[ تعرٌف على ] منغنيز # أخر تحديث اليوم 2024/05/22

تم النشر اليوم 2024/05/22 | منغنيز

الخواص الفيزيائية

يوجد المنغنيز في الحالة النقيّة على هيئة فلزٍّ ذي لون رمادي فضّي؛ وهو صلد لكنّه هشّ جدّاً وقابل للتقصّف؛ لكنّه يفقد بريقه ولمعانه عند التعرّض لأكسجين الهواء وفي الظروف مرتفعة الرطوبة، إذ يتأكسد بسهولة. ينصهر المنغنيز عند الدرجة 1246°س؛ ويغلي عند الدرجة 2100°س. على العكس من أغلب باقي الفلزّات الأخرى لا يتبلور المنغنيز عند درجة حرارة الغرفة وفق تعبئة متراصّة أو وفق نظام بلّوري مكعّب مركزي الجسم، إنّما في بنية بلّورية مكعّبة غير نمطية. على العموم، توجد هناك أربعة أشكال مختلفة مستقرّة يتبلور عليها المنغنيز عند درجات حرارة متفاوتة. فعند درجة حرارة الغرفة يكون المنغنيز وفق البنية α (ألفا). تكون بنية المنغنيز من الشكل ألفا مستقرّة من الناحية الديناميكية الحرارية (الثرموديناميكية) حتّى درجات حرارة تصل إلى 727°س؛ وهي بنية مكعّبة مشوّهة يصل فيها عدد الذرّات داخل وحدة الخلية إلى 58 ذرّة؛ وهي تكون مُجَمّعة على هيئة أربع زُمَر متفاوتة المحيط، وذات عدد تناسقي يقع بين 12-16. عند درجات حرارة تقع في المجال بين 727 °س إلى 1095°س فإنّ البنية البلورية للمنغنيز تتبع النمط β (بيتّا)، وهي بنية مكعّبة مشوّهة أيضاً، وهي ذات عشرون وحدة صيغة لكلّ وحدة خلية، ويقع العدد التناسقي لها بين 12-14. تبدأ البنية البلّورية للمنغنيز بأخذ شكل التعبئة المتراصّة عند درجات حرارة تفوق 1095 °س، وهو النمط γ (غامّا)، وهو نمط بلّوري مكعّب مركزي الوجوه، وهو نمط تبلْور النحاس. أمّا عند درجات حرارة تفوق 1133°س تتغيّر البنية إلى نظام بلّوري مكعّب مركزي الجسم، والذي يرمز له بالرمز δ (دلتا)، وهو نمط تبلْور التنغستن. يتميّز المنغنيز على العموم بأنّه ذو مغناطيسية مسايرة؛ ويكون على ذلك في النمط ألفا؛ ولكنه يصبح عند درجة حرارة نييل [ملاحظة 47]، والتي تبلغ 100 كلفن بالنسبة للمنغنيز، ذات خواص مغناطيسية حديدية مضادّة؛ وتلك ظاهرة لا يبديها الشكل بيتّا. نمط التبلور
α-Mn
β-Mn
γ-Mn
δ-Mn
شكل البنية
نظام التبلور
مكعب
مكعب
مكعب
مكعب
العدد التناسقي
16+16+13+12
14+12
12
8
الزمرة الفراغية
I43m
P4132
Fm3m
Im3m
ثابت الشبكة البلورية
891.1بيكومتر
631.5بيكومتر
386.3بيكومتر
308.1بيكومتر
عدد الذرات لكل وحدة خلية
58
20
4
2
الكثافة النظرية
7.463غ/سم3
7.24غ/سم3
6.33غ/سم3
6.238غ/سم3

