Ma 15 izotopów z przedziału mas 49–62 i izomery jądrowe 51m, 52m, 54m. Trwały jest tylko izotop 55, który stanowi niemal 100% składu izotopowego manganu występującego w naturze.
Odmiany alotropowe
Mangan, zależnie od temperatury, przyjmuje cztery formy alotropowe mające różne gęstości:
< 700°C: odmiana α;
700–1079°C: odmiana β;
1079–1143°C: odmiana γ – dość miękka, łatwo poddaje się obróbce mechanicznej;
> 1143°C: odmiana δ.
Odkrycie
Sole i tlenki manganu były stosowane już w starożytności. Dawni hutnicy używali w procesie dymarkowym do wyrobu żelaza m.in. rudy darniowej zawierającej związki fosforu i manganu. We wczesnym średniowieczu wysoki stopień opanowania procesu dymarskiego cechował na obszarze barbaricum głównie celtyckie ośrodki kulturowe. Tlenki manganu wywołują również barwienie szkła na fioletowo, i mogą w zależności od atmosfery wytopu pełnić rolę odbarwiacza. Najstarsze przykłady celtyckich produktów szklanych pochodzą z około 250–220r. p.n.e., także na terytorium Polski.
Występuje w skorupie ziemskiej w ilości 850 – 1000 ppm, w znacznej części w postaci rud składających się z jego tlenków, węglanów i krzemianów. Jest po żelazie najbardziej rozpowszechnionym metalem ciężkim. W światowym wydobyciu manganu (w przeliczeniu na czysty składnik), wynoszącym w 2001 r. 9 mln ton, przodowały: Chiny (2,5 mln ton), RPA (1,5 mln ton), Ukraina (1,2 mln ton), Australia (1,1 mln ton) i Brazylia (1,1 mln ton).
52Mn, otrzymywany w reakcjach: 52Cr(d,2n)52Mn i 56Fe(p,dn)52Mn
54Mn, otrzymywany w reakcjach: 53Cr(d,n)54Mn i 56Fe(d,α)54Mn
56Mn, otrzymywany przez neutronową aktywację metalicznego manganu lub dwutlenku manganu, MnO2.
Są one stosowane jako wskaźniki promieniotwórcze.
Właściwości chemiczne i fizyczne
Metaliczny mangan jest twardym, srebrzystym i kruchym materiałem o różowym połysku. Jest masowo stosowanym dodatkiem do stali, obniżając jej temperaturę topnienia i poprawiając właściwości mechaniczne. Wykazuje właściwości paramagnetyczne.
Jest metalem stosunkowo aktywnym chemicznie, reaguje z kwasami nieutleniającymi (w postaci pyłu także z wodą) z wydzieleniem wodoru. W postaci litej jest odporniejszy od żelaza na działanie czynników atmosferycznych w wyniku pasywacji. Rozdrobniony jest piroforyczny.
Najważniejszymi stopniami utlenienia manganu są II, III, IV i VII. Formalnie zaobserwowano wszystkie stopnie utlenienia z zakresu od −III do VII. Na stopniach utlenienia od –III do I mangan tworzy wyłącznie związki kompleksowe. Poczynając od stopnia utlenienia II rośnie charakter kwasowy manganu. Kationy Mn2+ są trwałe w roztworach wodnych i w środowisku kwaśnym dość odporne na utlenianie, podczas gdy związki manganu(II) w środowisku zasadowym łatwo ulegają utlenieniu. Nie są znane oksyaniony manganu na tym stopniu utlenienia. Kationy Mn3+ są trwałe tylko w środowisku silnie kwaśnym, nawet ich rozcieńczenie podnosi pH roztworu wystarczająco, by uległy reakcji dysproporcjonacji do związków manganu(II) i (IV). Tendencja do tworzenia oksyanionów na tym stopniu utlenienia jest bardzo mała, udało się to potwierdzić dla K6Mn2O6. Na IV stopniu utlenienia mangan tworzy fluorek i siarczan, jednak te związki rozkładają się w kontakcie z wodą. Oksyaniony MnO32− i MnO44− są trwałe w rozcieńczonych roztworach wodnych. Nie są znane proste kationy manganu na wyższych stopniach utlenienia. Na V stopniu utlenienia mangan tworzy aniony MnO43−, które nawet w roztworach o pH = 14 ulegają powolnej dysproporcjonacji do dwutlenku manganu i wraz ze spadkiem zasadowości środowiska szybkość tej reakcji mocno wzrasta. Manganiany(VI) są stabilne w roztworach silnie zasadowych, po obniżeniu pH ulegają reakcji dysproporcjonacji. Nadmanganiany, w których mangan jest na VII stopniu utlenienia, są trwałe w środowisku zasadowym i obojętnym. W środowisku kwaśnym możliwe jest uzyskanie kwasu nadmanganowego w wyniku reakcji roztworu nadmanganianu baru(inne języki) z kwasem siarkowym w temperaturze poniżej 1°C. Powstający w reakcji nadmanganianów ze stężonym kwasem siarkowym zielony tlenek manganu(VII) wobec nadmiaru H2SO4 jest zdolny do utworzenia oksykationu MnO3+. Stopniowa zmiana charakteru manganu z zasadowego na II stopniu utlenienia do kwasowego na VII jest wyraźnie widoczna, choć nieco zakłócona obniżoną stabilnością związków manganu na stopniach utlenienia V i VI. Roztwór nadmanganianu potasu o niskim stężeniu w skrajnie zasadowym środowisku przybiera barwę niebieską, co świadczy o powstawaniu anionu MnO43−, w którym mangan jest na V stopniu utlenienia.
