منگنز

منگنز، ₂₅Mn
منگنز
تلفظ	‎/ˈmæŋɡəniːz/‎ (MANG-gə-neez)
ظاهر	نقرهy metallic
جرم اتمی استاندارد (Ar، استاندارد)	۵۴٫۹۳۸۰۴۳(۲)
منگنز در جدول تناوبی
	کروم ← منگنز → آهن
عدد اتمی (Z)	25
گروه	گروه ۷
دوره	دوره 4
بلوک	بلوک-d
دسته	Transition metal
آرایش الکترونی	[Ar] 3d 4s
لایه الکترونی	2, 8, 13, 2
ویژگی‌های فیزیکی
فاز در STP	جامد
نقطه ذوب	1519 K (1246 °C, 2275 °F)
نقطه جوش	2334 K (2061 °C, 3742 °F)
چگالی (near r.t.)	7.21 g/cm
در حالت مایع (at m.p.)	5.95 g/cm
حرارت همجوشی	12.91 kJ/mol
آنتالپی تبخیر	221 kJ/mol
ظرفیت حرارتی مولی	26.32 J/(mol·K)
ویژگی‌های اتمی
عدد اکسایش	−3, −2, −1, 0, +1, +2, +3, +4, +5, +6, +7 (depending on the oxidation state, an acidic, basic, or amphoteric اکسید)
الکترونگاتیوی	مقیاس پائولینگ: 1.55
انرژی یونش	1st: 717.3 kJ/mol ; 2nd: 1509.0 kJ/mol ; 3rd: 3248 kJ/mol ; (بیشتر);
شعاع اتمی	empirical: 127 pm
شعاع کووالانسی	pm 139±5 (low spin), 161±8 (high spin)
	خط طیف نوری منگنز
دیگر ویژگی ها
ساختار بلوری	(bcc)
سرعت صوت thin rod	5150 m/s (at 20 °C)
انبساط حرارتی	21.7 µm/(m·K) (at 25 °C)
رسانندگی گرمایی	7.81 W/(m·K)
رسانش الکتریکی	1.44 µ Ω·m (at 20 °C)
رسانش مغناطیسی	paramagnetic
مدول یانگ	198 GPa
مدول حجمی	120 GPa
سختی موس	6.0
سختی برینل	196 MPa
شماره ثبت سی‌ای‌اس	7439-96-5
ایزوتوپ‌های منگنز
	\| منابع

منگنز یک عنصر شیمیایی با عدد اتمی ۲۵ و نماد Mn است. این عنصر در دوره چهارم جدول تناوبی و در گروه ۷ فلزات واسطه قرار دارد. منگنز در طبیعت به صورت آزاد یافت نمی‌شود و معمولاً در مجاورت آهن است. کانی اصلی منگنز، پیرولوزیت است. یکی از کاربردهای مهم منگنز، آلیاژهای فلزی و به‌ویژه فولاد ضدزنگ است.

منگنز ماده معدنی ضروری برای بدن است. اگر به صورت افراطی مصرف شود می‌تواند سمی باشد. این ماده معدنی در سبزیجات برگ‌دار همچون کلم و اسفناج و همچنین در چای، آناناس و خشکبار وجود دارد.

نام منگنز از منطقه مگنزیا در یونان (که بسیاری از کانی‌های آن از آنجا استخراج شده‌اند) گرفته شده‌است. یوهان گوتلیب برای نخستین بار در سال ۱۷۷۴، منگنز را به صورت ناخالص جداسازی کرد.

یون‌های منگنز، رنگ‌های مختلفی را تولید می‌کنند و به عنوان رنگدانه در صنعت به کار می‌روند. هم‌چنین منگنز دی‌اکسید در باتری‌های قلیایی به عنوان کاتد مورد استفاده قرار می‌گیرد.

در فرایندهای زیستی، یون منگنز نقش کوفاکتور را برای بسیاری از آنزیم‌ها دارد. آنزیم‌های منگنز در سم‌زدایی رادیکال‌های آزاد سوپراکسید در بافت‌هایی که از شکل عنصری اکسیژن استفاده می‌کنند، اهمیت دارند.

مشخصات

خواص فیزیکی

منگنز، فلزی نقره‌ای رنگ و مشابه آهن است. سخت و شکننده است. به سختی جوش‌پذیر است، ولی به راحتی اکسید می‌شود. منگنز و یون‌های اصلی آن، پارامغناطیس هستند. منگنز مانند آهن، در هوا به کندی کدر می‌شود و زنگ تولید می‌کند.