الخواص الكيميائية

ينتمي المنغنيز كيميائياً إلى مجموعة الفلزّات الانتقالية في الجدول الدوري؛ وهو لا ينتمي إلى الفلزّات النبيلة، بالتالي فهو فلزٌّ وضيع. فعلى سبيل المثال يتفاعل المنغنيز مع الأكسجين ببطء وتتشكّل طبقة من الأكسيد على سطحه، في حين أنّ مسحوق المنغنيز الناعم يكون تلقائي الاشتعال في وسطٍ من الأكسجين، ويتحوّل بسرعة إلى أكسيد المنغنيز الثنائي والثلاثي Mn3O4. يتفاعل المنغنيز أيضاً مع العديد من اللا فلزّات مثل الفلور والكلور والبور والفوسفور والكربون والسيليكون والزرنيخ والكبريت؛ وتكون تلك التفاعلات الكيميائية بطيئة عند درجة حرارة الغرفة، ويرتفع معدّل التفاعل عند زيادة درجة الحرارة. يتفاعل المنغنيز مع النتروجين عند درجات حرارة تتجاوز 1200°س إلى نتريد المنغنيز Mn3N2؛ في حين لا يتفاعل مع الهيدروجين. ينحلّ المنغنيز في الأحماض الممدّدة، كما هو الحال مع سائر الفلزّات غير النبيلة، مع انطلاق غاز الهيدروجين نتيجةً لذلك؛ ولكن على العكس من الكروم فإنّه لا تتشكّل طبقة مُخَمّلة من الأكسيد على السطح. من جهةٍ أخرى، فعند حلّ المنغنيز في حمض الكبريتيك المركّز تتشكّل كبريتات المنغنيز وينطلق غاز ثنائي أكسيد الكبريت. يوجد عددٌ معتبرٌ من مركّبات المنغنيز اللاعضوية، بالإضافة إلى وجود معقّدات تناسقية من مركّبات المنغنيز العضوية. المركبات الكيميائية بحالات الأكسدة المختلفة
حالات الأكسدة المختلفة للمنغنيز مع أمثلة عليها في مركّباته الكيميائية
0
Mn2(CO)10
+1
MnC5H4CH3(CO)3
+2
MnCl2؛ MnCO3؛ MnO
+3
MnF3؛ Mn2O3
+4
MnO2
+5
K3MnO4
+6
K2MnO4
+7
KMnO4؛ Mn2O7 مثل باقي الفلزّات الانتقالية يمكن للمنغنيز أن يوجد في حالات أكسدة مختلفة في مركّباته الكيميائية؛ أكثرها شيوعاً هي +2 و +3 و +4 و +6 و +7. تتغيّر ألوان محاليل المنغنيز المائية باختلاف حالات الأكسدة؛ فلون محاليل المنغنيز الثنائي ذات لون وردي، ومحاليل المنغنيز الثلاثي ذات لون أحمر، ومحاليل المنغنيز الرباعي ذات لون بنّي، ومحاليل المنغنيز الخماسي ذات لون أزرق، ومحاليل المنغنيز السداسي ذات لون أخضر، ومحاليل المنغنيز السباعي ذات لون بنفسجي. في حالات الأكسدة المرتفعة، خاصّةً في حالة الأكسدة +7، يكون المنغنيز من المؤكسدات القوية. المنغنيز الثنائي
كبريتات المنغنيز الثنائي
في المحاليل المائية تكون أيونات المنغنيز الثنائي 2+Mn مُمَيّهة على الشكل 2+[Mn(H2O)6]، وهي ذات استقرارية كبيرة وثباتية تجاه تفاعلات الأكسدة والاختزال، ويعود السبب في ذلك إلى كون المدار الذرّي نصف ممتلئ، وذلك يمنح الأيون استقراراً طاقياً مُفَضّلاً. يعدّ المنغنيز الثنائي من أكثر حالات الأكسدة لهذا العنصر استقراراً؛ وتكون محاليله المائية فيها ذات لون وردي أو زهري فاتح، ويُعرَف العديد من المركّبات الكيميائية له في حالة الأكسدة تلك، مثل كبريتات المنغنيز الثنائي MnSO4 وكربونات المنغنيز الثنائي MnCO3. من المركّبات الأخرى للمنغنيز الثنائي كلّ من أكسيد المنغنيز الثنائي MnO وأسيتات المنغنيز الثنائي Mn(CH3COO)2؛ وكذلك مركّب كلوريد المنغنيز الثنائي MnCl2، والذي يدخل في العديد من التطبيقات الصناعية؛ وكذلك هيدروكسيد المنغنيز الثنائي Mn(OH)2، وهو مركّب غير مستقرّ، ويتأكسد بسهولة بأكسجين الهواء إلى أكسيد هيدروكسيد المنغنيز الثلاثي والرباعي،[ملاحظة 48] ولذلك يُستخدَم في تجربة فينكلر لتحديد محتوى الأكسجين في العيّنات. بنية معقّد منغنوسين
عادةً ما يكون للمنغنيز الثنائي في مركّباته عددُ كمٍّ مغزليٍّ مرتفع مقداره S = 5/2، رغم وجود بعض الحالات التي تكون فيها قيمته منخفضة على الشكل S =1/2 في بعض المركّبات. لا يمكن حدوث انتقالات إلكترونية داخلية بين المدارات الفرعية d–d، لأنها غير ممكنة كمومياً، وذلك يفسّر اللون الزهري الشاحب لأغلب مركّبات المنغنيز الثنائي. يوجد العديد من المعقّدات التناسقية للمنغنيز الثنائي، وهي معقّدات ذات عدد مغزلي مرتفع، وتحوي على خمسة إلكترونات غير متزاوجة، بالتالي فهي ذات عزم مغناطيسي مرتفع. ومن الصعب التنبّؤ وفق نظرية المجال البلّوري بالبنية الجزيئية؛ بالتالي فإنّه حسب نوع الربيطة يمكن أن يكون لهذه المعقّدات بنية جزيئية رباعية السطوح أو ثمانية السطوح أو مستوية مربّعة أو على هيئة اثنا عشريّ السطوح. من المعقّدات العضوية المعروفة للمنغنيز في حالة الأكسدة +2 مركّب منغنوسين، وهو من معقّدات الميتالوسين، ويكون عدد الإلكترونات الكلّي فيه 17 إلكتروناً، وهو بذلك أقلّ بإلكترون واحد مقارنةًً بمعقّد الفرّوسين، وهو بذلك لا يحقّق قاعدة 18 إلكترون. ولكنّه بالرغم من ذلك، وبسبب التوزيع الإلكتروني d5 المميّز مرتفع عدد الكمّ المغزلي المغناطيسي، فإنّه من الصعب اختزاله إلى المنغنيز الأحادي +Mn ويوجد في الحالة الصلبة على هيئة بنية مُبلمَرة. المنغنيز الثلاثي
تتميّز محاليل المنغنيز الثلاثي المائية بلونها الأحمر، كما أنّه من السهل على مركّبات المنغنيز الثلاثي أن تخضع إلى تفاعل عدم تناسب في المحاليل لتتحوّل إلى مركّبات المنغنيز الثنائي والرباعي الموافقة. تميل معقّدات المنغنيز الثلاثي أن تتبنّى بنية جزيئية ثمانية السطوح مشوّهة بسبب تأثير يان-تيلر. من المركّبات المعروفة للمنغنيز الثلاثي كلّ من أكسيد المنغنيز الثلاثي Mn2O3 وأسيتات المنغنيز الثلاثي Mn(CH3COO)3. كما يُعرَف له مركَبا الهاليد: فلوريد المنغنيز الثلاثي MnF3 وكلوريد المنغنيز الثلاثي MnCl3؛ في حين أنّ البروميد واليوديد غير موجودة، لأن أيونات البروميد −Br واليوديد −I قادرةٌ على اختزال المنغنيز الثلاثي إلى ثنائي. المنغنيز الرباعي
أشهر مركّبات المنغنيز في حالة الأكسدة الرباعية هو أكسيد المنغنيز الرباعي MnO2، والذي يعرف أيضاً باسم ثنائي أكسيد المنغنيز. وهو من المؤكسدات القويّة، ويُستخدَم في صناعة البطّاريات القلوية. يعطي تفاعل أكسيد المنغنيز الرباعي مع حمض الهيدروكلوريك مركّب كلوريد المنغنيز الثنائي مع انطلاق غاز الكلور، وقد كان هذا التفاعل يُستخدَم سابقاً من أجل تحضير غاز الكلور:

