Manganeso

Historia y estado natural

El manganeso, metal frágil, de color gris plateado, fue aislado por vez primera en 1774 por un discípulo de Bergman, el químico sueco Johan Gottlieb Gahn (1745-1818), después de calentar pirolusita en presencia de carbón durante más de un año.

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Mn,25.jpg
Información general
Nombre,símbolo, Número atómicoManganeso, Mn, 25
Serie químicaMetales de transición
Grupo, período, bloque7, 4, d
Masa atómica54,938049 u]
Configuración electrónica[Ar]3d54s2
Electrones por nivel de energía2, 8, 13, 2 (imagen)
Propiedades atómicas
Radio medio140 pm
Electronegatividad1,55 (Pauling)
Radio atómico (calc)161 pm (Radio de Bohr)
Radio covalente139 pm
Radio de van der WaalsSin datos pm
Estado(s) de oxidación7, 6, 4, 2, 3
ÓxidoÁcido fuerte
Propiedades físicas
Estado ordinarioSólido (generalmente no magnético)
Densidad7430 kg/m3
Punto de fusiónDiamante: 1517
Punto de ebullición2334 K (2061 °C)
Entalpía de vaporización226 kJ/mol
Entalpía de fusión12,05 kJ/mol
Varios
Estructura cristalinaCúbica centrada en el cuerpo
Calor específico480 J/(K·kg)
Conductividad eléctrica0,695 × 106 S/m
Conductividad térmica7,82 W/(K·m)
Velocidad del sonido5150 m/s a 293,15 K (20 °C)
Valores en el SI y condiciones normales de presión y temperatura, salvo que se indique lo contrario.

Elemento químico de transición, primero del grupo VIIb del sistema periódico de los elementos, de símbolo Mn y número atómico 25. Sus valencias son 2, 4, 7 y, más raramente, 1, 3 y 5. El peso atómico es 54,938; el peso específico 7,21; el punto de fusión, 1.247 °C.

Historia y estado natural

El manganeso, metal frágil, de color gris plateado, fue aislado por vez primera en 1774 por un discípulo de Bergman, el químico sueco Johan Gottlieb Gahn (1745-1818), después de calentar pirolusita en presencia de carbón durante más de un año.

Es un elemento abundante en la naturaleza, que se encuentra en la corteza terrestre con una concentración de 950 ppm; es el duodécimo elemento en abundancia. No se halla libre en la naturaleza, pero existen muchos minerales que lo contienen, generalmente asociado con minerales de hierro.

Sus menas más importantes son: la pirolusita o manganesa, (MnO2); la braunita, 3 Mn2O3•MnSiO3; la manganita, Mn2O3•H2O, la hausmanita, Mn3O4) y la rodocrosita o espato manganoso, MnCO3, en su mayor parte asociada a minerales de hierro.

También se halla en forma de nódulos polimetálicos manganíferos en el fondo del océano Pacífico. Los principales yacimientos se localizan en la costa oriental del mar Negro, en Brasil, en Ghana, en Sudáfrica y la India.

Etimología

Existen dos explicaciones, más o menos coincidentes, para el origen del nombre de este elemento. Una considera que deriva del mineral de origen: la pirolusita o magnesia nigra (MnO2), que se transformaría en magna nigra, y por fin en manganeso.

Otra explicación sugiere que procede de un error histórico, la consideración de la pirolusita (MnO2) como magnética por su semejanza con el óxido de hierro.

De hecho, no fue hasta 1740 cuando el químico alemán Johann Heinrich Pott (1692-1777) probó que la pirolusita no contenía hierro. El nombre antiguo de la pirolusita era lapis magnes, por lo que al metal que contenía se le dio el nombre de magnes (magnético, en latín). De aquí derivó el nombre germano mangan, y el francés manganese, que fue el que perduró.

Compuestos

El cloruro de manganeso(II) o cloruro manganoso, MnCl2, es un sólido de color rosado que cristaliza de soluciones como tetrahidrato (MnCl2 • 4 H2O). El hidróxido de manganeso(II) o hidróxido manganoso, Mn(OH)2, es un sólido de color rosa pálido que se obtiene por precipitación y es soluble en presencia de sales amónicas.

El sulfuro de manganeso(II), MnS, se obtiene por precipitación de sales manganosas con sulfuro de hidrógeno. El sulfato de manganeso(II) o sulfato manganoso, MnSO4, existe anhidro o hidratado, MnSO4 • 7 H2O (vitriolo rosa); por pérdida de agua origina diversos hidratos de color rosado.

El hidróxido de manganeso(III) o hidróxido mangánico, Mn(OH)3, se obtiene como precipitado verde por oxidación al aire del hidróxido de manganeso(II). El sulfato de manganeso(III), Mn(SO4)3, inestable, forma un alumbre estable de manganeso y cesio.

El óxido de manganeso(IV) o dióxido de manganeso, MnO2, se encuentra en la naturaleza como pirolusita y otras modificaciones cristalinas; se obtiene calentando nitrato de manganeso(II); se emplea como oxidante, en la fabricación de pilas secas y en la industria para decolorar el vidrio.

El ácido mangánico, H2MnO4, se desconoce; sus sales, los manganatos, se obtienen por fusión de MnO2 con álcalis; se hidrolizan fácilmente en solución, y sólo son estables en presencia de álcali libre; al disminuir la concentración de ión hidroxilo se transforman en permanganatos (oxidantes enérgicos).

Propiedades físicas y químicas

El manganeso es un metal argénteo y quebradizo. Existe en cuatro formas alotrópicas; la más importante es la α, que cristaliza en el sistema cúbico. Presenta diversos números de oxidación, como suele ser habitual en elementos de transición, de los cuales el +2 es la más estable, pero se presenta también con el +3, +4 y +7.

Es un elemento poco reactivo en condiciones ordinarias. Se oxida en presencia de aire húmedo y presenta el fenómeno de la pasivación. Se disuelve rápidamente en ácidos minerales diluidos. Sus propiedades químicas se ponen de manifiesto con las siguientes reacciones:

1) Se oxida superficialmente, pero calentado arde con intensa luz blanca


3Mn + 2O2 → Mn3O4


2) Reacciona con el agua, dando el óxido


Mn + 2H2O → MnO2 + 2H2


3) Es atacado por los ácidos, con formación de sales y desprendimiento de hidrógeno


Mn + 2H+ → Mn2+ + H2


4) Se combina con el nitrógeno a temperaturas elevadas


3Mn + N2 → Mn3N2


5) Reacciona con boro, carbono, azufre, fósforo y silicio.

Obtención y aplicaciones

El proceso de obtención se inicia con la tostación de los minerales. El metal se obtiene a partir de su óxido, por reducción con aluminio (método de Goldschmidt) o carbono


3Mn3O4 + 8Al → 9Mn + 4Al2O3


También se utilizan sodio o manganeso como reductores. El manganeso puro se obtiene por electrólisis, con una pureza superior al 99,9 %.

El manganeso puro no tiene aplicación técnica; en cambio son importantes las aleaciones: ferromanganeso (30-90 % de Mn) y hierro especular (5-20 % de Mn), que se emplean como desoxidantes en la fabricación del acero. También es importante en aleaciones no férricas, y como agente purificador y limpiador en la producción de metales.

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