Przykłady związków i jonów manganu na wybranych stopniach utlenienia
Aniony są trwałe w środowisku zasadowym i obojętnym. Związki manganu na VII stopniu utlenienia wykazują własności utleniające, szczególnie silne w środowisku kwaśnym. Aniony nadmanganianowe nadają roztworom wodnym barwę fioletową.
Kwas manganowy(VI) jest tak nietrwały, że udało się wyznaczyć jedynie jego drugą stałą dysocjacji metodą radiolizy impulsowej (pKa = 7,4 ± 0,1). Występujące we wczesnej literaturze doniesienia o otrzymaniu MnO3 okazały się nieprawdziwe. Aniony manganianowe(VI) nadają roztworom wodnym barwę zieloną.
Manganiany(V) jedynie w bardzo silnie zasadowym środowisku nie ulegają natychmiastowej dysmutacji. Udało się jednak wyznaczyć trzecią stałą dysocjacji kwasu manganowego(V) – (pKa = 13,7 ± 0,2). Aniony manganianowe(V) nadają roztworom wodnym barwę niebieską.
Trwały MnO2 jest głównym składnikiem braunsztynu – podstawowej rudy manganu. Powstające w wyniku fotolizy nadmanganianów rozcieńczone wodne roztwory manganianów(IV) są również stabilne. Związki manganu(IV) są zazwyczaj czarne.
Jedynie dla K6Mn2O6 wykazano istnienie odrębnego oksyanionu, substancje takie jak LaMnO3, LiMn2O4, LiMnO2, NaMnO2 są mieszaninami tlenków o określonej strukturze krystalograficznej. Kationy Mn3+ nadają roztworom wodnym barwę czerwoną.
Związki manganu na II stopniu utlenienia mają własności redukujące. Większość z nich ma barwę jasnoróżową, która wynika z tworzenia się kationu Mn(OH)62+. Świeżo strącony wodorotlenek manganu(II) ma barwę białą. Wydzielony kompleks K4[Mn(CN)6]·3H2O jest niebiesko-fioletowy a jego roztwory mają barwę żółtą.
Wyłącznie związki kompleksowe są znane, mają własności utleniające. Cyklopentadienylotrikarbonylek manganu jest używany jako dodatek do benzyny bezołowiowej.
W przemyśle znaczna część manganu jest wykorzystywana w postaci stopu z żelazem – żelazomanganu(inne języki). Stop ten jest otrzymywany w piecach hutniczych lub łukowych z mieszaniny rud manganu i żelaza w wyniku redukcji węglem – uzyskane tą drogą stopy zawierają 30–80% manganu. Czysty mangan, przeznaczony do otrzymywania stopów nie zawierających żelaza, jest otrzymywany w wyniku ekstrakcji rud za pomocą kwasu siarkowego, a następnie wydzielany na drodze elektrolitycznej. Typowy proces obejmuje redukcję rud manganu za pomocą tlenku węgla zawartego w gazie ziemnym w temperaturze 800–1000°C do tlenku manganu (MnO), który łatwo ulega ekstrakcji. Ze względu na konieczność zastosowania wysokiej temperatury taki proces może być zastosowany jedynie do złóż bogatych w mangan (>35%). W ostatnich latach opracowywano założenia do procesu wykorzystującego ekstrakcję wodnymi roztworami dwutlenku siarki przed etapem elektrorafinacji. Proces taki przeznaczony byłby do ubogich złóż zawierających 4–7% manganu.
Znaczenie biologiczne
Mangan obecny jest w centrach reaktywności wielu enzymów i jest niezbędnym do życia mikroelementem. Zalecane spożycie manganu dla osób dorosłych wynosi 1,6mg, nadmiar może sprzyjać rozwojowi demencji, schizofrenii oraz pogłębiać chorobę Parkinsona, niedobór zaś, choć rzadki, powoduje opóźnienie w rozwoju fizycznym.
Kompleksy manganu są wykorzystywane w mechanizmie fosforylacji niecyklicznej fotosystemu II fotosyntezy u roślin – bierze udział w fotolizie wody (rozkładzie wody przez działanie światła).