M
n O 2
+
4

H
C
l
⟶

M
n
C l 2
+
2
H 2
O
+
C l 2 {displaystyle mathrm { MnO_{2}+4 HCllongrightarrow MnCl_{2}+2 H_{2}O+Cl_{2}} }
يُعرَف من الهاليدات للمنغنيز الرباعي مركّب فلوريد المنغنيز الرباعي MnF4، وهو مؤكسد قوي، ويُحضّر من فلورة ثنائي فلوريد المنغنيز MnF2 بالفلور أو ثنائي فلوريد الكريبتون. محلول مائي من بيرمنغنات البوتاسيوم
المنغنيز الخماسي
لا تعدّ حالة الأكسدة هذه من حالات الأكسدة الشائعة للمنغنيز، ومن الأمثلة على المركّبات المعروفة للمنغنيز فيها مركّب هيبومنغنات البوتاسيوم K3MnO4. يمكن الحصول على المنغنيز الخماسي من إذابة ثنائي أكسيد المنغنيز في مصهور نتريت الصوديوم. المنغنيز السداسي
في حالة الأكسدة السداسية يوجد المنغنيز فقط على هيئة أنيون المنغنات؛ وأشهر هذه المركّبات هو مركّب منغنات البوتاسيوم K2MnO4، والذي يُحضّر من إذابة ثنائي أكسيد المنغنيز في محلول قلوي من هيدروكسيد البوتاسيوم بوجود أكسجين الهواء. المنغنيز السباعي
لمركّبات المنغنيز السباعي لونٌ بنفسجي، وهي من المؤكسدات القويّة، ومن الأمثلة عليها مركّب أكسيد المنغنيز السباعي Mn2O7؛ بالإضافة إلى مركّبات البيرمنغنات المختلفة، مثل بيرمنغنات البوتاسيوم KMnO4 وبيرمنغنات الصوديوم NaMnO4 وبيرمنغنات الباريوم Ba(MnO4)2. يعدّ بيرمنغنات البوتاسيوم من الكواشف الكيميائية الشائعة في المختبرات. حالات أكسدة أخرى
يوجد المنغنيز في حالة الأكسدة 0 في المعقّدات التناسقية مثل عشاري كربونيل ثنائي المنغنيز Mn2(CO)10، وهو معقّد يحوي على رابطة أحادية بين ذرّتي منغنيز في بنيته؛ في حين تصادف حالة الأكسدة +1 النادرة للمنغنيز في بعض مركّبات المنغنيز العضوية، مثل مركّب خماسي كربونيل هيدريد المنغنيز HMn(CO)5 أو ميثيل حلقي بنتاديينيل ثلاثي كربونيل المنغنيز MnC5H4CH3(CO)3. في حالات نادرة أيضاً يوجد المنغنيز في حالة أكسدة سالبة بمقدار (-3) في معقّد Mn(NO)3CO. التحليل الكيميائي
يمكن الكشف عن أيونات المنغنيز الثنائي نوعياً من خلال تفاعل أكسدة لتشكيل مركّبات البيرمنغنات ذات اللون البنفسجي المميّز، ويُستحصَل على ذلك من التفاعل مع أكسيد الرصاص الرباعي أو بيركبريتات الأمونيوم (بوجود أيونات الفضّة للتحفيز) أو باستخدام محاليل هيبوبروميت القلوية:
2

