Manganez

Vikipedi, özgür ansiklopedi
(Mangan sayfasından yönlendirildi)

Mangan (Mn)

H Periyodik tablo He
Li Be B C N O F Ne
Na Mg Al Si P S Cl Ar
K Ca Sc Ti V Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn Ga Ge As Se Br Kr
Rb Sr Y Zr Nb Mo Tc Ru Rh Pd Ag Cd In Sn Sb Te I Xe
Cs Ba   Hf Ta W Re Os Ir Pt Au Hg Tl Pb Bi Po At Rn
Fr Ra   Rf Db Sg Bh Hs Mt Ds Rg Cn Nh Fl Mc Lv Ts Og  
  La Ce Pr Nd Pm Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu
  Ac Th Pa U Np Pu Am Cm Bk Cf Es Fm Md No Lr  


Temel özellikleri
Atom numarası 25
Element serisi Geçiş metalleri
Grup, periyot, blok 7B, 4, d
Görünüş metalik
Mangan
Kütle numarası 54.938045 g/mol
Elektron dizilimi [Ar] 4s23d5
Enerji seviyesi başına
Elektronlar
2, 8, 13, 2
CAS kayıt numarası 7439-96-5
Fiziksel Özellikleri
Maddenin hâli katı
Yoğunluk 7.21 g/cm³
Sıvı hâldeki yoğunluğu 5.95 g/cm³
Ergime noktası 1519 °K
1246 °C
Kaynama noktası 2334 °K
2061 °C
Ergime ısısı 12.91 kJ/mol
Buharlaşma ısısı 221 kJ/mol
Isı kapasitesi 26.32 J/(mol·K)
Atom özellikleri
Kristal yapısı Hacim Merkezli Kübik Kafes
Yükseltgenme seviyeleri 7, 6, 5, 4, 3, 2, 1, -1, -2, -3
Elektronegatifliği 1,55 Pauling ölçeği
İyonlaşma enerjisi 717.3 kJ/mol
Atom yarıçapı 127] pm
Atom yarıçapı (hes.) pm
Kovalent yarıçapı 139±5 pm
Van der Waals yarıçapı pm
Diğer özellikleri
Elektrik direnci 1.44 µ nΩ·m (20°C'de)
Isıl iletkenlik 7.81 W/(m·K)
Isıl genleşme 21.7 µm/(m·K) (25°C'de)
Ses hızı 5150 m/s (20 C'de)
Mohs sertliği 6,0
Vickers sertliği MPa
Brinell sertliği 196 MPa
Elektrolizle arıtılmış (%99,99) saflıkta mangan parçaları ve karşılaştırma için yüksek saflıkta (%99,99 = 4N) 1 cm³ hacminde mangan küpü.
Bir manganez filizi olan manganez oksidi

Mangan veya Manganez kimyasal bir elementtir. Simgesi Mn ve atom numarası 25'tir.

Sert, kırılgan, gümüşi bir metaldir ve genellikle doğada minerallerde demirle birlikte bulunur.

Manganez ilk kez 1774'de manganez dioksit bileşiğinden karbonun indirgenmesi neticesinde elde edilmiştir.

Manganez, özellikle paslanmaz çeliklerde çok yönlü endüstriyel alaşım kullanımına sahip bir geçiş metalidir. Mukavemeti, işlenebilirliği ve aşınma direncini artırır. Çeliğin dayanımını geliştiren bir alaşım elementidir. Bu özelliği içinde bulunan karbon miktarına bağlıdır. Yüksek karbonlu çeliklerde manganın etkisi sertlik ve dayanımı artırır. Çelikteki aşınma ve paslanmanın önlenmesinde kullanılır.

Manganez oksit, oksitleyici madde olarak kullanılır. Kauçuk katkı maddesi olarak, cam yapımında, gübrelerde ve seramikte kullanılır. Manganez sülfat fungisit olarak kullanılabilir.

Manganez aynı zamanda makro besin metabolizmasında, kemik oluşumunda ve serbest radikal savunma sistemlerinde önemli temel bir insan beslenme elementidir. Düzinelerce protein ve enzimin kritik bileşenidir.[1] Çoğunlukla kemiklerde, aynı zamanda karaciğer, böbrekler ve beyinde de bulunur.[2] İnsan beyninde manganez, manganez metaloproteinlerine, özellikle de astrositlerdeki glutamin sentetazına bağlanır.

