マンガン

外観

灰色～灰褐色, 粉末

溶解性

酸に可溶。希塩酸、希硫酸に水素を発生して溶ける。

主な性質

1. 単体マンガンは銀白色の金属。非常に反応性に富み、空気中で直ちに酸化されて、黒褐色の二酸化マンガンの皮膜を作る
2. マンガン鋼（機械的衝撃や摩耗に強い）生産には必須の成分である
3. 鉄にマンガンを加えると、極めて大きな引張り強度が得られる
4. 〔マンガン青銅〕（３９パーセントの亜鉛に鉄、アルミニウム、マンガンを加えた銅合金）は引張り強度と耐食性に非常に優れる
5. 酸化マンガンは水溶液中で強い酸化作用を持つ
6. マンガン酸カリウムは強力な酸化剤（漂白や脱色に使用される）

解説

マンガン，まんがん，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。

用途

・製鋼用フェロマンガン、溶接棒、特殊鋼、乾電池、マッチ、花火、ガラス着色剤、釉薬、化学薬品 ・有機マンガン化合物はアンチノック剤と農薬 ・二酸化マンガンは乾電池、酸化剤、フエライト、ガラス工業、花火、肥料、アセチレン清浄剤

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。

主な用途

1. マンガン鋼部品（浚渫バケットなど機械部品、ヘリコプター）
2. アルミ合金製品（添加剤、アルミ缶など）
3. 乾電池（マンガン乾電池、アルカリ乾電池）
4. フェライト（磁性材料）
5. 酸化剤（染色、上水道、医療など）
6. その他（ガラス部品）

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。

説明

Manganese occurs as a free element in nature and is ubiquitous in the environment. The origin and uses of this black mineral date back to the Greek golden period. Manganese was known as pyrolusite or manganese dioxide. A Swedish chemist, Carl Wilhelm Scheele, used pyrolusite to produce chlorine in the mid-eighteenth century. But not until 1774 was manganese isolated and purified as a metal by Johan Gottlieb Gahn by reducing the dioxide with carbon. Manganese is an essential element for humans and animals.

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。

化学的特性

Manganese is a combustible, lustrous, brittle, silvery soft metal. It may be found in chunks, powder, or flakes. The most important ore containing manganese is pyrolusite. Manganese may also be produced from ferrous scrap used in the production of electric and open-hearth steel.

物理的性質

Manganese is a reactive metal that has several oxidation states (2, 3, 4, 6, and 7) thatare responsible for its varied chemical compounds. The chemical and physical properties ofmanganese are similar to the properties of its companions in group 7—technetium (₄₃Tc) andrhenium (₇₅Re).Pure manganese is a gray-white metal that is somewhat similar to iron, located just to theright of it in period 4. Manganese is a reactive element that, over time, will decompose in coldwater and will rust (oxidize) in moist air. It has magnetic properties but is not as magnetic asiron. Its melting point is 1,233°C, its boiling point is 1962°C, and its density is 7.44 g/cm³.

同位体

There are 30 isotopes of manganese, ranging from Mn-44 to Mn-69, with onlyone being stable: Mn-55 makes up 100% of the element in the Earth’s crust. All theother isotopes are artificially radioactive with half-lives ranging from 70 nanoseconds to3.7×10⁶ years. Artificial radioisotopes are produced in nuclear reactors, and becausemost radioactive isotopes are not natural, they do not contribute to the element’s naturalexistence on Earth.

名前の由来

The name manganese is derived from the mineral magnesite (or dolomite, a compound of magnesium carbonate), which was mined in the region of Magnesia of ancient Greece.

特性

There are four allotropic forms of manganese, which means each of its allotropes has a different crystal form and molecular structure. Therefore, each allotrope exhibits different chemical and physical properties (see the forms of carbon—diamond, carbon black, and graphite).The alpha (α) allotrope is stable at room temperature whereas the gamma (γ) form is soft,bendable, and easy to cut. The delta ? allotrope exists only at temperatures above 1,100°C. Asa pure metal, it cannot be worked into different shapes because it is too brittle. Manganese isresponsible for the color in amethyst crystals and is used to make amethyst-colored glass.

使用

In manufacture of steel; for rock crushers, railway points and crossings, wagon buffers; as a constituent of several alloys, e.g., ferromanganese, copper manganese, Manganin.

定義

A transition metal occurring naturally as oxides, e.g. pyrolusite (MnO₂). Nodules found on the ocean floor are about 25% manganese. Its main use is in alloy steels made by adding pyrolusite to iron ore in an electric furnace. Manganese decomposes cold water and dilute acids to give hydrogen and reacts with oxygen and nitrogen when heated. The oxidation states are +7, +6, +4, and (the most stable) +2. Manganese(II) salts are pale pink and with alkali the solutions precipitate manganese(II) hydroxide, which rapidly oxidizes in air to brown manganese(III) oxide. Symbol: Mn; m.p. 1244°C; b.p. 1962°C; r.d. 7.44 (20%C); p.n. 25; r.a.m. 54.93805.