M n 2
+
+
5

P
b O 2
+
4
H +
⟶
2

M
n O 4
−
+
5

P b 2
+
+
2
H 2
O {displaystyle mathrm {2 Mn^{2+}+5 PbO_{2}+4 H^{+}longrightarrow 2 MnO_{4}^{-}+5 Pb^{2+}+2 H_{2}O} }
من أجل الحصول على نتائج واضحة يُستحسَن إجراء فصل للكاتيونات الموجودة في العيّنة، وذلك بإضافة مزيجٍ قلويّ مؤكسد من بيروكسيد الهيدروجين في وسطٍ من هيدروكسيد الصوديوم أو البوتاسيوم، ممّا يؤدّي إلى أكسدة المنغنيز الثنائي والحصول على راسبٍ صلبٍ من أكسيد هيدروكسيد المنغنيز الرباعي:
M n 2
+
+ H 2 O 2
+
2

O H −
⟶
M
n
O
(
O
H ) 2
↓
+
H 2
O {displaystyle mathrm {Mn^{2+}+H_{2}O_{2}+2 OH^{-}longrightarrow MnO(OH)_{2}downarrow + H_{2}O} }
في تفاعل كشفٍ آخر، تؤدّي إضافة مركّب فورمالدوكسيم [ملاحظة 49] إلى وسطٍ حاوٍ على أيونات المنغنيز الثنائي إلى تلوّن المحلول بلون برتقالي إلى بنّي محمرّ. يمكن الكشف عن المنغنيز كمّيّاً باستخدام وسائل التحليل الآلي المختلفة، عن طريق مطيافية الامتصاص الذرّي عند طول موجة مقداره 279.5نانومتر على سبيل المثال؛ أو من خلال تجارب القياس الضوئي لتحديد تركيز البيرمنغنات، حيث تكون قيمة قمّة الامتصاص عند طول موجة مقداره 525نانومتر. من جهةٍ أخرى، يمكن اتّباع الوسائل التحليلية التقليدية مثل طرائق المعايرة.