Laboratuarda koyu menekşe tuzu potasyum permanganat formunda tanıdıktır. Bazı enzimlerin aktif bölgelerinde meydana gelir.[3] Özellikle ilgi çekici olan, bitkiler tarafından oksijen üretiminde oksijen geliştiren kompleks olan Mn-O kümesinin kullanılmasıdır. Manganez iyonları çok çeşitli enzimlerde ve fotosentetik bitkilerde yer alabilir. Yüksek seviyelerde manganez memelilerde zehirlenme etkisi yapar.

Periyodik tablonun 7-B grubundadır. Elementler için kullanılan periyodik yapı A B olarak adlandırılmıştır.

Manganez adını Yunanistan'ın magnezya bölgesinden almıştır.

Endüstride oksitlenme aşamasına göre birçok farklı renk alabilen element renklendirici olarak da kullanılmaktadır.

Çinko karbon ve alkalinli pillerin üretiminde kullanılan önemli bir elementtir.

Özellikler[değiştir | kaynağı değiştir]

Fiziksel özellikler[değiştir | kaynağı değiştir]

Manganez demire benzeyen gümüşi gri bir metaldir. Sert ve çok kırılgandır, kaynaşması zordur, ancak oksitlenmesi kolaydır.[4] Manganez metali ve ortak iyonları paramanyetiktir.[5] Manganez havada yavaşça kararır ve çözünmüş oksijen içeren sudaki demir gibi oksitlenir ("paslanır").

İzotoplar[değiştir | kaynağı değiştir]

Doğal olarak oluşan manganez, 55Mn adlı kararlı bir izotoptan oluşur.

Atom ağırlığı 46 u ile (46Mn) 72 u (72Mn) arasında değişen çeşitli radyoizotoplar izole edilmiş ve açıklanmıştır. En kararlı olanları 3,7 milyon yıllık yarılanma ömrüne sahip 53Mn, 312,2 günlük yarılanma ömrüne sahip 54Mn ve 5.591 günlük yarılanma ömrüne sahip 52Mn'dir. Geriye kalan tüm radyoaktif izotopların yarılanma ömürleri üç saatten kısa, çoğunluğu ise bir dakikadan azdır.

En bol bulunan kararlı izotop olan 55Mn'den daha hafif olan izotoplardaki birincil bozunma modu, elektron yakalamadır ve daha ağır izotoplardaki birincil bozunma modu, beta bozunmasıdır.[6] Manganezin ayrıca üç meta durumu vardır.[6]

Manganez, süpernova patlamasından kısa süre önce büyük yıldızlarda sentezlendiği düşünülen demir element grubunun bir parçasıdır.[7]

53Mn, 3,7 milyon yıllık yarılanma ömrüyle 53Cr'ye bozunur. Nispeten kısa yarılanma ömrü nedeniyle, 53Mn nispeten nadirdir ve kozmik ışınların demire çarpmasıyla üretilir.[8] Manganez izotop içerikleri tipik olarak krom izotop içerikleriyle birleştirilir ve izotop jeolojisi ve radyometrik tarihlemede uygulama alanı bulmuştur.

Mn-Cr izotop oranları, Güneş Sisteminin erken tarihi için 26Al ve 107Pd'den elde edilen kanıtları güçlendirmektedir. Çeşitli meteoritlerden 53Cr/52Cr ve Mn/Cr oranlarındaki değişiklikler, başlangıçta 53Mn/55Mn oranını akla getirir; bu da Mn-Cr izotopik bileşiminin, farklılaşmış gezegen cisimlerindeki 53Mn'nin in situ bozunmasından kaynaklanması gerektiğini gösterir. Dolayısıyla 53Mn, Güneş Sisteminin birleşmesinden hemen önceki nükleosentetik süreçlere ilişkin ek kanıtlar sağlar.[9][10][11][12]

Allotroplar[değiştir | kaynağı değiştir]

Bir α-Mn kristalinin birim hücresi
Bir β-Mn kristalinin birim hücresi

Katı manganezin art arda daha yüksek sıcaklıklarda oluşan α, β, γ ve δ olarak etiketlenmiş dört allotropu (yapısal form) bilinmektedir. Hepsi metalik, standart basınçta kararlı ve kübik kristal kafese sahiptir, ancak atom yapıları bakımından çok farklıdırlar.[13][14][15]