調製方法

World manganese ore production was estimated to be 13.3 million ton (as manganese) in 2008. Top five manganese-producing countries were South Africa, Australia, China, Gabon, and Brazil. World manganese ferroalloy production in 2008 was 13.2 million ton (MT) (10). Metallurgical applications account for most manganese consumption. In the United States, 85–90% of this is for steelmaking. Manganese is essential in iron and steel production because of its sulfur-fixing, deoxidizing, and alloying properties. As an alloying agent in finished steel, manganese contributes increased strength, hardness, and corrosion resistance. Practically all steels contain manganese; low-carbon steels contain 0.15–0.8% manganese, whereas high-strength steels contain over 1% manganese. Stainless steels typically contain about 1% manganese, but there are manganese-stainless steels (200 series stainless steels) where nickel is replaced partly or entirely by manganese, resulting in manganese content of 4–16%.

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。

一般的な説明

A lustrous brittle silvery solid.

空気と水の反応

During a fire in an industrial bag filter, a mixture of aluminum and Manganese dusts was released and an explosion resulted [Occ. Haz. 28:185-7. 1946-47].

反応プロフィール

Manganese dust(finely divided) has been known to be pyrophoric. Powdered Manganese ignites in chlorine and burns brilliantly; with fluorine the reaction takes place with incandescence [Mellor 12:185, 344. 1946-47]. Concentrated nitric acid reacts with Manganese with incandescence and a feeble explosion [Mellor 12:188. 1946-47]. Manganese or potassium ignites in nitrogen dioxide [Ann. Chim. et Phys.(2) 2:317]. Manganese burns with a brilliant flame when heated in sulfur dioxide vapor [Mellor 12:187. 1946-47]. Contact with conc. hydrogen peroxide causes violent decomposition and/or ignition.

危険性

Dust or powder is flammable. Use dry chemical to extinguish. Toxic. Central nervous system impairment. Questionable carcinogen.

安全性プロファイル

Human systemic effects by inhalation: degenerative brain changes, change in motor activity, muscle weakness. A skin and eye irritant. Questionable carcinogen with experimental tumorigenic data. Flammable and moderately explosive in the form of dust or powder when exposed to flame. The dust ma)' be pyrophoric in air and may explode when heated in carbon dioxide. Murtures of aluminum dust and manganese dust may explode in air. mxtures with ammonium nitrate may explode when heated. The powdered metal igmtes on contact with fluorine, chlorine + heat, hydrogen peroxide, bromine pentafluoride, sulfur dioxide + heat. Violent reaction with NO2 and oxidants. Incandescent reaction with phosphorus, nitryl fluoride, nitric acid. Wdl react with water or steam to produce hydrogen; can react with oxidizing materials. To fight fire, use special dry chemical. See also MANGANESE COMPOUNDS.

職業ばく露

Manganese is used in the production of steel; and in the manufacture of welding rod coatings and fluxes; in the iron and steel industry in steel alloys, e.g., ferro-manganese, silico-manganese, manganin, spiegeleisen; and as an agent to reduce oxygen and sulfur content of molten steel. Other alloys may be formed with copper, zinc, and aluminum. Manganese and its compounds are utilized in the manufacture of dry cell batteries (MnO2), paints, varnishes, inks, dyes, matches, and firework; as a fertilizer, disinfectant, bleaching agent; laboratory reagent; drier for oils; an oxidizing agent in the chemical industry particularly in the synthesis of potassium permanganate; and as a decolorizer and coloring agent in the glass and ceramics industry. Exposure may occur during the mining, smelting, and refining of manganese; in the production of various materials; and in welding operations with manganese-coated rods. Manganese normally is ingested as a trace nutrient in food. The average human intake is approximately 10 mg/day

輸送方法

UN3089 Metal powders, flammable, n.o.s., Hazard Class: 4.1; Labels: 4.1-Flammable solid. UN3077Environmentally hazardous substances, solid, n.o.s., Hazard class: 9; Labels: 9-Miscellaneous hazardous material, Technical Name Required

不和合性

Dust, powder, or finely divided material has been known to be pyrophoric or explosive in air. Compact, solid metallic magnesium is nonflammable. Reacts with water (slowly), steam, or acid producing flammable hydrogen gas. Reacts violently with concentrated hydrogen peroxide. Incompatible with nitrogen gas above 200C. Oxidizers, nitric acid; nitrogen, finely divided aluminum and other metals; sulfur dioxide; carbon dioxide 1 heat may cause fire and explosions

廃棄物の処理

Generators of waste (equal to or greater than 100 kg/mo) containing this contaminant, EPA hazardous waste number N450, must conform to USEPA regulations for storage, transportation, treatment, and disposal of waste. Dispose of waste material as hazardous waste using a licensed disposal contractor to an approved landfill. Dispose of contents and container to an approved waste disposal plant. Containers must be disposed of properly by following package label directions or by contacting your local or federal environmental control agency, or by contacting your regional EPA office. All federal, state, and local environmental regulations must be observed. Do not discharge into drains or sewers. Manganese metal-sanitary landfill. Manganese chloride or sulfate-chemical conversion to the oxide followed by land filling, or conversion to the sulfate for use in fertilizer. Consult with environmental regulatory agencies for guidance on acceptable disposal practices.