ایزوتوپ‌ها

منگنز تنها یک ایزوتوپ پایدار با نام منگنز-۵۵ دارد. هم‌چنین ۱۸ ایزوتوپ پرتوزای آن تاکنون شناخته شده‌اند که پایدارترین ایزوتوپ آن، منگنز-۵۳ با نیمه‌عمر ۳٫۷ میلیون سال است. به جز دو ایزوتوپ دیگر (منگنز-۵۴ و منگنز-۵۲)، سایر ایزوتوپ‌های منگنز نیمه‌عمر کمتر از سه ساعت دارند. منگنز یکی از اعضای گروه آهن است که گمان می‌شود در ستاره‌های بزرگ پیش از انفجار ابرنواختر ساخته شده‌اند. واپاشی عمده در ایزوتوپ‌های سبک‌تر از منگنز-۵۵، گیراندازی الکترون و در ایزوتوپ‌های سنگین‌تر، واپاشی بتا است.

خواص شیمیایی

منگنز یکی از فلزات واسطهٔ الکتروپوزیتیو گروه VII است که پیکربندی الکترونی 3d4s دارد. (Mn(II و (Mn(III کمپلکسهای فراوانی تشکیل می‌دهند. ترکیبات (Mn(II صورتی کمرنگ هستند. ترکیبات (Mn(III قهوه‌ای رنگ بوده و واپیچیدگی یان-تلر از خود نشان می‌دهند. منگنز IV به MnO₂، MnF₄ و برخی دیگر از کمپلکس‌ها محدود می‌شود.

نقش زیست‌شناختی

منگنز فلزی است که به گونه گسترده‌ای در بافت‌های بدن گیاهان و جانوران هست. این فلز یک ماده معدنی کمیاب نامیده می‌شود زیرا به مقدار بسیار کم در بدن انسان یافت می‌شود. بدن ما کم وبیش نزدیک ۲۰ میلی‌گرم منگنز، به گونه بزرگ در استخوان‌ها، اندوخته دارد. منگنز در پایه‌ریزی بافت همبند چربی و کلسترول، استخوان، عوامل لختگی خون و پروتئین نقش دارد. این ماده همچنین برای عملکرد طبیعی مغز بایسته‌است. منگنز جزئی از ترکیب منگنز سوپراکسید دیسموتاز (MnSOD) است. این ترکیب یک آنتی اکسیدانت است که بدن را از رادیکال‌های آزاد نگهداری می‌کند. به دست آوردن مقدار کافی منگنز از رژیم غذایی، کار ساده‌ای است.

کاربردها

منگنز در کاربردهای اصلی خود در متالورژی جایگزین مناسب و رضایت‌بخشی ندارد. در کاربردهای جزئی (به عنوان مثال، فسفات منگنز)، روی و گاهی وانادیوم جایگزین‌های مناسبی هستند.

باتری‌ها

از دی‌اکسید منگنز در ساخت باتری‌های قلیایی (آلکالاین) و از تترا اکسید منگنز در ساخت باتری‌های روی-کربن استفاده می‌شود.

فولاد

منگنز به دلیل خواص تثبیت کنندگی گوگرد، اکسیدکنندگی و آلیاژسازی آن برای تولید آهن و فولاد ضروری است. فولادسازی به همراه آهن سازی عمده‌ترین کاربرد منگنز در صنعت می‌باشد و حدود ۸۵ تا ۹۰٪ از تقاضا را به خود اختصاص داده‌است. منگنز جزء اصلی ساخت فولاد زنگ نزن ارزان قیمت است.

