El manganeso, en forma del mineral negro pirolusita, fue empleado por pintores prehistóricos en las cavernas de la región de Lascaux en Francia hace 30,000 años. En tiempos recientes los vidrieros lo usan para remover el color verdoso del vidrio natural. El manganeso metálico fue aislado por primera vez en 1774 por el químico y minerólogo Johan Gottlieb Gahn, quien redujo la pirolusita, un dióxido de manganeso, con carbón. Raramente es empleado en forma pura debido a que es muy quebradizo, por lo que primordialmente se emplea en aleaciones para la producción de acero.
En 1856 el manganeso se usó por primera vez para mejorar las características del acero durante el forjado a elevadas temperaturas. Con posterioridad se utilizó para mejorar la dureza y resistencia del acero produciendo el acero al manganeso, llamado acero Hadfield. El manganeso puro estuvo disponible comercialmente hasta 1941.
El manganeso (Mn) es un elemento químico que se encuentra en la primera serie metales de transición (grupo VIIb) en la Tabla Periódica. Cuenta con un número atómico de 25, peso molecular de 54.938 g/mol, punto de fusión y ebullición de 1246 y 2062°C respectivamente. Además, tiene una densidad de 7.21 g/cm3 a 20°C; presenta diferentes grados de oxidación como 2, 2, 4, 5, 6, 7 y una configuración electrónica de [Ar]3d54s2. Su estado de oxidación más alto corresponde al número total de electrones 3d y 4s. El manganeso, con la valencia 7, es un oxidante fuerte que se reduce hasta 2, teniendo como intermediarios los compuestos con valencia 5. De acuerdo con su número de coordinación (4 a 8) presenta las siguientes estructuras: tetraédrica (4), cuadrada (4 y 6), octaédrica (6), bipiramidal (7) y dodecaédrica (8). Se encuentra presente en la corteza terrestre en 0.085 %, siendo el quinto metal más abundante, por debajo de aluminio, hierro, magnesio y titanio. Éste se puede hallar en forma de óxidos, óxidos hidratados o carbonatos. De igual forma, se encuentra en forma de nódulos en el lecho del océano Pacífico, junto con níquel, cobre y cobalto.
Es un metal alotrópico, su estructura cristalina cambia con la temperatura. Durante el enfriamiento del estado de fusión, a 1138 °C, solidifica con una estructura cúbica centrada en el cuerpo, fase δ. Si se disminuye la temperatura a 1100 °C, cristaliza con una estructura cúbica centrada en la cara, fase γ. A temperatura ambiente se obtienen las fases β y α. Éstas se caracterizan por poseer una estructura cúbica compleja, ser extremadamente duras y quebradizas, a diferencia de la fase γ que es más maleable.
Su reactividad química es de utilidad en metalurgia y para varios compuestos químicos.
El manganeso metálico se oxida superficialmente en aire, forma óxidos en aire húmedo y se quema en aire u oxígeno a elevadas temperaturas. Cuando se enfría y calienta bruscamente descompone el agua formando gas hidrógeno e hidróxido de manganeso; se disuelve fácilmente en ácidos minerales diluidos generando hidrógeno y sales de manganeso. Su reactividad química es de utilidad en metalurgia y para varios compuestos químicos.
Se encuentra en un gran número de depósitos terrestres, sin embargo, las menas principales se encuentran como dióxido de manganeso (MnO2) en forma de minerales. Éstas se encuentran como óxidos de pirolusita, romanechita, manganita, hausmanita y mena de carbonato rodocrosita (MnCO3).
En la corteza terrestre, los yacimientos se encuentran distribuidas en Australia, Sudáfrica, China, Gabón y Brasil. En adición a las fuentes terrestres, grandes áreas de sedimento marino están cubiertas de nodos de manganeso, llamados nodos polimetálicos, los cuales consisten en concentraciones de manganeso con silicio, hierro y aluminio. Se estima que la cantidad de manganeso en los nódulos polimetálicos es mayor que las reservas terrestres.
En estado puro se produce por medio de procesos hidrometalúrgicos y electrolíticos, y el ferromanganeso y silicomanganeso se genera por la fusión de las menas de manganeso en hornos de explosión o eléctricos.
Más del 90 % del manganeso, se emplea para aplicaciones metalúrgicas; el manganeso puro se utiliza para aleaciones de cobre y aluminio y el ferromanganeso y silicomanganeso se emplean para la producción de hierro y acero.
