Manganese (English spelling)

Japanese: マンガン - まんがん（英語表記）manganese 英語

It belongs to the 7th group of the periodic table and is one of the manganese group elements. Its existence was speculated by K. W. Scheele of Sweden in 1774, and in the same year, his friend Johan Gottlieb Gahn (1745-1818) obtained metallic manganese by covering pyrolusite (manganese dioxide MnO ₂ , also called manganese(IV) oxide) with oil and charcoal powder and igniting it in a crucible. At the time, pyrolusite was thought to be a variant of magnetite, magnesia, and was called manganese. Magnesium oxide was also called magnesia at the time, so pyrolusite was called black magnesia and manganese to distinguish it from magnesium oxide. Therefore, Gahn named the metal obtained here manganesium. In 1808, German Klaproth proposed the name Manga (German) to prevent confusion with magnesium, which had been discovered by then. In addition, pyrolusite was already used in ancient Rome to remove the blue-green color of glass, and the name is said to originate from the Greek words manganizo (purification) and manganon (magic).

[Kenichi Morinaga and Katsunori Nakahara]

Existence and production

Manganese is the most widely distributed heavy metal after iron, but is not produced in a free state. The main ores are pyrolusite, braunite 3Mn ₂ O ₃ · MnSiO ₃ , manganite Mn ₂ O ₃ · H ₂ O, syllomelenite, and rhodochrosite. Manganese and iron oxides are also widely distributed as manganese nodules on the deep seabed. The metal can be obtained by heating manganese dioxide to produce manganese(III)(II)MnMn ₂ O ₄ (also called trimanganese tetroxide), which is then ignited with aluminum in the thermite process, but the electrolysis process is the most common, as it is easier to obtain high-quality manganese. Electrolytic manganese (99.97%) is obtained by electrolyzing an aqueous solution of manganese(II) sulfate in the presence of a diaphragm. It is also produced in the form of ferromanganese (an alloy of 70-80% manganese and iron) for use in desulfurization and deoxidation of steel and as a manganese additive. Ferromanganese is made by igniting manganese ore, scrap iron, coke, and lime in an electric furnace.

Manganese ore is produced in small amounts in Iwate Prefecture and other areas in Japan, but most of it is imported from South Africa, Australia, etc. The world's manganese ore production in 2010 was about 13.9 million tons per year, with the main countries being Australia (about 22%), South Africa (about 21%), and China (about 19%).

[Kenichi Morinaga and Katsunori Nakahara]

nature

A silvery-white metal. It has properties similar to iron, but is harder and more brittle. There are four allotropes: α (alpha), β (beta), γ (gamma), and δ (delta). α is stable at room temperature. It becomes β at 727°C, β becomes γ at 1100°C, and γ becomes δ at 1138°C. α and β are hard and brittle, while γ is soft. Powder is flammable, but in bulk it rusts in moist air and rapidly decomposes in heated water, generating hydrogen. It dissolves in dilute acid, generating hydrogen, and becomes a pale pink solution (the color of manganese(II) hydrate ion [Mn(H ₂ O) ₆ ] ²⁺ ). When heated, it directly combines with halogens, oxygen, nitrogen, carbon, etc. The oxidation state of manganese found in compounds ranges widely from +II to +VII. Of these, the +II oxidation state is the most stable, and it is found in nitrates, sulfates, carbonates, etc. Salts with an oxidation state of +III (for example, manganese(III) acetate, Mn(C ₂ H ₃ O ₂ ) ₃ ) are oxidizing agents. With the exception of fluorides, halides only give divalent salts. Oxides are known to have oxidation states of +II to +IV and +VII. Manganese(IV) oxide generates chlorine when heated with concentrated hydrochloric acid, demonstrating an oxidizing effect. This oxidizing power is utilized in dry batteries. As its oxidation state is easily changed, it also serves as a catalyst for redox reactions. Permanganate is a strong oxidizing agent, and aqueous solutions of manganates are unstable and prone to disproportionation.

[Kenichi Morinaga and Katsunori Nakahara]

Applications

Manganese is used as an alloy additive for steel and non-ferrous metals because it improves metal properties such as strength, hardness, and corrosion resistance. For example, manganese-containing brass is used for ship propellers because it is resistant to corrosion in seawater. Manganin wire (80-85% Cu, 10-15% Mn, 2-5% Ni, 1% Fe) has a very small temperature coefficient of electrical resistance and is used as a part for high-end measuring instruments. Its main uses include the manufacture of special steels (high-end stainless steel, electromagnetic steel sheets, non-magnetic steel), non-ferrous alloys (aluminum alloys, copper alloys), and manganese compounds. Manganese compounds are used in medicines, pigments, desiccants, oxidizers, analytical reagents, etc. Manganese is an essential element for all living things, and is found in the human body as a trace element at about one part per million. Small amounts of manganese carbonate (II) are added to animal feed and plant fertilizer to prevent deficiency.