کاربرد منگنز در کشاورزی

منگنز در طبیعت به فرم‌های ۲، ۳، ۴، ظرفیتی وجود دارد. منگنزهای محلول در خاک و منگنزهای جذب شده به کلوئیدها عموماً ۲ ظرفیتی هستند. هر قدر پراکندگی اکسیدهای منگنز در خاک ظریف تر باشد. قابلیت جذب آن بهتر است. منگنزهای ۲ ظرفیتی و منگنزهایی که به آسانی احیائ می‌شوند. منگنز قابل جذب و فعال هستند.. هر قدر تهویه خاک نامناسب تر باشد احیائ ترکیبات چند ظرفیتی به ۲ ظرفیتی بیشتر است و باعث آزاد شدن منگنز فعال و حتی مسمومیت می‌گردد. کودهای حیوانی که در عمق خاک قرار می‌گیرند، و همچنین تولیدات متابولیسمی میکروارگانیسم‌ها به خصوص میکروارگانیسم‌های غیر هوازی می‌توانند منگنز فعال تری ایجاد نمایند. غرقابی شدن خاک‌ها نیز باعث آزاد سازی منگنز تا حد مسمومیت می‌گردد. با افزایش PH خاک مقدار منگنز محلول در هر یک از واحدهای PH به شدت کاهش می‌یابد. برای قابلیت جذب منگنز در خاک، علاوه بر PH و فعالیت میکروارگانیسم‌ها، فاکتور آب نیز اهمیت زیادی دارد. به همین دلیل درز سال‌های پرباران قابلیت جذب منگنز بیشتر می‌باشد. آهک و PH بالا جذب منگنز را کمتر نموده و دادن کودهای اسیدی یا کاهش PH می‌تواند جذب منگنز را فعال تر نماید.

جذب و پراکندگی و نقش منگنز در گیاه

منگنز می‌تواند با توجه به فعالیت جذب آن در محیط غذایی با شدت‌هایی مختلف توسط گیاهان جذب شود و قدرت جذب در هر یک از انواع مختلف گیاهان تفاوت دارد. منیزیم، کلسیم و آهن از جذب منگنز جلوگیری می‌کنند. تحرک منگنز در گیاه به ویژه هنگام عدم تغذیه کافی با سیلیسیم کم است و به عقیده وان گور و ویرسما منگنز نمی‌تواند به آوندهای آبکش منتقل گردد. منگنز مشابه با منیزیم می‌تواند آنزیم‌های زیادی را فعال نماید مکانیزم تأثیر آن در فرایندهای فسفری لیزاسیون مشابه منیزیم است. ویژگی منگنز در فعال نمودن RNA پلی مراز در کلروپلاست بیشتر از منیزیم است.

تغذیه گیاهان با منگنز

در اغلب خاک‌ها منگنز به حد کافی وجود دارد. در خاک‌های مردابی پست و حاوی آهک زیاد، به دلیل PH بالا ممکن است کمبود منگنز وجود داشته باشد. در این گونه خاک‌ها کود دهی منگنز بسیار مشکل و اغلب باعث تثبیت آن می‌گردد؛ بنابراین در وهله اول بایستی PH خاک را پایین آورد دادن گوگرد توأم با کود حیوانی، مصرف کودهای سولفاته مانند سولفات آمونیوم و همچنین گچ می‌تواند PH را تعدیل و جذب منگنز را بیشتر نماید.

کمبودها

کمبود منگنز می‌تواند تأثیر منفی بر روی فتوسنتز و همچنین آسیمیلاسیون کربن دی‌اکسید فسفری لیزاسیون و احیاء سولفات‌ها و نیترات‌ها گذارد و موجب تجمع نیترات در گیاه می‌شود؛ و همچنین مسمومیت آن باعث تجزیه اکسین شده و ریشه گیاه را تحت تأثیر قرار داده و رشد آن را کم می‌کند و در نتیجه باعث کاهش رشد در قسمت‌های انتهایی و اصلی ریشه و افزایش ساقه‌های فرعی نابجا می‌شود. کلروپلاست‌ها در مقایسه با سایر اندامک‌های سلولی به کمبود منگنز حسیاسیت بیشتری نشان می‌دهند. تولید آن‌ها دچار اختلال می‌شود و در جوان‌ترین برگ‌ها لکه‌های کلروزی بین رگبرگ‌ها به وجود می‌آید.

نوع و زمان مصرف کودهای محتوی منگنز

از کودهای مهم منگنز می‌توان سولفات منگنز را نام برد؛ که هم به صورت خاکی و هم به صورت محلول پاشی به کار می‌رود. رایج‌ترین کود منگنز با ۱۶ یا ۲۶ درصد منگنز است. این کود در خاک‌های آهکی قابل مصرف است. اکسید منگنز با حدود ۷۰ درصد منگنز خالص به دلیل حلالیت محدود فقط در خاک‌های اسیدی قابل مصرف است؛ و در خاک‌های آهکی ایران کاربردی ندارد. منابع دیگر این کود مثل Mn EDTA با ۱۲ درصد منگنز نیز در دسترس است که با توجه به قیمت بالای این کلات، مصرف آن در شرایط کمبود، به صورت برگپاشی توصیه می‌شود.

