شیمی برای زندگی

منگنز عنصر شیمیایی است که در جدول تناوبی دارای نشان Mn و عدد اتمی 25 می باشد.

خصوصیات قابل توجه

منگنزمانند آهن فلزی خاکستری رنگ است. فلزی است سخت و بسیار شکننده که به سختی ذوب اما به راحتی اکسیده می شود.فلزمنگنز فقط پس از پردازش خاصی فرومغناطیس می گردد.
کلی ترین حالتهای اکسیداسیون منگنز6+ ،4+،3+،2+ و 7+ است اگرچه حالتهای اکسیداسیون از 7+ تا 1+ مشاهده می شـود. در سیستم بیولوژیکی+2Mn اغلب با +2Mg در تضاد است و ترکیبات منگنزی که درآنها منگنز دارای حالت اکسیداسیـــون 7+ می باشد، عاملهای اکسید کننده ای قوی هستند.

کاربردهــــــــــــا

منگنز به خاطرخصوصیات ثابت کنندگی گوگرد، اکسیژن زدائی و آلیاژ سازی برای تولید آهن و فولاد ضروری است.فولادسازی - ازجمله بخش تولید آهن آن- بیشترین مقدار منگنز داخلی را نیاز دارد که اخیرا" بین 90% تا 85% مقدار مورد نیاز است.از بین کاربردهای مختلف دیگر آن ، منگنز بخش اصلی فرمول های فولادضد زنگ ارزان قیمت و آلیاژهای آلومینیم پرکاربرد را تشکیل می دهد .از اکسید منگنز در انواع پیلهای خشک جدید استفاده می شود. انتظار می رود ماهیت و سطح کلی کاربرد منگنز در آمریکا در آینده ای نزدیک تقریبا" یکسان باقی بماند.هیچ گونه فن آوری عملی برای جایگزینی مواد دیگر به جای منگنز یا استفاده از مقادیر داخلی و سایر ذخائر جهت خودکفایی آمریکا نسبـت به کانی منگنز سایر کشورها وجود ندارد.
جانشینها : منگنز هیچ جایگزین مفیدی برای کاربردهای اصلی خود ندارد.

تاریخچـــــــــــه

منگنز از ماقبل تاریخ مورد استفاده بوده است.رنگهایی که از رنگدانه های دی اکسید منگنز ساخته شده اند به 17000 سال پیش برمی گردند.مصریان و رومیان ازترکیبات این عنصر در شیشه سازی چه برای رنگ آمیزی آن و چه برای از بین بردن رنگ آن استفاده می کردند. منگنز که می توان آنرا در کانیهای آهن یافت توسط اسپارتها بکار می رفت. بعضی افراد بر این باورند که سختی استثنائی فولاد اسپارتان ، ناشی از تولید ناخواسته یک آلیاژ آهن – منگنز می باشد.

در قرن 17 ابتدا Glauber شیمیدان آلمانی یک معرف آزمایشگاهی سودمند بنام پرمنگنات را تولید نمود. تا اواسط قرن 18 از اکسید منگنز برای تولید کلر استفاده می شد. برای اولین بار Scheele شیمیدان سوئدی متوجه شد که منگنز یک عنصر است و همکارش J. G. Gah در سال 1774 با کاهش دی اکسید منگنز بوسیله کربن موفق به تهیه نوع خالص این عنصر گشت. تقریبا" در آغاز قرن 19دانشمندان استفاده از منگنز را در فولادسازی مورد بررسی قراردادند که آن زمان حقوق انحصاری برای کاربردهای آن واگذار شد. در سال 1816 متوجه شدند افزودن منگنز به آهن بدون تغییر درمیزان شکنندگی آن باعث استحکام بیشتر آهن می شود.

نقش بیولوژیکی

منگنز ماده غذائی است که وجود آن به مقدار کم برای تمامی گونه های حیات ضروری می باشد.
رده های آنزیمهایی که عوامل مشترک منگنز دارند بسیار گسترده است و مثلا" شامل oxidoreductases transferases ، hydrolases, lyases, isomerases, ligases, lectins, integrins می باشند. شاید آرژیناز ، دیسموتاس سوپر اکسید حاوی منگنز و سم دیفتری معروف ترین پلی پپتید های منگنز باشند.