Alfa manganez (α-Mn) oda sıcaklığında denge fazıdır. Vücut merkezli kübik bir kafese sahiptir ve dört farklı tipte hücre başına 58 atom (ilkel birim hücre başına 29 atom) içeren çok karmaşık bir birim hücreye sahip olması nedeniyle element metalleri arasında alışılmadık bir durumdur.[13][16] Oda sıcaklığında paramanyetiktir ve 95 K (-178 °C; -288,4 °F) altındaki sıcaklıklarda antiferromanyetiktir.[17]

Manganın faz diyagramı[13]

Beta manganez (β-Mn), 973 K (700 °C; 1292 °F) geçiş sıcaklığının üzerine ısıtıldığında oluşur. İki tip bölgede birim hücre başına 20 atomlu ilkel kübik yapılı olması diğer element metalleri kadar karmaşıktır.[18] Hızlı söndürme ile oda sıcaklığında kolayca yarı kararlı bir faz olarak elde edilir. Ölçülen en düşük sıcaklığa (1.1 K) kadar paramanyetik kalarak manyetik sıralama göstermez.[18][19][20]

Vücut metabolizmasına etkileri[değiştir | kaynağı değiştir]

Vücutta protein sentezlenmesinde, sindirimde ve besinlerden enerji üretilmesinde görev alan önemli minerallerin içinde bulunan etkili bir elementtir. Eksikliğinde sürekli yorgunluk, hafıza problemleri, kısırlık, kilo kaybı, özellikle çocuklarda ve bebeklerde büyüme geriliği gibi belirtiler görülür. Mangan bitkiler için de çok önemli bir elementtir ve günümüz modern tarım sektöründe vazgeçilmez bir gübre içeriğidir.

Uygulamalar[değiştir | kaynağı değiştir]

Manganez, metalurjideki ana uygulamalarında memnuin edici bir yerine geçen malzeme yoktur.[21] Küçük uygulamalarda (örneğin, manganez fosfatlama) ise çinko ve bazen de vanadyum uygun ikamelerdir.

Çelik[değiştir | kaynağı değiştir]

U.S. M1917 savaş miğferi, Brodie miğferi'nin bir çeşidi, Hadfield çeliği manganez alaşımından yapılmıştır.

Dövülebilirliğini geliştirmek için fazla çözünmüş oksijen, kükürt ve fosforu uzaklaştırmak için ilk olarak 1856'da çeliğe manganı Spiegeleisen şeklinde katan İngiliz metalurji uzmanı Robert Forester Mushet (1811-1891) tarafından tanınan Manganez, kükürtü sabitleme, oksitsizleştirme ve alaşımlama özellikleri nedeniyle demir ve çelik üretiminde gereklidir.

Çelik üretimi,[22] demir üretim bileşeni dahil, manganez talebinin çoğunu karşılar ki halen toplam talebin %85 ila %90'ı aralığındadır.[23] Manganez, az maliyetli paslanmaz çeliğin önemli bir bileşenidir.[24][25] Çoğunlukla ferromanganez (genellikle yaklaşık %80 manganez) modern proseslerde ara maddedir.

Az miktarlarda manganez, yüksek sıcaklıkta eriyen sülfür oluşturarak ve tanecik sınırlarında sıvı demir sülfür oluşumunu önleyerek çeliğin yüksek sıcaklıkta işlenebilirliğini artırır. Manganez içeriği %4'e ulaşırsa, çeliğin gevrekleşmesi baskın özellik haline gelir. Gevreklik, daha yüksek mangan konsantrasyonlarında azalır ve %8'de kabul edilebilir bir düzeye ulaşır.