[Kenichi Morinaga and Katsunori Nakahara]

Manganese and the human body

The human body contains about 15 milligrams of manganese, a quarter of which is found in the bones, and the remainder in organs such as the liver, pancreas, and kidneys. Its main physiological function is to activate the action of various enzymes as a component. Manganese deficiency can cause growth inhibition, skeletal abnormalities, and abnormalities in carbohydrate and lipid metabolism. Excess manganese can also cause fatigue, insomnia, and neurological disorders. While there are no problems with deficiency or excess in a normal diet, there have been cases of deficiency with total parenteral nutrition. The Dietary Reference Intakes for Japanese (Ministry of Health, Labour and Welfare) sets out the recommended amount to be taken in through food, as well as an upper limit to reduce the risk of health problems due to excessive intake.

[Yonago, Yamaguchi]

"New Liberal Arts Inorganic Chemistry" by Sasaki Yukimi, Takamoto Susumu, Kimura Miki, Sugishita Ryuichiro, and Hashiya Takanari (1986, Asakura Publishing)" ▽ "Experimental Chemistry Lectures 18: Organometallic Complexes, 4th Edition, edited by the Chemical Society of Japan (1991, Maruzen)" ▽ "Dictionary of Minerals" edited by Itokawa Yoshinori (2003, Asakura Publishing)" ▽ "Dietary Reference Intakes for Japanese, 2015 Edition -- Report of the Ministry of Health, Labor and Welfare's Dietary Reference Intakes for Japanese" edited by Hishida Akira and Sasaki Satoshi (2014, Daiichi Publishing)" ▽ "Mining Handbook, various years' editions, edited and published by the Research Institute of Economy, Trade and Industry"

Periodic Table
©Shogakukan ">

Periodic Table

Source: Shogakukan Encyclopedia Nipponica About Encyclopedia Nipponica Information | Legend

Japanese:

周期表第7族に属し、マンガン族元素の一つ。1774年スウェーデンのK・W・シェーレによりその存在が推測され、同年、彼の友人ガーンJohan Gottlieb Gahn（1745―1818）は軟マンガン鉱（二酸化マンガンMnO₂、酸化マンガン(Ⅳ)ともいう）を油と木炭粉末で覆い、るつぼ中で強熱して金属マンガンを得た。軟マンガン鉱は当時、磁鉄鉱magnesの変種とも考えられていてmagnesiaとよばれていた。そのころ酸化マグネシウムもmagnesiaとよばれており、それを区別するため軟マンガン鉱を黒いmagnesiaおよびmanganeseとよんだ。そのためガーンは、ここで得た金属をmanganesiumとした。1808年ドイツのクラプロートはそれまでに発見されたmagnesiumとの混同を防ぐためMangan（ドイツ語）を提案した。また、古代ローマ時代、すでにガラスに加えて青緑色を消すため軟マンガン鉱を利用しており、これにちなんだギリシア語のmanganizo（浄化）、manganon（魔法）に、その名前の語源があるともいわれる。

［守永健一・中原勝儼］

存在と製法

鉄に次いでもっとも広く分布する重金属であるが、遊離状態では産出しない。おもな鉱石は、軟マンガン鉱、ブラウン鉱3Mn₂O₃・MnSiO₃、水マンガン鉱Mn₂O₃・H₂O、サイロメレン鉱、菱(りょう)マンガン鉱などである。その他深海底などにはマンガンと鉄の酸化物がマンガン団塊として広く分布している。金属を得るには、二酸化マンガンを加熱して四酸化二マンガン(Ⅲ)マンガン(Ⅱ)MnMn₂O₄（四酸化三マンガンともいう）とし、これをアルミニウムとともに強熱するテルミット法があるが、品質のよいものが得られやすい電解法が主流である。硫酸マンガン(Ⅱ)水溶液を隔膜の存在下で電解して電解マンガン（99.97％）を得る。また、鉄鋼の脱硫、脱酸、マンガン添加剤として用いる目的で、フェロマンガン（マンガン70～80％と鉄の合金）の形で製造される。フェロマンガンは、マンガン鉱石とくず鉄、コークス、石灰を電気炉内で強熱してつくる。