Todo el manganeso natural es el isótopo estable manganeso-55. Existe con cuatro formas alotrópicas, en la que la fase α es la fase estable a temperatura ambiente. La reactividad química del manganeso es muy semejante a la del hierro. Se oxida superficialmente en aire, se corroe en aire húmedo y se quema en aire u oxígeno a temperaturas elevadas. El manganeso descompone el agua lentamente cuando se enfría y rápidamente cuando se calienta, formando gas hidrógeno e hidróxido de manganeso, y se disuelve rápidamente en ácidos no oxidantes diluidos, generando hidrógeno y varias sales de manganeso. La reactividad química del manganeso es de gran utilidad en metalurgia y en varios compuestos químicos.
De la gran variedad de compuestos químicos del manganeso, los más estables son los que presentan los estados de oxidación 2, 6 y 7. Éstos son ejemplificados por las sales de manganeso (Mn2+), los manganatos (MnO42-) y los permanganatos (MnO4–).
Los principales compuestos industriales del manganeso incluyen varios óxidos. El monóxido de manganeso (MnO) se emplea para la producción de sales de manganeso y como aditivo en fertilizantes y catalizador en la impresión de textiles. En la naturaleza se encuentra como el mineral verde manganosita. Comercialmente, se prepara calentando el carbonato de manganeso en ausencia de aire o en atmósfera e hidrógeno o monóxido de carbono.
El compuesto más importante del manganeso es el dióxido de manganeso, con estado de oxidación 4+ y el mineral negro pirolusita es la fuente de manganeso y todos sus compuestos. Se emplea como un oxidante químico en síntesis orgánica. También, como material catódico en baterías. Se produce directamente de la mena de pirolusita y sintéticamente por descomposición de nitrato de manganeso o por electrolisis de una solución de sulfato de manganeso.
Papel biológico
El manganeso es un elemento esencial para todos los organismos vivos. Muchos tipos de enzima lo contienen. Por ejemplo, durante la fotosíntesis la enzima responsable de convertir las moléculas de agua en oxígeno contiene cuatro átomos de manganeso.
Algunos suelos presentan un bajo contenido de manganeso por lo que los fertilizantes son adicionados con manganeso y también se emplea como suplemento alimenticio para animales de pastoreo.
El cuerpo humano contiene un promedio de 12 miligramos de manganeso. Se consumen 4 miligramos cada día de alimentos como nueces, cereales de trigo entero, salvado, té y perejil. Sin manganeso los huesos crecen esponjosos y se rompen fácilmente. También es esencial para la absorción de la vitamina B1. C2
Emanuel Hernández Núñez
Cinvestav Mérida
Realizó sus estudios de doctorado en la Facultad de Farmacia de la Universidad Autónoma del Estado de Morelos (FF-UAEMor). Se interesa en el diseño y síntesis de Nuevas Entidades Químicas con potencial actividad biológica y en el desarrollo y validación de métodos analíticos para la identificación y cuantificación de contaminantes, metabolitos secundarios y marcadores biológicos. Es catedrático del Conacyt, nivel 1 del SNI, en el Departamento de Recursos del Mar en Cinvestav-Mérida.
El sulfato de manganeso es un compuesto inorgánico con la fórmula química MnSO4. Se trata de un sólido rosa pálido con un uso comercial significativo. En 2005 se produjeron aproximadamente 260.000 toneladas de sulfato de manganeso en todo el mundo. Es el precursor del manganeso metálico y de muchos otros compuestos químicos. Con esta sal se remedian los suelos deficientes en manganeso.[2]
Estructura
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Como muchos sulfatos metálicos, el sulfato de manganeso forma varios hidratos: monohidrato, tetrahidrato, pentahidrato y heptahidrato. Todas estas sales se disuelven en agua para dar soluciones de color rosa tenue del complejo acuoso [Mn(H2O)6]2+.
Aplicaciones y producción
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Normalmente, los minerales de manganeso se purifican mediante su conversión a sulfato de manganeso. El tratamiento de soluciones acuosas de sulfato con carbonato de sodio conduce a la precipitación de carbonato de manganeso, que puede ser calcinado para dar los óxidos de MnOx. En el laboratorio, el sulfato de manganeso puede ser obtenido por el tratamiento de dióxido de manganeso con dióxido de azufre:[3]
MnO2 + SO2 → Mn(SO4)2
También se puede hacer mediante la mezcla de permanganato de potasio con sulfato de sodio y peróxido de hidrógeno.
H2O + KMnO4 + NaHSO4 + H2O2 → MnSO4 + MnSO2
Es un producto de diversas oxidaciones industrialmente importantes que utilizan dióxido de manganeso, como la fabricación de hidroquinona y anisaldehído.[2]
Alternativamente, la oxidación de sulfato de manganeso con permanganato de potasio produce el denominado dióxido de manganeso. Estos materiales, se utilizan en las baterías de pila seca.[2]
Véase también
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Referencias
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Enlaces externos
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