الاستخراج والإنتاج

قطع مُنقّاة كهربائياً من المنغنيز (نقاوة 99.99%)؛ ويلاحظ التأكسد الفوري للسطح
تحوي خامات المنغنيز على محتوى يتراوح وسطياً بين 38% إلى 55% من هذا الفلزّ؛ وغالباً ما تُستخرَج الخامات إمّا وفق أسلوب التعدين السطحي أو وفق أسلوب تعدين الغرف والأعمدة.[ملاحظة 43] اعتماداً على التطبيق المستقبلي فإنّه عادةً ما يُميَّز بين صِنفَين من خامات المنغنيز؛ فالأوّل هو صنف درجة البطّارية،[ملاحظة 44] والحاوي على 44% من المنغنيز على الأقلّ في تركيبه، بالإضافة إلى نسبٍ ضئيلةٍ فقط من فلزّات أخرى، مثل النحاس والنيكل والكوبالت، ممّا يُمَكّن من استخدامه في صناعة البطّاريات القلوية؛ أمّا الآخر فهو صنف الدرجة الكيميائية [ملاحظة 45]، والمُستخدَم من أجل إنتاج المنغنيز النقيّ ومركّبات المنغنيز الكيميائية المختلفة. من أجل الحصول على سبيكة الفرّومنغنيز الحديدية، تُمزَج خامة المنغنيز مع خامة الحديد والكربون في فرنٍ لافحٍ أو فرن القوس الكهربائي، حيث يحدث تفاعل اختزال؛ ويتراوح محتوى المنغنيز في هذه السبيكة من 30 إلى 80%. كما يمكن الحصول على سبيكة سيليكومنغنيز [ملاحظة 46] عند إضافة الكوارتز مصدراً للسيليكون إلى الخامة. لا يمكن الحصول على فلزّ المنغنيز اللازم من أجل إنتاج السبائك الخالية من الحديد من الاختزال المباشر بالكربون، لأنّ هذا الفلزّ يُشكّل كربيدات مستقرّة مثل مركّب Mn7C3؛ ويتطلّب الأمر رفع درجة الحرارة إلى قرابة 1600 °س، وذلك غير مجدٍ اقتصادياً. لذلك يُعمَد إلى اتّباع وسائل علم الفلزّات المائي من أجل استحصال فلزّ المنغنيز، وذلك عبر عملية تصويل خام المنغنيز بحمض الكبريتيك. تُجرَى عملية التصويل تدريجياً باختزال خامة المنغنيز المُكوَّم مباشرةً، وذلك من خلال تخليل الغاز الطبيعي المشتعل أسفل الكومة، ممّا يؤمّن مصدراً حرارياً، والذي ينبغي أن تكون درجة حرارته على الأقلّ 850°س، كما يؤمّن وجود عامل مختزل من أحادي أكسيد الكربون؛ ممّا يساعد على اختزال خامة المنغنيز إلى أكسيد المنغنيز الثنائي اختزالاً أوّليّاً ومنه إلى المنغنيز النقي لاحقاً. كما يساعد طحن الخامة طحناً ناعمٍ إلى جسيمات يتراوح أحجامها بين 150-250 ميكرومتر على زيادة مساحة السطح، ممّا يرفع من كفاءة التصويل. ثمّ يُعالَج المسحوق مع حمض الكبريتيك وبوجود أملاح الحديد الثنائي بنسبة 1.6:1؛ فيتفاعل الحديد مع أكسيد المنغنيز الثنائي ليُستحصَل على المنغنيز الفلزّي بالإضافة إلى أكسيد هيدروكسيد الحديد الثلاثي؛ وتعطي هذه العملية مردوداً بنسبة 92% من المنغنيز. بعد ذلك تُطبَّق عملية استخلاص كهربائي من أجل عمليات التنقية اللاحقة، ويُستخدَم لذلك الغرض محلولٌ نقيٌّ من كبريتات المنغنيز الثنائي، والذي يخضع إلى تحليل كهربائي في خلية أقطابها من الفولاذ عند فرق جهد يقع بين 5-7 فولت. يُجمَع المنغنيز النقيّ من على المِهبَط، في حين يتشكّل الأكسجين على المِصعَد.

