Mangan

Nicht zu verwechseln mit Magnesium (Mg).
Für andere Verwendungen siehe Mangan (Disambiguation).
Mangan,25Mn
A rough fragment of lustrous silvery metal
Mangan
Aussprache /ˈmæŋɡənichz/ ​(Mang-gə-neez)
Aussehen silbrig metallisch
Standard Atomgewicht Ar° (mn)
  • 54.938043±0,000002
  • 54.938±0,001(gekürzt)[1]
Mangan in der Periodensystem
Wasserstoff Helium
Lithium Beryllium Bor Kohlenstoff Stickstoff Sauerstoff Fluor Neon
Natrium Magnesium Aluminium Silizium Phosphor Schwefel Chlor Argon
Kalium Kalzium Skandium Titan Vanadium Chrom Mangan Eisen Kobalt Nickel Kupfer Zink Gallium Germanium Arsen Selen Brom Krypton
Rubidium Strontium Yttrium Zirkonium Niob Molybdän Technetium Ruthenium Rhodium Palladium Silber Cadmium Indium Zinn Antimon Tellur Jod Xenon
Cäsium Barium Lanthan Cer Praseodym Neodym Promethium Samarium Europium Gadolinium Terbium Dyprosium Holmium Erbium Thulium Ytterbium Lutetium Hafnium Tantal Wolfram Rhenium Osmium Iridium Platin Gold Quecksilber (Element) Thallium Führen Wismut Polonium Astatine Radon
Frorgium Radium Aktinium Thorium Protaktinium Uran Neptunium Plutonium Amerika Kurium Berkelium Kalifornien Einsteinium Fermium Mendelevium Nobel Lawrencium Rutherfordium Dubnium Seeborgium Bohrium Hsium Meitnerium Darmstadt Roentgenium Copernicium Nihonium Ferrovium Moscovium Lebermorium Tennessine Oganesson
–
↑
Mn
↓
TC
Chrom ← Mangan → Eisen
Ordnungszahl (Z) 25
Gruppe Gruppe 7
Zeitraum Periode 4
Block   D-Block
Elektronenkonfiguration [Ar] 3d5 4s2
Elektronen pro Schale 2, 8, 13, 2
Physikalische Eigenschaften
Phase beiSTP fest
Schmelzpunkt 1519K (1246 ° C, 2275 ° F)
Siedepunkt 2334 K (2061 ° C, 3742 ° F)
Dichte (naheR.T.) 7,21 g/cm3
bei Flüssigkeit (beiM.P.) 5,95 g/cm3
Schmelzwärme 12.91KJ/Mol
Verdampfungswärme 221 kJ/mol
Molarenwärmekapazität 26.32 j/(mol · k)
Dampfdruck
P (PA) 1 10 100 1 k 10 k 100 k
beiT (K) 1228 1347 1493 1691 1955 2333
Atomeigenschaften
Oxidationszustände –3, –2, –1, 0, +1, +2, +3, +4, +5, +6, +7 (abhängig vom Oxidationszustand, einem sauren, grundlegenden oder Amphoter Oxid)
Elektronegativität Pauling -Skala: 1.55
Ionisationsenergien
  • 1.: 717,3 kJ/mol
  • 2.: 1509.0 kJ/mol
  • 3.: 3248 kJ/mol
  • (mehr)
Atomradius Empirisch: 127PM
Kovalenter Radius Niedriger Spin: 139 ± 17 Uhr
Hoher Spin: 161 ± 20 Uhr
Color lines in a spectral range
Spektrallinien von Mangan
Andere Eigenschaften
Natürliches Ereignis ursprünglich
Kristallstruktur ​körperzentrierter Kubikum (BCC)
Body-centered cubic crystal structure for manganese
Schallgeschwindigkeit dünne Stange 5150 m/s (bei 20 ° C)
Wärmeausdehnung 21,7 µm/(Messer) (bei 25 ° C)
Wärmeleitfähigkeit 7,81 w/(m · k)
Elektrischer widerstand 1,44 µωindern (bei 20 ° C)
Magnetische Ordnung paramagnetisch
Molare magnetische Anfälligkeit (α) +529.0×10–6cm3/mol (293 k)[2]
Elastizitätsmodul 198 GPA
Massenmodul 120 GPA
Mohs Härte 6.0
Brinell Härte 196 MPA
CAS-Nummer 7439-96-5
Geschichte
Entdeckung Carl Wilhelm Scheele (1774)
Erste Isolation Johann Gottlieb Gahn (1774)
Hauptsächlich Isotope von Mangan
Isotop Fülle Halbwertszeit (t1/2) Verfallmodus Produkt
52Mn syn 5.6 d ε 52Cr
β+ 52Cr
γ –
53Mn verfolgen 3,74 × 106y ε 53Cr
54Mn syn 312.03 d ε 54Cr
γ –
55Mn 100% stabil
Kategorie: Mangan
| Verweise