↑Podana wartość stanowi przybliżoną standardową względną masę atomową (ang. abridged standard atomic weight) publikowaną wraz ze standardową względną masą atomową, która wynosi 54,938043 ± 0,000002. Zob. Prohaska i in. 2022 ↓, s.580–584.
↑ang.oil użyte w referowanym tekście może też oznaczać olej lub oliwę.
123G.G.BrachtelG.G., R.R.HoppeR.R., Das erste Oxomanganat(III) mit Inselstruktur: K6[Mn2O6], „Die Naturwissenschaften”, 63 (7), 1976, s. 339–339, DOI:10.1007/BF00597313 [dostęp 2026-10-23](niem.).}
12Donald G.D.G.LeeDonald G.D.G., TaoT.ChenTaoT., Oxidation of hydrocarbons. 18. Mechanism of the reaction between permanganate and carbon-carbon double bonds, „Journal of the American Chemical Society”, 111 (19), 1989, s. 7534–7538, DOI:10.1021/ja00201a039 [dostęp 2026-10-23](ang.).
123456J.D.J.D.RushJ.D.J.D., B.H.J.B.H.J.BielskiB.H.J.B.H.J., Studies of Manganate(V), -(VI), and -(VII) Tetraoxyanions by Pulse Radiolysis. Optical Spectra of Protonated Forms, „Inorganic Chemistry”, 34 (23), 1995, s. 5832–5838, DOI:10.1021/ic00127a022 [dostęp 2026-10-23](ang.).
↑Albert F.A.F.CottonAlbert F.A.F., GeoffreyG.WilkinsonGeoffreyG., Advanced Inorganic Chemistry, wyd. 4, Nowy Jork: Willey, 1980, s. 746, ISBN0-471-02775-8(ang.).
↑Donald G.D.G.LeeDonald G.D.G., Christopher R.Ch.R.MoylanChristopher R.Ch.R., TakatoshiT.HayashiTakatoshiT., John I.J.I.BraumanJohn I.J.I., Photochemistry of aqueous permanganate ion, „Journal of the American Chemical Society”, 109 (10), 1987, s. 3003–3010, DOI:10.1021/ja00244a023 [dostęp 2026-10-23](ang.).
123D.A.D.A.LacombeD.A.D.A., J.E.J.E.AndersonJ.E.J.E., K.M.K.M.KadishK.M.K.M., Electrochemistry of dimanganese decacarbonyl, pentacarbonylmanganese(1+), pentacarbonylmanganate(1-), and manganese pentacarbonyl, „Inorganic Chemistry”, 25 (12), 1986, s. 2074–2079, DOI:10.1021/ic00232a033 [dostęp 2026-10-23](ang.).
123P.L.P.L.PausonP.L.P.L., G.K.G.K.FriestadG.K.G.K., Decacarbonyldimanganese, [w:] Encyclopedia of Reagents for Organic Synthesis, Nowy Jork: J. Wiley & Sons, DOI:10.1002/047084289X, ISBN978-0-470-84289-8(ang.).
↑MaxM.SchmidtMaxM., „VII. Nebengruppe”. Anorganische Chemie II, Wissenschaftsverlag, 1968, s. 100–109(niem.).
↑Lawrence F.L.F.DahlLawrence F.L.F., EtsuroE.IshishiEtsuroE., R.E.R.E.RundleR.E.R.E., Polynuclear Metal Carbonyls. I. Structures of Mn2(CO)10 and Re2(CO)10, „The Journal of Chemical Physics”, 26 (6), 1957, s. 1750–1751, DOI:10.1063/1.1743615 [dostęp 2026-10-23](ang.).
↑Mangan, [w:] Arnold F.A.F.HollemanArnold F.A.F., EgonE.WibergEgonE., NilsN.WibergNilsN., Lehrbuch der Anorganischen Chemie, wyd. 91–100, Walter de Gruyter, 1985, s. 1110–1117, ISBN3-11-007511-3(niem.).
↑WenshengW.ZhangWenshengW., Chu YongCh.Y.ChengChu YongCh.Y., Manganese metallurgy review. Part I: Leaching of ores/secondary materials and recovery of electrolytic/chemical manganese dioxide, „Hydrometallurgy”, 89 (3-4), 2007, s. 137–159, DOI:10.1016/j.hydromet.2007.08.010 [dostęp 2026-10-23](ang.).
↑RenataR.JędrzejczakRenataR., Żelazo i mangan w żywności, „Roczniki Państwowego Zakładu Higieny” (55), 2004, s. 13–20.
↑HolgerH.DauHolgerH., MichaelM.HaumannMichaelM., Eight steps preceding O–O bond formation in oxygenic photosynthesis—A basic reaction cycle of the Photosystem II manganese complex, „Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Bioenergetics”, 1767 (6), 2007, s. 472–483, DOI:10.1016/j.bbabio.2007.02.022 [dostęp 2026-10-23](ang.).