سولفات منگنز

منگنز نقش کلیدی در تشکیل کلروپلاست و سیستم‌های آنزیمی گیاه داشته و مصرف این کود، باعث فتوسنتز گیاه و افزایش تولید محصول خواهد شد. منگنز فعال‌کننده تعداد زیادی آنزیمه در انسان است. آهکی بودن خاک‌ها، PH بالا، ماده آلی کم و مصرف نامتعادل کودها از عواملی هستند که قابلیت استفاده این عنصر را برای گیاهان محدود کرده و خسارات جبران ناپذیری را بر میزان تولید و کیفیت محصولات وارد می‌کنند. علائم و عوارض ناشی از کمبود این عنصر در اکثر نقاط ایران و در اغلب محصولات به چشم می‌خورد. استفاده از کودهای شیمیایی حاوی این عنصر به خصوص همراه ماده آلی، گوگرد و باکتری‌های مربوطه، باعث بهبود شرایط تغذیه ای گیاهان شده و بسیاری از نارسایی‌های تغذیه ای را برطرف می‌سازد.

روش، زمان و مقدار مصرف

کمبود منگنز در خاک‌های آهکی با pH بالا و خصوصاً با بافت سبک در اکثر نقاط ایران و محصولات گزارش شده‌است. مصرف کودهای حاوی منگنز در این اراضی به تدریج عوارض ناشی از کمبود را برطرف کرده و میزان کلروفیل، فتوسنتز و عملکرد را فازایش خواهد داد. این کود از طریق جایگزینی عمقی (موضعی، چالکود، نواری) و محلول پاشی قابل مصرف است. در خاک‌های سبک با آب آبیاری نیز قابل مصرف می‌باشد. ا اما تحت این شرایط بازیافت آن کمتر خواهد بود.

درختان

در زمستان در قسمت میانی سایه انداز به همراه کود حیوانی و گوگرد به صورت چال‌کود یا کانال‌کود به میزان ۲۰۰–۳۰۰ گرم به ازای هر درخت بارور مصرف می‌شود.

نباتات زراعی

هنگام تهیه بستر بذر همراه با سایر کودهای زمستانه به میزان ۶۰ کیلوگرم در هکتار زیر خاک مصرف می‌شود.

محلول پاشی

در درختان میوه به نسبت ۳ تا ۴ در هزار و در محصولات زراعی به نسبت ۲تا ۳ در هزار محلول پاشی می‌شود.

منابع

↑ Meija, J.; et al. (2016). "Atomic weights of the elements 2013 (IUPAC Technical Report)". شیمی محض و کاربردی(نشریه). 88 (3): 265–91. doi:10.1515/pac-2015-0305.
↑ "bizešk". Britanica (به انگلیسی).
↑ [پزشکی ماده معدنی منگنز].
↑ Roth, Jerome; Ponzoni, Silvia; Aschner, Michael. "Chapter 6 Manganese Homeostasis and Transport". In Lucia Banci (ed.). Metallomics and the Cell (به انگلیسی). Vol. 12. Springer.
↑ Holleman, Arnold F.; Wiberg, Egon; Wiberg, Nils (1985). "Mangan". Lehrbuch der Anorganischen Chemie (به آلمانی) (91–100 ed.). Walter de Gruyter. pp. 1110–1117. ISBN 3-11-007511-3.
↑ Lide, David R. (2004). Magnetic susceptibility of the elements and inorganic compounds, in Handbook of Chemistry and Physics (PDF). CRC press. ISBN 0-8493-0485-7. Archived from the original on 3 March 2011. Retrieved 24 April 2015.
↑ Audi, Georges; Bersillon, O.; Blachot, J.; Wapstra, A.H. (2003). "The NUBASE Evaluation of Nuclear and Decay Properties". Nuclear Physics A. Atomic Mass Data Center. 729: 3–128. Bibcode:2003NuPhA.729....3A. doi:10.1016/j.nuclphysa.2003.11.001.
↑ Schaefer, Jeorg; Faestermann, Thomas; Herzog, Gregory F.; Knie, Klaus; Korschinek, Gunther; Masarik, Jozef; Meier, Astrid; Poutivtsev, Michail; Rugel, Georg; Schlüchter, Christian; Serifiddin, Feride; Winckler, Gisela (2006). "Terrestrial manganese-53 – A new monitor of Earth surface processes". Earth and Planetary Science Letters. 251 (3–4): 334–345. Bibcode:2006E&PSL.251..334S. doi:10.1016/j.epsl.2006.09.016.
↑ USGS Mineral Commodity Summaries 2009
↑ Verhoeven, John D. (2007). Steel metallurgy for the non-metallurgist. Materials Park, Ohio: ASM International. pp. 56–57. ISBN 978-0-87170-858-8.
↑ Zhang, Wensheng; Cheng, Chu Yong (2007). "Manganese metallurgy review. Part I: Leaching of ores/secondary materials and recovery of electrolytic/chemical manganese dioxide". Hydrometallurgy. 89 (3–4): 137–159. doi:10.1016/j.hydromet.2007.08.010.
↑ Manganese USGS 2006
↑ «تغذیه گیاهان رابط آب، خاک و گییاه» (به ایران). اداره نشر و تصویر چهاد کشاورزی استان یزد. بهار83.
↑ ملکوتی، محمدجعفر (۱۳۹۴). توصیه بهینه مصرف کود برای ممحصولات کشاورزی در ایران. انتشارات مبلغان. شابک ۹۷۸-۹۶۴-۲۶۱۴-۹۵-۰.