　マンガン鉱石は、日本では岩手県などにごく少量産出するが、ほとんどが南アフリカ、オーストラリアなどから輸入されている。2010年のマンガンの世界の生産鉱量は年間約1390万トンで、主要国はオーストラリア（約22％）、南アフリカ（約21％）、中国（約19％）である。

［守永健一・中原勝儼］

性質

銀白色の金属。鉄に似た性質をもつが、鉄より硬くてもろい。α(アルファ)、β(ベータ)、γ(ガンマ)、δ(デルタ)の4種の同素体がある。室温ではαが安定。727℃でβとなり、βは1100℃でγ、γは1138℃でδとなる。αとβは硬くもろく、γは柔軟。粉末は発火性があるが、塊では湿った空気中ではさび、加熱水を急速に分解して水素を発生する。希酸には水素を発生して溶け、淡紅色（マンガン(Ⅱ)水和イオン[Mn(H₂O)₆]²⁺の色）の溶液となる。熱すると、ハロゲン、酸素、窒素、炭素などと直接化合する。化合物にみられるマンガンの酸化数は＋Ⅱ～＋Ⅶと広範囲にわたる。このうち、＋Ⅱの酸化状態がもっとも安定で、硝酸塩、硫酸塩、炭酸塩などがある。＋Ⅲの塩（たとえば、酢酸マンガン(Ⅲ)Mn(C₂H₃O₂)₃）は酸化剤である。フッ化物を除くと、ハロゲン化物は二価塩が得られるだけである。酸化物には＋Ⅱ～＋Ⅳおよび＋Ⅶの酸化状態を含むものが知られる。酸化マンガン(Ⅳ)は、濃塩酸とともに熱すると塩素を発生し、酸化作用を示す。この酸化力が乾電池に利用されている。酸化状態が変化しやすいため酸化還元反応の触媒ともなる。過マンガン酸塩は強力な酸化剤であり、マンガン酸塩の水溶液は不安定で不均化しやすい。

［守永健一・中原勝儼］

用途

マンガンの添加により、強度、硬度、耐食性などの金属特性が改善されるので、鉄鋼および非鉄金属への合金添加剤として用いられる。たとえば、マンガン入り黄銅は、海水に対して耐食性があるため船のスクリューなどに使われる。また、マンガニン線（Cu80～85％、Mn10～15％、Ni2～5％、Fe1％）は、電気抵抗の温度係数が非常に小さいので、高級計測器の部品として用いられる。おもな用途は、特殊鋼（高級ステンレス鋼、電磁鋼板、非磁性鋼）や非鉄合金（アルミニウム合金、銅合金）、マンガン化合物の製造など。マンガン化合物には医薬、顔料、乾燥剤、酸化剤、分析試薬などの用途がある。すべての生物にとって必須元素であり、人体では微量元素として100万分の1程度含まれる。動物の飼料、植物の肥料などに炭酸マンガン(Ⅱ)などを少量加えて、欠乏症を防ぐために用いられる。

［守永健一・中原勝儼］

人体とマンガン

マンガンは人体に約15ミリグラム含まれ、その4分の1が骨、残りが肝臓、膵臓(すいぞう)、腎臓(じんぞう)などの臓器に含まれている。おもな生理作用は各種の酵素の構成成分で、酵素の作用を活性化することである。マンガンが不足すると成長阻害、骨格異常、糖質や脂質の代謝の異常などがおこる。また、過剰症には疲労、不眠、神経病などがある。通常の食事では不足や過剰の問題はないが、中心静脈栄養での不足例がある。食事からとるべき量については、「日本人の食事摂取基準」（厚生労働省）により、目安量、および過剰摂取による健康障害のリスクを下げるための上限量が設定されている。

［山口米子］

『佐佐木行美・高本進・木村幹・杉下龍一郎・橋谷卓成著『新教養無機化学』（1986・朝倉書店）』▽『日本化学会編『実験化学講座18　有機金属錯体』第4版（1991・丸善）』▽『糸川嘉則編『ミネラルの事典』（2003・朝倉書店）』▽『菱田明・佐々木敏監修『日本人の食事摂取基準2015年版――厚生労働省「日本人の食事摂取基準」策定検討会報告書』（2014・第一出版）』▽『経済産業調査会編・刊『鉱業便覧』各年版』