الوفرة الطبيعية

معدن الرودوكروسيت وعليه بقع سوداء من معدن المغنيتيت.
لا يوجد المنغنيز بشكله العنصري الحرّ في الطبيعة، ولكنه يدخل في تركيب العديد من المعادن. تبلغ نسبة المنغنيز في القشرة الأرضية مقدار 950 جزء في المليون [ملاحظة 27]، أي ما يعادل قرابة 0.1%؛ وذلك بشكلٍ مقاربٍ لوفرة عُنصرَي الفوسفور والفلور. بعد الحديد والتيتانيوم يعدّ المنغنيز ثالث الفلزّات الانتقالية من حيث الوفرة؛ كما يعدّ العنصر الثاني عشر وفقاً لترتيب العناصر في القشرة الأرضية. تحتوي التربة على نسبة متفاوتة من المنغنيز تتراوح بين 7–9000 جزء في المليون، وذلك بنسبة وسطية تبلغ 440 جزء في المليون. تحوي مياه البحار على نسبةٍ ضئيلةٍ من المنغنيز، وهي تبلغ قرابة 10 أجزاء في المليون؛ في حين أنّ الغلاف الجوّي للأرض يحوي على تركيز من المنغنيز مقداره 0.01 ميكروغرام/م3. توجد معادن مختلفة للمنغنيز، منها المنغنيت [ملاحظة 28] والهاوسمانيت [ملاحظة 29] والرودونيت [ملاحظة 30] والبيرولوسيت [ملاحظة 31] والبراونيت [ملاحظة 32]؛ بالإضافة إلى معادن أخرى أقلّ انتشاراً مثل سيلوميلان [ملاحظة 33] ورودوكروسيت.[ملاحظة 34] يعدّ خام البيرولوسيت، والمتكوّن كيميائياً من ثنائي أكسيد المنغنيز MnO2، من أهمّ خامات المنغنيز اقتصادياً؛ كما يمكن أن يوجد على شكل عنصرٍ مرافقٍ للحديد في خاماته، مثل السفاليريت. تتركّز قرابة 80% من خامات المنغنيز في جنوب أفريقيا؛ وخاصّةً في صحراء كالاهاري في مقاطعة كيب الشمالية، والتي تُقدَّر الاحتياطات فيها بمقدار 15 بليون طنّ. استُخرجَ من جنوب أفريقيا في سنة 2011 مقدار 3.4 مليون طنّ من هذا الفلزّ؛ ولكن توجد توضّعات رسوبية مهمّة في بلدان أخرى، مثل أوكرانيا وأستراليا والهند والصين والغابون وغانا والبرازيل وكازاخستان وماليزيا. النسبة المئوية من إنتاج المنغنيز سنة 2006
في الغلاف الصخري
يوجد المنغنيز في التربة في ثلاث حالات أكسدة؛ وهي المنغنيز ثنائي التكافؤ على شكل أيون منحلّ 2+Mn؛ وكذلك على شكل منغنيز ثلاثيّ ورباعيّ التكافؤ على هيئة أكاسيد وهيدروكسيدات صلبة صعبة الانحلال مثل MnOOH وMnO2. تؤثّر قيمة pH التربة وحالة التهوية على طبيعة النوع الكيميائي للمنغنيز في حالات الأكسدة المذكورة؛ فعند قيمة pH أقلّ من 6 وعند ظروف لاهوائية، فإنّ المنغنيز الثنائي يكون مسيطراً؛ أمّا عند ظروف هوائية أكثر قاعدية فإنّ أكاسيد وهيدروكسيدات المنغنيز الثلاثي والرباعي تكون سائدة. بشكلٍ غير مباشر يمكن للنشاط الميكروبي في الوسط أن يؤثّر على حموضة أو على حالة تهوية التربة، وبالتالي على نوع المنغنيز السائد في الوسط. توجد أكاسيد المنغنيز الثلاثي والرباعي على هيئة لَطخات بنّية إلى سوداء، وكذلك على شكل عُقَيدَات صغيرة على جسيمات الرمل والغِرْيَن [ملاحظة 35] والغُضَار. يكون لهذه التغطيات السطحية على الجسيمات الأخرى مساحة سطح مرتفعة، وتكون حاملةً للشحنة الكهربائية السالبة. تستطيع تلك المواقع المشحونة أن تمتزّ وتبقي العديد من الكاتيونات (الأيونات موجبة الشحنة) قريبةً من السطح، وخاصّةً كاتيونات الفلزّات مثل الكروم أو النحاس أو الزنك أو الرصاص؛ كما يمكن لها أن تقوم بامتزاز أحماض عضوية ومركّبات أخرى. تساعد هذه الظروف على حدوث تفاعلات أكسدة واختزال، مثل اختزال أكاسيد المنغنيز الثلاثي والرباعي إلى المنغنيز الثنائي، وأكسدة الكروم الثلاثي إلى رباعي، والهيدروكينون عديم اللون إلى بوليميرات الكينون ذات اللون البنّي المحمرّ. في الغلاف المائي
تنتشر عُقَيدات المنغنيز في قاع البحار والمحيطات
ترتفع نسبة وفرة العديد من العناصر في المحيطات بالقرب من المنافس المائية الحرارية؛ والتي يكون المنغنيز بالقرب منها غالباً على شكلٍ منحلّ [ملاحظة 36]؛ أو على شكل جُسيمات معلّقة [ملاحظة 37]، والتي يتطوّر تشكلّها في أعمدة الغازات الطافية [ملاحظة 38] فوق مصدر المنفس المائي الحراري النشط. يرتفع عادةً تركيز المنغنيز المنحلّ بالقرب من السطح وبالقرب من المناطق الساحلية، وذلك يعود إلى وجود موارد خارجية إضافية من مياه الأنهار التي تصبّ في البحار والمحيطات، وكذلك من جسيمات الغبار المحمولة بالرياح، ومن رسوبيات الرفّ القاري، وكذلك من الأنشطة البشرية مثل تعدين المنغنيز وصناعة الفولاذ على اليابسة. بالمقابل، يمكن أن يرتفع تركيز المنغنيز المنحلّ طبيعياً من النشاط الحيوي عبر التركيب الضوئي؛ وكذلك من تفاعلات الأكسدة والاختزال المُحَفَّزة بالأشعّة فوق البنفسجية، والتي تساعد على التدوير الداخلي [ملاحظة 39] من خلال تسريع عملية تذاوب [ملاحظة 40] أكاسيد المنغنيز والكسح التأكسدي [ملاحظة 41]، ممّا يمنع من هبوط المنغنيز إلى أعماق أكبر. توجد كمّيّات وفيرة من المنغنيز في قيعان البحار والمحيطات، وذلك على هيئة عُقَيدات كرويّة من المنغنيز [ملاحظة 42]؛ ووفقاً لإحدى التقديرات يوجد منها هناك قرابة 500 بليون طنّ في كافّة أرجاء العالم. وهي كتل متحجّرة مسامية مؤلّفة من أكاسيد عدّة فلزات؛ وتحوي وسطياً على قرابة 30% من المنغنيز؛ وظهرت دراسات مختلفة من أجل تقييم احتمالية استخراج المنغنيز منها، وخاصّةً في سبعينيات القرن العشرين بعد الإعلان عن مشروع أزوريان من الولايات المتّحدة؛ ليتبيّن فيما بعد أنّ هدف المشروع كان عملية استخباراتية عسكرية لانتشال غواصة K-129 السوفيتية. بالنهاية؛ وُجِدَ أنّ فكرة استخراج المنغنيز من العُقَيدات المنتشرة في باطن البحار والمحيطات غير مجدية اقتصادياً؛ وعلاوةً على ذلك، فإنّها تعود بأضرار بيئية جسيمة على الحياة البحريّة.