%8 ila %15 manganez içeren çeliğin 863 MPa'ya kadar yüksek çekme mukavemeti vardır.[26][27] %12 manganlı çelik 1882'de Robert Hadfield tarafından keşfedildi ve hala Hadfield çeliği (mangalloy) olarak bilinir. İngiliz ordusu için çelik kaskların yapımında ve daha sonra ABD ordusunca kullanıldı.[28]

Alüminyum alaşımları[değiştir | kaynağı değiştir]

Manganez için ikinci büyük uygulama alüminyum alaşımlarındadır. Kabaca %1.5 manganlı alüminyum, galvanik korozyona yol açabilecek yabancı maddeleri emen tanecikler yoluyla korozyona karşı direnci artırmıştır.[29] Korozyona dayanıklı alüminyum alaşımları 3004 ve 3104 (%0.8 ila 1.5 manganez) çoğu içecek kutuları için kullanılır.[30] 2000'den önce, bu alaşımların 1.6 milyondan ton'undan fazlası kullanıldı; %1 manganezde bu miktar 16,000 ton manganez 'e karşılık gelir.[30]

Kaynakça[değiştir | kaynağı değiştir]

  1. ^ Kaynak hatası: Geçersiz <ref> etiketi; Erikson-2019 isimli refler için metin sağlanmadı (Bkz: Kaynak gösterme)
  2. ^ Kaynak hatası: Geçersiz <ref> etiketi; Emsley2001 isimli refler için metin sağlanmadı (Bkz: Kaynak gösterme)
  3. ^ Roth, Jerome; Ponzoni, Silvia; Aschner, Michael (2013). "Manganese Homeostasis and Transport". Banci, Lucia (Ed.). Metallomics and the Cell. Metal Ions in Life Sciences. 12. Springer. ss. 169-201. doi:10.1007/978-94-007-5561-1_6. ISBN 978-94-007-5560-4. PMC 6542352 $2. PMID 23595673.  Electronic-book 978-94-007-5561-1.
  4. ^ Holleman, Arnold F.; Wiberg, Egon; Wiberg, Nils (1985). "Mangan". Lehrbuch der Anorganischen Chemie (Almanca) (91–100 bas.). Walter de Gruyter. ss. 1110-1117. ISBN 978-3-11-007511-3. 
  5. ^ Lide, David R. (2004). Magnetic susceptibility of the elements and inorganic compounds, in Handbook of Chemistry and Physics. CRC press. ISBN 978-0-8493-0485-9. 17 Aralık 2019 tarihinde kaynağından arşivlendi. Erişim tarihi: 7 Eylül 2019. 
  6. ^ a b NUBASE2016
  7. ^ Clery, Daniel (4 Haziran 2020). "The galaxy's brightest explosions go nuclear with an unexpected trigger: pairs of dead stars". Science. 8 Nisan 2023 tarihinde kaynağından arşivlendi. Erişim tarihi: 26 Temmuz 2021. 
  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. 
  9. ^ Birck, J.; Rotaru, M.; Allègre, C. (1999). "53Mn-53Cr evolution of the early solar system". Geochimica et Cosmochimica Acta. 63 (23–24): 4111-4117. Bibcode:1999GeCoA..63.4111B. doi:10.1016/S0016-7037(99)00312-9. 
  10. ^ Lugmair, G.; Shukolyukov, A. (1998). "Early solar system timescales according to 53Mn-53Cr systematics". Geochimica et Cosmochimica Acta. 62 (16): 2863-2886. Bibcode:1998GeCoA..62.2863L. doi:10.1016/S0016-7037(98)00189-6. 
  11. ^ Shukolyukov, Alexander; Lugmair, Günter W. (2000). "On The 53Mn Heterogeneity In The Early Solar System". Space Science Reviews. 92: 225-236. Bibcode:2000SSRv...92..225S. doi:10.1023/A:1005243228503. 
  12. ^ Trinquier, A.; Birck, J.; Allègre, C.; Göpel, C.; Ulfbeck, D. (2008). "53Mn–53Cr systematics of the early Solar System revisited". Geochimica et Cosmochimica Acta. 72 (20): 5146-5163. Bibcode:2008GeCoA..72.5146T. doi:10.1016/j.gca.2008.03.023. 
  13. ^ a b c Young, D.A. (1975). "Phase diagrams of the elements". International Nuclear Information System. LNL: 15. Erişim tarihi: 30 Ocak 2023. 
