锰是一种化学元素,它的化学符号是Mn,它的原子序数是25,是一种银灰色的过渡金属。  

基本性质

  元素符号:Mn
锰
     锰
  英文名称:Manganese
  元素原子量:54.94
  化合价:+1、+2、+3、+4、+5、+6和+7
  元素类型:金属元素
  体积弹性模量:120(GPa)
  原子化焓:280.3 (kJ /mol @25℃)
  热容:26.32 J /(mol· K)导电性:0.0069510^6/(cm ·Ω )
  原子体积:7.39(立方厘米/摩尔)
  元素在太阳中的含量:10(ppm)
  元素在海水中的含量:太平洋表面:0.0001(ppm)
  地壳中含量:950(ppm)
  质子数:25
  中子数:30
  相对原子质量:55
  原子序数:25
  所属周期:4
  所属族数:VIIB
  电子层分布:2-8-13-2
  其它:Mn-3 Na3[Mn(CO)4]
  Mn-1 Na[Mn(CO)5]
  Mn0 Mn Mn2(CO)10 K6[Mn(CN)6]
锰粉
    锰粉
  Mn+1 K5[Mn(CN)6]
  Mn+3 MnF3 K3[Mn(CN)6]
  Mn+4 MnO2 K2[MnF6] MnF4
  Mn+5 Na3MnO4
  Mn+6 MnO42-
  Mn+7 MnO4- MnO3F
  晶体结构:晶胞为体心立方晶胞,每个晶胞含有2个金属原子。
  晶胞参数:
  a = 891.25 pm
  b = 891.25 pm
  c = 891.25 pm
  α = 90° β = 90°
  γ = 90°
  莫氏硬度:6
  电离能 (kJ /mol)
  M - M+ 717.4
  M+ - M2+ 1509.0
锰砂
     锰砂
  M2+ - M3+ 3248.4
  M3+ - M4+ 4940
  M4+ - M5+ 6990
  M5+ - M6+ 9200
  M6+ - M7+ 11508
  M7+ - M8+ 18956
  M8+ - M9+ 21400
  M9+ - M10+ 23960
  声音在其中的传播速率:5150(m/S)  

元素简介

  银白色金属,质坚而脆。密度7.20克/立方厘米。熔点1244℃,沸点2097℃。化合价+2、+3、+4、+6和+7。其中以+2(Mn2+的化合物)、+4(二氧化锰,为天然矿物)和+7(高锰酸盐,如KMnO4)、+6(锰酸盐,如K2MnO4)为稳定的氧化态。在固态状态时它以四种同素异形体存在,α锰(体心立方),β锰(立方体),γ锰(面心立方),δ锰(体心立方)。电离能为7.435电子伏特。在空气中易氧化,生成褐色的氧化物覆盖层。它也易在升温时氧化。氧化时形成层状氧化锈皮,最靠近金属的氧化层是MnO,而外层是Mn3O4。在高于800℃的温度下氧化时,MnO的厚度逐渐增加,而Mn3O4层的厚度减少。在800度以下出现第三种氧化层Mn2O2。在约450℃以下最外面的第四层氧化物MnO2是稳定的。能分解水,易溶于稀酸,并有氢气放出,生成二价锰离子。锰和锰矿是有些极大的分别的。 

发现过程

  18世纪后半瑞典化学家Johann Gahn研究软锰矿时,认为他是一种不同于以往金属的氧化物,但他并没有成功分离。舍勒尝试分离也没有成功,于是他向Johann Gahn的助手,同时也是他好朋友的甘英求助,到了1774年甘英才成功的从锰矿中分离出锰。 并将之命名为Managese(锰)其拉丁语:magnes,意即具磁性的(但只有经过特殊处理的锰才会具有磁性。),及元素符号Mn亦从之而来。
  早在1913年就已知锰是组成动物的重要元素之一,但直到1931年才经由动物实验得知和锰有关的症状。  

元素来源

  以软锰矿 (MnO2), 硬锰矿((Ba.H2O)2Mn5O10)和菱锰矿(MnCO3)等形式存在于自然界中。可用铝热法还原软锰矿制得。  

化合物

  锰以氧化数+2、+4和+7的化合物最重要。
  在酸性溶液中,Mn3+和MnO42-均易发生歧化反应:
  2 Mn3+ + 2 H2O → Mn2+ +MnO2↓ +4 H+
  3 MnO42- + 4 H+ → 2 MnO4- + MnO2↓ + 2H2O
  Mn2+较稳定,不容易被氧化,也不容易被还原。MnO4-和MnO2有强氧化性。在碱性溶液中,Mn(OH)2不稳定,易被空气中的氧气氧化为MnO2;MnO42-也能发生歧化反应,但反应不如在酸性溶液中进行得完全。
  锰的氧化物及其水合物酸碱性的递变规律,是过渡金属中最典型的:随锰的氧化数的升高,酸性逐渐增强。  

