèse avec un noyau de cuivre pur. Dans les deux cas de nickel et le dollar, l'utilisation de manganèse dans la pièce était de reproduire les propriétés électromagnétiques d'une pièce taille identique et apprécié précédent, à titre de distributeurs. Dans le cas des plus tard, les pièces de un dollar des États-Unis, l'alliage de manganèse était une tentative de reproduire les propriétés de l'alliage de cuivre / nickel utilisé dans la précédente Dollar Susan B. Anthony.

Les composés du manganèse ont été utilisés comme pigments pour la coloration et de la céramique et du verre. La couleur brune de la céramique est parfois fondée sur des composés du manganèse. Dans l'industrie du verre, des composés de manganèse sont utilisés pour les deux effets. Manganèse (III) réagit avec le fer (II) à induire une forte couleur verte en verre en formant moins de couleur fer (III) et manganèse légèrement rose (II), la compensation de la couleur résiduelle de fer (III). Grandes quantités de manganèse sont utilisés pour produire du verre de couleur rose.

Rôle biologique

Centre réactif de l'arginase avec de l'acide boronique inhibiteur - les atomes de manganèse sont représentées en jaune.

Le manganèse est un oligo-élément essentiel dans toutes les formes de vie. Les classes d'enzymes qui ont manganèse cofacteurs sont très larges, et comprennent oxydoréductases, transférases, hydrolases, lyases, isomérases, ligases, des lectines, et intégrines. Le transcriptases inverses de nombreux rétrovirus (mais pas les lentivirus, tels que VIH ) contiennent du manganèse. Le manganèse contenant plus connu Les polypeptides peuvent être arginase, la la toxine diphtérique, et contenant du Mn la superoxyde dismutase ( Mn-SOD).

Mn-SOD est la SOD type de eucaryote présente dans les mitochondries, ainsi que dans la plupart des bactéries (ce fait est en accord avec la théorie bactérienne d'origine des mitochondries). L'enzyme Mn-SOD est probablement l'une des plus anciennes, pour presque tous les organismes vivant dans la présence de l'utilisation d'oxygène pour faire face aux effets toxiques de superoxyde, formé à partir de la réduction de 1 électrons du dioxygène. Parmi les exceptions figurent quelques types de bactéries, telles que Lactobacillus plantarum et connexe lactobacilles, qui utilisent un mécanisme non enzymatique différente, impliquant manganèse (Mn 2+) complexé avec polyphosphate directement pour cette tâche, indiquant comment cette fonction peut-être évolué dans la vie aérobie.

Le corps humain contient environ 12 mg de manganèse, qui est stocké principalement dans les os; dans le tissu, il est surtout concentrée dans le foie et les reins. Dans le cerveau humain, le manganèse est lié au manganèse métalloprotéines, notamment glutamine synthétase dans astrocytes.

Le manganèse est également important dans la photosynthèse le dégagement d'oxygène dans les chloroplastes des plantes. Le complexe dégageant de l'oxygène (OEC) est une partie du photosystème II contenue dans les membranes des thylakoïdes des chloroplastes; il est responsable de la borne la photo-oxydation de l'eau pendant la réactions à la lumière de la photosynthèse , et dispose d'un noyau de métalloenzyme contenant quatre atomes de manganèse. Pour cette raison, la plupart des engrais de plantes à large spectre contiennent du manganèse.

Précautions

Les composés du manganèse sont moins toxiques que ceux d'autres métaux, tels que les étendues de nickel et de cuivre . Toutefois, l'exposition aux poussières et fumées de manganèse ne devrait pas dépasser la valeur limite de 5 mg / m 3, même pour des périodes en raison de son niveau de toxicité à court. Empoisonnement au manganèse a été liée à une déficience de la motricité et des troubles cognitifs.

Le permanganate présente une toxicité plus élevée que les composés de manganèse (II). La dose mortelle est d'environ 10 g, et plusieurs intoxications mortelles ont eu lieu. L'effet de l'oxydation forte entraîne une nécrose de la membrane muqueuse. Par exemple, le oesophage est affecté si le permanganate est avalé. Seul un nombre limité est absorbé par l'intestin, mais cette petite quantité montre des effets graves sur les reins et sur le foie.

En 2005, une étude a suggéré un lien possible entre l'inhalation de manganèse et la toxicité du système nerveux central chez les rats.

L'exposition au manganèse dans États-Unis est régie par Sécurité et administration de la santé.

Généralement, l'exposition à des concentrations ambiantes d'air Mn de plus de 5 ug Mn / m3 peut entraîner des symptômes Mn-induites. Augmentation expression de la protéine dans la ferroportine rein embryonnaire humain (HEK 293) des cellules est associée à une diminution de la concentration intracellulaire et la cytotoxicité Mn atténué, caractérisé par l'inversion de Mn-réduit l'absorption de glutamate et diminuée fuite de lactate déshydrogénase.

Problèmes de santé environnementale

Manganèse dans l'eau potable

Manganèse hydrique a une plus grande biodisponibilité que le manganèse alimentaire. Selon les résultats d'une étude réalisée en 2010, des niveaux plus élevés d'exposition au manganèse dans l'eau potable sont associés à une augmentation déficience intellectuelle et réduite quotient intellectuel chez les enfants d'âge scolaire. On suppose que l'exposition à long terme aux manganèse naturellement présentes dans l'eau de douche met maximum de 8,7 millions d'Américains à risque.