الأثر البيئي

البنية الجزيئية لمركّب ميثيل حلقي بنتاديينيل ثلاثي كربونيل المنغنيز (MMT)
يمكن أن يعود وجود المنغنيز بتراكيز مرتفعة بآثار سلبية على البيئة وعلى الصحّة. قد يأتي التعرّض المرتفع من المنغنيز عبر مصادر مختلفة، مثل مياه الشرب والإضافات إلى وقود السيارات ودخان التبغ. تلوّث مياه الشرب
للمنغنيز المحمول عبر الماء توافر حيوي أكبر من المنغنيز المنقول عبر الغذاء؛ لذلك قد يكون لتلوّث مياه الشرب بتراكيز مرتفعة من المنغنيز أثرٌ سلبي على الصحّة. فوفقاً لنتائج دراسة نُشِرَت سنة 2010 وُجِدَ أنّ التعرّض لمستويات مرتفعة من المنغنيز في مياه الشرب يترافق مع حدوث حالات إعاقة للنموّ الذهني وانخفاض لنسبة الذكاء عند الأطفال بعمر المدرسة. بالمقابل، وجدت دراسة أنّ جسم الإنسان قادرٌ على التعافي من الآثار الجانبية الضارّة الناجمة عن التعرّض المفرط للمنغنيز في حال إيقاف ذلك التعرّض، إذ أنّ الجسم قادرٌ على التخلّص من الفائض بآلياتٍ ذاتيّة داخلية. وقود السيارات
يعدّ مركّب ميثيل حلقي بنتاديينيل ثلاثي كربونيل المنغنيز [ملاحظة 82] أحد الإضافات إلى وقود السيارات (الغازولين)، وذلك بديلاً عن مركّبات الرصاص، من أجل رفع رقم الأوكتان، كما أنه يُخفّض من خبط المحرك؛ إلّا أنّه عمل على الإضرار بالصمّامات القفّازة [ملاحظة 83] بسبب تشكّل مركّبات الكربيد. في النهاية ينطلق المنغنيز عبر العادم، ممّا يؤدّي إلى ارتفاع مستويات المنغنيز في الهواء. دخان التبغ
يمتصّ نبات التبغ عدداً من الفلزّات الثقيلة من ضمنها المنغنيز من التربة ويراكمها في الأوراق؛ لذلك فإنّ تدخين التبغ يؤدّي إلى التعرّض لتلك الفلزّات. بالتالي يعدّ المنغنيز مكوّناً من مكوّنات دخان التبغ؛ إلّا أنّ بعض الدراسات أظهرت أنّ تراكيز الفلزّات في دخان التبغ منخفضة، لذلك فإنّ تأثيرها الضارّ على الصحّة منخفض. التأثير على الحياة البحرية
تحتاج العديد من الأنظمة الإنزيمية إلى المنغنيز كي تقوم بدورها على أكمل وجه، لكنّ التراكيز المرتفعة من المنغنيز يمكن أن تكون ذات تأثير سمّي. ويكون ذلك التأثير خطراً على البيئة البحرية، خاصّةً عند التعرّض لفترات من نقص التأكسج (انخفاض تركيز الأكسجين المنحلّ) في الوسط. تؤثر هذه الظروف سلبياً على الكائنات البحرية، وخاصة السموك؛ إذ بيّنت تقارير ارتفاع تراكيز المنغنيز فيها وتراكمه في الأعضاء الحيوية فيها مثل الخياشم والكبد والدماغ، ممّا يؤدّي إلى إضعاف مناعتها وتعرّضها للعوامل المُمْرضة، الأمر الذي قد يؤدّي إلى نفوقها.