元素用途

  冶金工业中用来制造特种钢;钢铁生产上用锰铁合金作为去硫剂和去氧剂。
  锰最重要的用途是制造合金——锰钢。
  锰钢的脾气十分古怪而有趣:如果在钢中加入2.5—3.5%的锰,那么所制得的低锰钢简直脆得象玻璃一样,一敲就碎。然而,如果加入13%以上的锰,制成高锰钢,那么就变得既坚硬又富有韧性。高锰钢加热到淡橙色时,变得十分柔软,很易进行各种加工。另外,它没有磁性,不会被磁铁所吸引。现在,人们大量用锰钢制造钢磨、滚珠轴承、推土机与掘土机的铲斗等经常受磨的构件,以及铁轨、桥梁等。上海新建的文化广场观众厅的屋顶,采用新颖的网架结构,用几千根锰钢钢管焊接而成。在纵76米、横138米的扇形大厅里,中间没有一根柱子。由于用锰钢作为结构材料,非常结实,而且用料比别的钢材省,平均每平方米的屋顶只用45公斤锰钢。1973年兴健的上海体育馆(容纳一万八千人),也同样采用锰钢作为网架屋顶的结构材料。在军事上,用高锰钢制造钢盔、坦克钢甲、穿甲弹的弹头等。炼制锰钢时,是把含锰达60一70%的软锡矿和铁矿一起混合治炼而成的。
  除了锰钢外,锰钢也是重要的锰合金,锰钢含有30%的锰,具有很好的机械强度。由84%的钢、12%的锰和4%的镍组成的“孟加臬”合金(又名锰镍铜齐),它的电阻随温度的改变很小,被用来制造精密的电学仪器。
  锰的重要化合物是二氧化锰。在大自然中,便有大量天然的二氧化锰——软锰矿。人们早在远古时代便知道软锰矿了。二氧化锰是黑构色的粉末。干电池中那些黑色的粉末,便是二氧化锰。二氧化锰能够催化油类的氧化作用,人们常在油漆中加入它,以便加速油漆干燥的速度。人们在制造玻璃时,常往里加入二氧化锰,因为它能消除玻璃的绿色,使绿色玻璃变得无色透明。
  锰的另一重要化合物是高锰酸钾(俗称“灰锰氧”)。高锰酸钾是紫色针状晶体。只要加入一点儿高锰酸钾,便足以使一大桶水变成紫色。高锰酸钾是很强的氧化剂,能杀菌。在公共场所的茶缸旁,常放着一桶紫色的消毒用水,人们称之为“灰锰水”,其实,这就是高锰酸钾溶液,浓度为千分之一。不过,这种水不能喝进肚里,因为它有催吐作用,在医学上用作洗胃剂和催吐剂。在分析化学上,高锰酸钾常用作氧化剂,著名的高锰酸钾法便是用它作滴定液进行化学分析的。高锰酸钾被还原后,常变成二氧化锰。“灰锰水”用完后,底下常有些黑色的渣子,那便是二氧化锰。
  此外,碳酸锰是重要的白色颜料,俗称“锰白”,而硫酸锰在农业上,则用作种子催芽剂或作“锰肥”——微量元素肥料。
  在动植物体中,锰的含量一般不超过十万分之几。但红蚂蚁体内含锰竟达万分之五,有些细菌含锰甚至达百分之几。人体中含锰为百万分之四,大部分分布在心脏、肝脏和肾脏。锰主要是影响人体的生长、血液的形成与内分泌功能。 

对人体的影响  

·生理功能

  1. 可促进骨骼的生长发育。
葡萄状菱锰
    葡萄状菱锰
  2. 保护细胞中细粒体的完整。
  3. 保持正常的脑功能。
  4. 维持正常的糖代谢和脂肪代谢。
  5. 可改善肌体的造血功能。
  锰功效:消除疲劳,帮助消化;协助肌肉的反射作用;预防骨质疏松症;增强记忆力;缓解神经过敏和烦躁不安。  

·代谢吸收

  全部小肠都能吸收锰。锰的吸收是一种迅速的可饱和过程,很可能是通过一种高亲和性、低容量的主动运输系统和一个不饱和的简单扩散作用完成的。锰的吸收机制有可能包括两个步骤,首先是从肠腔摄取,然后是跨过黏膜细胞输送,两个动力过程同时进行。在吸收过程中锰、与钴竞争相同的吸收部位,三者中任何一个数量高都会抑制另外两个的吸收。锰几乎完全经肠道排泄,仅有微量经尿排泄。吸收的锰经肠道的排泄非常快。  