Manganèse dans l'essence

Méthylcyclopentadiényl manganèse tricarbonyle (MMT) est un additif de l'essence utilisée pour remplacer des composés de plomb pour l'essence sans plomb, à améliorer l'indice d'octane faible indice d'octane distillats nombre essence. Il fonctionne comme un agent antidétonant par l'action des groupes carbonyle. Combustibles contenant du manganèse ont tendance à former des carbures de manganèse, qui endommagent soupapes d'échappement. La nécessité d'utiliser de plomb ou de manganèse composés est simplement historique, comme la disponibilité des processus de reformation qui créent notation indice d'octane élevé des carburants a augmenté. L'utilisation de ces combustibles directement ou en mélange avec des distillats non-réformé est universel dans les pays développés (UE, Japon, etc.). Aux Etats-Unis l'impératif de fournir le plus bas prix possible par volume sur les carburants (taux d'imposition de carburant bas) et legistation laxiste de contenu de carburant (avant 2000) a provoqué raffineries à utiliser le MMT. Par rapport à 1953, les concentrations de manganèse dans l'air ont diminué. De nombreuses compétitions de course interdisent spécifiquement composés de manganèse dans le carburant de course (panier, minibike). MMT contient 24,4 à 25,2% de manganèse. Il ya une forte corrélation entre les concentrations atmosphériques élevées de manganèse et la densité de la circulation automobile.

Rôle dans les troubles neurologiques

Manganisme

Surexposition Manganèse est le plus souvent associée à manganisme, un trouble neurologique rare associée à l'ingestion ou l'inhalation de manganèse excessive. Historiquement, les personnes employées dans la production ou la transformation d'alliages de manganèse ont été à risque de développer le manganisme; Cependant, les règlements de santé et de sécurité en vigueur protègent les travailleurs dans les pays développés. Le trouble a été décrite pour la première en 1837 par universitaire britannique John Couper, qui a étudié deux patients qui étaient broyeurs manganèse.

Manganisme est un trouble biphasique. À ses débuts, une personne ivre peut souffrir de dépression, sautes d'humeur, les comportements compulsifs, et la psychose. Les premiers symptômes neurologiques cèdent la place à manganisme stade avancé, qui ressemble La maladie de Parkinson. Les symptômes incluent la faiblesse, monotone et de la parole ralenti, un visage sans expression, tremblements, démarche inclinée vers l'avant, incapacité à marcher à reculons sans tomber, la rigidité et les problèmes généraux avec dextérité, démarche et l'équilibre. Contrairement à La maladie de Parkinson, manganisme ne est pas associée à une perte de l'odorat et les patients sont typiquement pas répondu au traitement avec L -DOPA. Les symptômes du manganisme stade avancé deviennent plus sévères au fil du temps, même si la source d'exposition est enlevé et les taux cérébraux de manganèse revenir à la normale.

Troubles du développement de la petite enfance

Plusieurs études récentes tentent d'examiner les effets de la chronique à faible dose de manganèse surexposition sur le développement chez les enfants. La première étude de ce type a été menée dans la province chinoise du Shanxi. L'eau potable, il avait été contaminé par une mauvaise irrigation des eaux usées et de 240 à 350 mg contenue Mn / L. Bien que les concentrations Wmn égales ou inférieures à 300 ug Mn / L sont considérés comme sûrs par l'EPA et 400 mg Mn / L sont considérés comme sûrs par l'OMS, les 92 enfants de l'échantillon (entre 11 et 13 ans) de cette province affichent des performances moindres sur des tests de dextérité manuelle et de rapidité, mémoire à court terme, et l'identification visuelle par rapport aux enfants de la zone contaminée. Plus récemment, une étude de 10 ans, les enfants au Bangladesh a montré une relation entre la concentration dans l'eau Wmn bien et scores de QI diminué. Une troisième étude menée au Québec a examiné les enfants de l'école entre les âges de 6 et 15 ans vivant dans des foyers qui ont reçu de l'eau d'un puits contenant 610 ug Mn / L; contrôles vivaient dans des foyers qui ont reçu de l'eau à partir d'un 160 ug Mn / L ainsi. Les enfants du groupe expérimental ont montré une augmentation des comportements hyperactifs et oppositionnels.

Les maladies neurodégénératives

Chronic low-dose de manganèse intoxication est fortement impliquée dans un certain nombre de troubles neurodégénératifs, y compris la maladie d'Alzheimer , La maladie de Parkinson, et la sclérose latérale amyotrophique. Elle pourrait également jouer un rôle dans le développement de la sclérose en plaques , le syndrome des jambes sans repos et la maladie de Huntington . Une protéine appelée DMT1 est le transporteur majeur impliqué dans l'absorption du manganèse à partir de l'intestin et peut-être le transporteur majeur de manganèse à travers le barrière hémato-encéphalique. DMT1 transporte également manganèse inhalé à travers l'épithélium nasal. Le mécanisme d'action est présumé que la surexposition et / ou dérèglement de manganèse conduit au stress oxydatif, la dysfonction mitochondriale, excitoxicity de glutamate médiation, et des agrégats de protéines.

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