پیدایـــــــش

منابع زمینی منگنز بسیار زیاد اما بطور نامنظمی پراکنده شده اند؛ منابعی که در آریکا واقع شده اند نامرغوب بوده و تهیه آن گران است. آفریقای جنوبی و اکراین بیش از 80% منابع شناخته شده جهان را دارا هستند ؛ آفریقای جنوبی بدون در نظر گرفتن چین و اکراین بیش از 80% کل آنرا تولید می کند.

منابع واردات آمریکا ( 2001- 1998) : سنگ معدن منگنز : گابن 70% ، آفریقای جنوبی 10% ، استرالـیا 9%، مکزیک 5% و سایر کشورها 6%. فرومنگنز : آفریقای جنوبی 47% ، فرانسه 22%، مکزیک 8%، استرالیا 8% و سایر کشورها 15%. منگنز موجود در کل واردات منگنز: آفریقای جنوبی 31% ، گابن 21%، استرالیا 13% ، مکزیک 8% و سایر کشورها 27%.
منگنز در بورکینوفاسو استخراج می شود.
مقادیر بسیار زیادی منگنز در سختگاههای منگنز واقع در کف اقیانوسها وجود دارد. در سال 1970 تلاشهایی که برای یافتن روشهای عملی و اقتصادی بهره برداری از سختگاههای منگنز انجام می شد متوقف گشت.

ترکیبات

پرمنگنات پتاسیم که آنرا بلورهای کاندی هم می نامند، به علت خصوصیات اکسیداسیون آن ، یک معرف آزمایشگاهی متداول است و بعنوان یک داروی محلی کاربرد دارد( مثلا" برای درمان بیماریهای ماهی).

دی اکسید منگنز در پیلهای خشک کاربرد داشته ونیز می توان از آن برای کلر زدایی شیشه هایی که با مقادیر کمی آهن سبز رنگ شده اند استفاده نمود. با ترکیبات منگنزمی توان شیشه ها را ارغوانی کرد و عامل رنگ ارغوانی واقعی می باشد.علاوه بر اینها از دی اکسید منگنز برای تولید اکسیژن ، کلر و رنگهای سیاه جامد استفاده می گردد.

ایزوتوپهـــــــــا

منگنز بطور طبیعی دارای یک ایزوتوپ پایدار Mn-55 می باشد. 18 ایزوتوپ پرتوزاد هم برای این عنصر شناسایی شده که پایدارترین آنها منگنز53 با نیمه عمر 7/3 میلیون سال ، منگنز54 با نیمه عمر 3/312 روز و منگنز 52 با نیمه عمر 591/5 روز هستند.مابقی ایزوتوپهای رادیواکتیو از نیمه عمری کمتر از 3 ساعت برخوردار بوده که نیمه عمر اکثر آنها کمتر از 1 دقیقه است.همچنین این عنصر دارای 3 meta states می باشد.

منگنز جزء عناصر گروه آهنی است که تصور می شود در ستارگان بزرگ اندکی قبل از انفجار ابراختر سنتز شده اند. منگنز 53 به شکل Cr-53 با نیمه عمر 7/3 میلیون سال فرسایش می یابد. منگنز53 به علت نیمه عمر نسبتا" کوتاهش یک رادیونوکلید غیر فعال است.محتویات ایزوتوپی منگنز معمولا" با محتویات ایزوتوپی کروم ترکیب می شـــــــود که درisotope geology بکار می رود. نسبتهای ایزوتوپی منگنز – کروم شواهدی را که از آلومینیم 26 و پالادیم 107 برای تاریخ آغازین منظومه شمسی وجود دارد تقویت می کند.

ایزوتوپهای منگنز از نظر وزن اتمی بین amu 46 ( Mn-46) تا amu65 ( Mn-65) قرار دارند.حالت فروپاشی اولیه قبل از فراوان ترین ایزوتوپ پایدار ( Mn-55) جذب الکترون و حالت اولیه پس از آن بتا می باشد.

هشدارهــــــــــا

مقدار بیش از حد منگنز سمی است و به علت میزان مسمومیت زایی این عنصر تماس با گرده ، بخار و ترکیبات منگنزحتی برای زمانهای کوتاه نباید از حداکثـــر mg/m3 5 فراتر رود.
محلولهای پرمنگنات اسیدی کلیه مواد معدنی را که با آنها در تماس هستند ازبین خواهند برد و قادر به سوزاندن آنها می باشند.