[CIAAW2016-1] Meija, J.; et al. (2016). "Atomic weights of the elements 2013 (IUPAC Technical Report)". شیمی محض و کاربردی(نشریه). 88 (3): 265–91. doi:10.1515/pac-2015-0305.

[Britanica-2] "bizešk". Britanica (به انگلیسی).

[DBA-3] [پزشکی ماده معدنی منگنز].

[4] Roth, Jerome; Ponzoni, Silvia; Aschner, Michael. "Chapter 6 Manganese Homeostasis and Transport". In Lucia Banci (ed.). Metallomics and the Cell (به انگلیسی). Vol. 12. Springer.

[Holl-5] Holleman, Arnold F.; Wiberg, Egon; Wiberg, Nils (1985). "Mangan". Lehrbuch der Anorganischen Chemie (به آلمانی) (91–100 ed.). Walter de Gruyter. pp. 1110–1117. ISBN 3-11-007511-3.

[magnet-6] Lide, David R. (2004). Magnetic susceptibility of the elements and inorganic compounds, in Handbook of Chemistry and Physics (PDF). CRC press. ISBN 0-8493-0485-7. Archived from the original on 3 March 2011. Retrieved 24 April 2015.

[Audi-7] Audi, Georges; Bersillon, O.; Blachot, J.; Wapstra, A.H. (2003). "The NUBASE Evaluation of Nuclear and Decay Properties". Nuclear Physics A. Atomic Mass Data Center. 729: 3–128. Bibcode:2003NuPhA.729....3A. doi:10.1016/j.nuclphysa.2003.11.001.

[8] Schaefer, Jeorg; Faestermann, Thomas; Herzog, Gregory F.; Knie, Klaus; Korschinek, Gunther; Masarik, Jozef; Meier, Astrid; Poutivtsev, Michail; Rugel, Georg; Schlüchter, Christian; Serifiddin, Feride; Winckler, Gisela (2006). "Terrestrial manganese-53 – A new monitor of Earth surface processes". Earth and Planetary Science Letters. 251 (3–4): 334–345. Bibcode:2006E&PSL.251..334S. doi:10.1016/j.epsl.2006.09.016.

[USGSMCS2009-9] USGS Mineral Commodity Summaries 2009

[10] Verhoeven, John D. (2007). Steel metallurgy for the non-metallurgist. Materials Park, Ohio: ASM International. pp. 56–57. ISBN 978-0-87170-858-8.

[hydrometI-11] Zhang, Wensheng; Cheng, Chu Yong (2007). "Manganese metallurgy review. Part I: Leaching of ores/secondary materials and recovery of electrolytic/chemical manganese dioxide". Hydrometallurgy. 89 (3–4): 137–159. doi:10.1016/j.hydromet.2007.08.010.

[MangUSGS2006-12] Manganese USGS 2006

[:0-13] «تغذیه گیاهان رابط آب، خاک و گییاه» (به ایران). اداره نشر و تصویر چهاد کشاورزی استان یزد. بهار83.

[:1-14] ملکوتی، محمدجعفر (۱۳۹۴). توصیه بهینه مصرف کود برای ممحصولات کشاورزی در ایران. انتشارات مبلغان. شابک ۹۷۸-۹۶۴-۲۶۱۴-۹۵-۰.