الهوامش

.
تُستخدَم المادّة ذاتها في البطّاريات القلوية، وتخضع إلى التفاعل الكيميائي ذاته، ولكن في وسط كهرلي مختلف. في سنة 2002 استُخدِمَ أكثر من 230 ألف طنّ من ثنائي أكسيد المنغنيز من أجل هذا التطبيق. المواد الفسفورية
يُستخدَم المنغنيز ثلاثي التكافؤ منشّطاً [ملاحظة 90] من أجل تفعيل في المواد الفسفورية المصدّرة للضوء الأحمر. على الرغم من وجود عددٍ من مركّبات المنغنيز القادرة على إظهار خاصة الضيائية؛ إلّا أنّ الغالبية العظمى منها غير مستخدمة في تطبيقات تجارية، نظراً لانخفاض الكفاءة أو لانبعاث الضوء الأحمر الشديد. يوجد، مع ذلك، عددٌ من الفلوريدات التي تتنشّط بأيونات المنغنيز الرباعي ذات صفات واعدة في المواد الفسفورية المصدّرة للضوء الأحمر القابلة للاستخدام في الثنائيات الباعثة للضوء [ملاحظة 91].[100][101] من المركّبات الحاوية على المنغنيز التي يكثر استخدامها في الثنائيات الباعثة للضوء مركّب 4+K2SiF6:Mn.[102] صناعة الخضب
تدخل مركّبات المنغنيز في صناعة الخُضُب المستخدمة من أجل تلوين الخزف والسيراميك والزجاج؛ فاللون البنّي للخزف يكون في بعض الأحيان نتيجةً لإضافة مركّبات المنغنيز إليه.[103] وفي صناعة الزجاج تُستخدَم مركّبات المنغنيز لضبط الألوان، إذ يتفاعل أكسيد المنغنيز الثلاثي مع أكسيد الحديد الثنائي، فيحدث تفاعل أكسدة واختزال، ممّا يؤدّي إلى إضفاء مزيج من لون أخضر من الحديد الثلاثي ولون زهري من المنغنيز الثنائي. وُجِدَ أنّ خضاب أزرق الإتريوم والإنديوم والمنغنيز يؤدّي إلى إضفاء لون أزرق شديد، وهو يتميّز بعدم سمّيّته وخموله ومقاومته للبهوت.[104] متفرقات
الصيغة الكيميائية لمادّة التباين منغافوديبير
يُستخدَم مركّب ميثيل حلقي بنتاديينيل ثلاثي كربونيل المنغنيز (MMT) ضمن الإضافات إلى وقود السيارات بديلاً عن مركّبات الرصاص لاعتبارات صحّيّة وبيئية، وذلك من أجل تعزيز رقم الأوكتان ومن أجل التقليل من خبط المحرك. يعدّ هذا المركّب من مركّبات المنغنيز العضوية، ويكون المنغنيز فيه بحالة أكسدة نادرة مقدارها +1.[105]
في مختبرات الكيمياء العضوية يُستخدَم ثنائي أكسيد المنغنيز ضمن المؤكسدات من أجل أكسدة مشتقّات الكحولات البنزيلية والكحولات الأليلية انتقائياً.[106]
في مجال التصوير التشخيصي الطبّي تعدّ مادّة منغافوديبير [ملاحظة 92] إحدى مواد التباين المرخّص باستخدامها في تقنية التصوير بالرنين المغناطيسي [ملاحظة 93] للكبد، إذ تتميّز بأنّها ذات خواص مغناطيسية مسايرة، وذلك بسبب وجود أيونات المنغنيز الثنائي في البنية. يُعمَد إلى التخلّص من الخواص السمّيّة لأيونات المنغنيز الثنائي لهذه المادّة من خلال تشكيل معقّد تناسقي مع ربيطة ثنائي فوسفات ثنائي بيريدوكسيل [ملاحظة 94]، والذي يُقدّم على هيئة عقار مكمّل يدعى فوديبير [ملاحظة 95]. بشكلٍ قياسيٍ تُجرى عمليّات تصوير الكبد طبّياً اعتماداً على أيونات الغادولينيوم.[107]

شرح مبسط

(لف مغزلي مرتفع) 161±8 بيكومتر