  14. ^ Dhananjayan, N.; Banerjee, T. (1969). Crystallographic modifications of manganese and their transformation characteristics. Chapter 1 of: Structure of Electro-Deposited Manganese. CSIR-NML. ss. 3-28. 9 Temmuz 2023 tarihinde kaynağından arşivlendi. Erişim tarihi: 8 Nisan 2024. 
  15. ^ Kemmitt, R. D. W.; Peacock, R. D. (1973). The Chemistry of Manganese, Technetium and Rhenium. Pergamon Texts in Inorganic Chemistry. Saint Louis: Elsevier Science. s. 778. ISBN 978-1-4831-3806-0. OCLC 961064866. 
  16. ^ Bradley, A.J.; Thewlis, J. (1927). "The crystal structure of α-manganese". Proceedings of the Royal Society of London, Series A. 115 (771): 456-471. Bibcode:1927RSPSA.115..456B. doi:10.1098/rspa.1927.0103. ISSN 0950-1207. 
  17. ^ Lawson, A. C.; Larson, Allen C.; Aronson, M. C.; ve diğerleri. (1994). "Magnetic and crystallographic order in α-manganese". J. Appl. Phys. 76 (10): 7049-7051. Bibcode:1994JAP....76.7049L. doi:10.1063/1.358024. ISSN 0021-8979. 
  18. ^ a b Prior, Timothy J; Nguyen-Manh, Duc; Couper, Victoria J; Battle, Peter D (2004). "Ferromagnetism in the beta-manganese structure: Fe1.5Pd0.5Mo3N". Journal of Physics: Condensed Matter. 16 (13): 2273-2281. Bibcode:2004JPCM...16.2273P. doi:10.1088/0953-8984/16/13/008. ISSN 0953-8984. 
  19. ^ Funahashi, S.; Kohara, T. (1984). "Neutron diffuse scattering in β-manganese". J. Appl. Phys. 55 (6): 2048-2050. Bibcode:1984JAP....55.2048F. doi:10.1063/1.333561. ISSN 0021-8979. 
  20. ^ Duschanek, H.; Mohn, P.; Schwarz, K. (1989). "Antiferromagnetic and ferromagnetic gamma-manganese generalisation of the fixed-spin-moment method". Physica B: Condensed Matter. 161 (1–3): 139-142. doi:10.1016/0921-4526(89)90120-8. ISSN 0921-4526. 
  21. ^ Kaynak hatası: Geçersiz <ref> etiketi; USGSMCS2009 isimli refler için metin sağlanmadı (Bkz: Kaynak gösterme)
  22. ^ Verhoeven, John D. (2007). Steel metallurgy for the non-metallurgist. Materials Park, Ohio: ASM International. ss. 56-57. ISBN 978-0-87170-858-8. 
  23. ^ Kaynak hatası: Geçersiz <ref> etiketi; hydrometI isimli refler için metin sağlanmadı (Bkz: Kaynak gösterme)
  24. ^ Manganese USGS 2006
  25. ^ Dastur, Y. N.; Leslie, W. C. (1981). "Mechanism of work hardening in Hadfield manganese steel". Metallurgical Transactions A. 12 (5): 749-759. Bibcode:1981MTA....12..749D. doi:10.1007/BF02648339. 
  26. ^ Stansbie, John Henry (2007). Iron and Steel. Read Books. ss. 351-352. ISBN 978-1-4086-2616-0. 20 Kasım 2021 tarihinde kaynağından arşivlendi. Erişim tarihi: 6 Haziran 2022. 
  27. ^ Brady, George S.; Clauser, Henry R.; Vaccari. John A. (2002). Materials Handbook: an encyclopedia for managers, technical professionals, purchasing and production managers, technicians, and supervisors. New York, NY: McGraw-Hill. ss. 585-587. ISBN 978-0-07-136076-0. 22 Kasım 2021 tarihinde kaynağından arşivlendi. Erişim tarihi: 6 Haziran 2022. 
  28. ^ Tweedale, Geoffrey (1985). "Sir Robert Abbott Hadfield F.R.S. (1858–1940), and the Discovery of Manganese Steel Geoffrey Tweedale". Notes and Records of the Royal Society of London. 40 (1): 63-74. doi:10.1098/rsnr.1985.0004Özgürce erişilebilir. JSTOR 531536. 
  29. ^ "Chemical properties of 2024 aluminum allow". Metal Suppliers Online, LLC. 28 Haziran 2002 tarihinde kaynağından arşivlendi. Erişim tarihi: 30 Nisan 2009. 
  30. ^ a b Kaufman, John Gilbert (2000). "Applications for Aluminium Alloys and Tempers". Introduction to aluminum alloys and tempers. ASM International. ss. 93-94. ISBN 978-0-87170-689-8.