شناخت محیط رشد:منگنز

منگنز به میزان بسیار کمی مورد نیاز گیاه است و در صورت زیاد شدن میزان آن در خاک، بر روی گیاه اثر مسموم کننده خواهد داشت. وجود منگنز برای بسیاری از اعمال گیاهی مانند فتوسنتز، تنفس و تهیه کلروفیل ضروریست. علایم کمبود آن در گیاهان مختلف متفاوت می باشد. سوختگی کنار برگها و یا لکه های سوختگی میانه برگها ، همچنین کاهش رشد و گل دهی گیاه از نشانه های کمبود منگنز است و چون مانند آهن درون گیاه غیر قابل انتقال است، ابتدا برگ های جوان علایم کمبود را نشان می دهند، درواکنش های قلیایی در خاک تثبیت شده و با پایین آوردن واکنش خاک، بیشتر قابل استفاده میگردد. در خاک های خیلی اسیدی ممکن است به علت افزایش بیش از حد جذب آن در گیاه مسمومیت ایجاد شود. برای رفع کمبود منگنز از سولفات منگنز استفاده می شود که در خاکهای ایران بازده آن بسیار ناچیز است.

اثرات منگنز بر سلامتي انسان
منگنز يک ترکيب شيميايي معمول است که در تمام قسمتهاي کره زمين يافت ميشود. منگنز سومين عنصر شيميايي از لحاظ سمي بودن ميباشد. يعني از طرفي مقدار اندک منگنز براي بقاي انسان مورد نياز است و از طرف ديگر زمانيکه غلظت منگنز از حد معمول خود تجاوز کرده و بالا ميرود، براي بدن انسان بسيارسمي است. اگر انسان مقدار منگنز مورد نياز بدن را مصرف نکند، سلامتي وي به خطر مي افتد. اما اگر مصرف منگنز بسيار زياد باشد، مشکلاتي در بدن انسان رخ ميدهد.
منگنز از طريق غذا وارد بدن انسان ميشود. غذاهايي که حاوي منگنز هستند، اسفناج، چاي و گياهان دارويي ميباشند. مواد غذايي که مقدار منگنز آنها بالا ميباشد، عبارت هستند از برنج، سويا، تخم مرغ، آجيل، روغن زيتون، لوبيا سبز و صدف. پس از مصرف غذاهاي حاوي منگنز و جذب آنها، منگنز از طريق خون به اندامهايي مانند کبد، کليه ها، پانکراس و غدد درون ريز وارد ميشود.
مهمترين تاثير منگنز بر دستگاه تنفس و مغز است. علائم مسموميت با منگنز شامل توهم، فراموشي و آسيبهاي عصبي است. همچنين منگنز باعث بيماري پارکينسون، آب آوردن ريه ها و برونشيت ميشود. اگر مردان براي مدت زمان زياد تحت تاثير منگنز قرار گيرند، ممکن است توانايي جنسي خود را از دست دهند.
سندرمي که بر اثر عملکرد منگنز در بدن انسان اتفاق مي افتد داراي علائمي مانند شيزوفرني، کسالت، ضعف عضلات، سردرد و کم خوابي است.
بر اثر کمبود منگنز در بدن انسان بيماريهاي زير بروز ميکند:
چاقي
عدم تحمل گلوکز
خونمردگي
مشکلات پوستي
پايين آمدن کلسترول بدن
ناهنجاريهاي اسکلتي
کاهش تولد
تغيير رنگ مو
علائم عصبي
با تنفس طولاني مدت غبار يا بخار منگنز مسموميت مزمن منگنز رخ ميدهد. اولين قسمت بدن که آسيب ميبيند، سيستم عصبي مرکزي است و ممکن به طور موقت دچار ناتواني شود. علائم اين مسموميت عبارت هستند از ضعف، احساس خواب آلودگي، احساس کسالت، مشکلات روحي، اسپاسم پاها، گرفتگي عضلات پا و فلج. در کارگراني که با ترکيبات، غبار و بخار منگنز کار ميکنند، عوارضي مانند ذات الريه و عفونت دستگاه تنفسي مشاهده ميشود. ترکيبات منگنز ممکن است سبب ايجاد تومور در بدن انسان شوند، اما تحقيقات آزمايشگاهي نتيجه اي مبهم را به دنبال داشته و هنوز اين اثر منگنز به درستي تاييد نشده است.