·过量表现

  有人报告在肝功能受损、胆道不通畅或兼有两者的病人中发现锰中毒,病人的脑MRI检查呈明显异常,中毒减轻后此种异常亦随之改善。
  此外,关于口服毒性问题虽然还没有肯定的结论,但已经有一些报告提示这一问题值得充分重视与研究。例如,有人曾发现神经系统功能障碍者脑中锰浓度高于正常;有暴力行为的人发现锰高于正常。  

·锰缺乏症

  锰缺乏症状可影响生殖能力,有可能使后代先天性畸形,骨和软骨的形成不正常及葡萄糖耐量受损。另外,锰的缺乏可引起神经衰弱综合症,影响智力发育。锰缺乏还将导致胰岛素合成和分泌的降低,影响糖代谢。  

·正常需要

  锰的安全和足够的每日摄入量如下表所示: 日推荐量
  组 别 年龄(岁) 锰(毫克)
  婴 儿 0--0.5 :0.5--0.7
     0.5--1.0 :0.7--1.0
  儿童和青少年 1--3:1.0--1.5
         4--6:1.5--2.0
         7--10:2.0--3.0
         11以上:2.5--5.0
         成 人:2.5--5.0  

·食物来源

  锰的主要食物来源有:糙米、核桃、麦牙、赤糖蜜、莴苣、干菜豆、花生马铃薯大豆向日葵籽、小麦、大麦以及肝等。 

锰中毒

  锰是一种灰白色、硬脆、有光泽的金属,锰广泛存在于自然界中,土壤中含锰0.25%,茶叶小麦及硬壳果实含锰较多。
  接触锰的作业有碎石、采矿、电焊、生产干电池、染料工业等。
  锰是正常机体必需的微量无素之一,它构成体内若干种有重要生理作用的酶,正常每天从食物中摄入锰3-9毫克。
  职业性锰中毒是由于长期吸入含锰深度较高的锰烟及锰尘而致,慢性锰中毒是职业锰中毒的主要类型。多见于锰铁冶炼、电焊条的制造与电焊作业以及锰矿石的开采、粉碎或干电池的生产等作业的工人。
  临床表现:起病缓慢,发病工龄一般5-10年,也有工作20年以上无发病者,这可能与个体敏感有关,早期轻度表现有精神差、失眠、头昏、头痛、无力、四肢酸痛、记忆力减退等症状,有的人易激动、话多、好哭等情绪改变,常有食欲不好、恶心、流涎、上腹不适、性欲减退或阳痿、多汗等,四肢有时麻木、疼痛、两腿沉重无力。
  中度中毒除上述症状外,感觉两腿发沉、苯拙、走路速度减慢、易于跌倒、语言不清、口吃、做精细动作困难。重度中毒以上症状加重,四肢僵直、说知含糊不清,下颌、唇、舌出现震颤;写字试验时字越写越小,叫“书写过小症”;精神症状为自主的哭笔、记忆力减退、智能下降。
  如被确诊为慢性锰中毒,应脱离锰作业,到医院进行驱锰治疗,驱锰药有依地酸钙、二巯基丁二酸钠,神经衰弱症状用中药调节。
  矿山开采、爆破、粉碎、筛选等过程用湿式作业,如水风钻进行钻孔、水封爆破、喷雾降尘减少粉尘飞扬。车间采取机械通风或自然通风,减少空缺陷中锰尘浓度,焊剂、焊条、蓄电池生产过程中拌料、过筛等,采取密闭和吸尘装置,避免锰尘飞扬。加强个人防护,载滤膜口罩,饭前注意清洗,预防性体检,早发现早治疗。 

锰矿

 
锰矿
     锰矿
  中国锰矿资源较多,分布广泛,在全国21个省(区)均有产出;有探明储量的矿区213处,总保有储量矿石5.66亿吨,居世界第3位。中国富锰矿较少,在保有储量中仅占6.4%。从地区分布看,以广西、湖南为最丰富,占全国总储量的55%;贵州、云南、辽宁、四川等地次之。从矿床成因类型来看,以沉积型锰矿为主,如广西下雷锰矿、贵州遵义锰矿、湖南湘潭锰矿、永州零陵区珠山镇锰矿、辽宁瓦房子锰矿、江西乐平锰矿等;其次为火山-沉积矿床,如新疆莫托沙拉铁锰矿床;受变质矿床,如四川虎牙锰矿等;热液改造锰矿床,如湖南玛璃山锰矿;表生锰矿床,如广西钦州锰矿。从成矿时代来看,自元古宙至第四纪均有锰矿形成,以震旦纪和泥盆组为最重要。 

植物中的锰

  植物主要吸收锰离子(Mn)。Mn是细胞中许多酶(如脱氢酶、脱羧酶、激酶、氧化酶和过氧化物酶)的活化剂,尤其是影响糖酵解和三羧酸循环。锰使光合中水裂解为氧。缺锰时,叶脉间缺绿,伴随小坏死点的产生。缺绿会在嫩叶中或老叶中出现,依植物种类和生长速率决定。