Mangan ist ein Chemisches Element mit dem Symbol Mn und Ordnungszahl 25. Es ist ein hartes, spröde, silberne Metall, das oft in gefunden wird Mineralien in Kombination mit Eisen. Mangan ist ein Übergangsmetall mit einer facettenreichen Reihe von Industrie Legierung Verwendung, insbesondere in rostfreier Stahl. Es verbessert Stärke, Verarbeitbarkeit und Verschleißfestigkeit. Manganoxid wird als Oxidationsmittel verwendet; als Gummi -Additiv; und in Glasherstellung, Düngemitteln und Keramik. Mangansulfat kann als Fungizid verwendet werden.

Mangan ist auch ein wesentliches menschliches Ernährungselement, das für den Makronährstoffstoffwechsel, die Knochenbildung und für den Makronährstoff wichtig ist freie Radikale Verteidigungssysteme. Es ist eine kritische Komponente in Dutzenden von Proteinen und Enzymen.[3] Es liegt hauptsächlich in den Knochen, aber auch in Leber, Nieren und Gehirn.[4] Im menschlichen Gehirn sind die Mangan an Mangan gebunden Metalloproteine, vor allem glutamine synthetase in Astrozyten.

Mangan wurde erstmals 1774 isoliert. Es ist im Labor in Form des tiefen Violettsalzes bekannt Kaliumpermanganat. Es tritt am vor aktive Stellen in einigen Enzyme.[5] Von besonderem Interesse ist die Verwendung eines Mn-Os Cluster, das Sauerstoff-entwickelnder Komplexin der Herstellung von Sauerstoff durch Pflanzen.

Eigenschaften

Physikalische Eigenschaften

Elektrolytisch verfeinerte Manganchips und 1 cm3 Würfel

Mangan ist ein silbriger Grau Metall Das ähnelt Eisen. Es ist schwer und sehr spröde, schwer zu verschmelzen, aber leicht zu oxidieren.[6] Manganmetall und seine gemeinsamen Ionen sind paramagnetisch.[7] Mangan läuft langsam in Luft und oxidiert ("Rost") wie Eisen in Wasser, das gelöstem Sauerstoff enthält.

Isotope

Hauptartikel: Isotope von Mangan

Natürlich vorkommende Mangan besteht aus einem Stall Isotop, 55Mn. Mehrere Radioisotope wurden isoliert und beschrieben und reichten in atomares Gewicht Von 44 u (44Mn) bis 69 u (69Mn). Am stabilsten sind 53Mn mit a Halbwertszeit von 3,7 Millionen Jahren, 54Mn mit einer Halbwertszeit von 312,2 Tagen und 52Mn mit einer Halbwertszeit von 5,591 Tagen. Alle restlich radioaktiv Isotope haben einen Halbwert von weniger als drei Stunden und die meisten weniger als einer Minute. Die primäre Verfallmodus In Isotopen leichter als das am häufigsten vorkommende stabile Isotop, 55Mn, ist Elektronenaufnahme und der primäre Modus in schwereren Isotopen ist Beta -Verfall.[8] Mangan hat auch drei Meta -Staaten.[8]

Mangan ist Teil der Eisengruppe von Elementen, von denen angenommen wird, dass sie groß synthetisiert werden Sterne kurz vor dem Supernova Explosion.[9] 53Mn verfällt zu 53Cr mit einer Halbwertszeit von 3,7 Millionen Jahren. Wegen seiner relativ kurzen Halbwertszeit, 53Mn ist relativ selten, produziert von kosmische Strahlung Auswirkungen auf Eisen.[10] Mangan -isotopische Inhalte werden typischerweise mit Chrom Isotopeninhalte und haben die Anwendung in gefunden Isotopengeologie und radiometrische Datierung. Mn -CR -Isotopenverhältnisse verstärken die Beweise aus 26Al und 107PD für die frühe Geschichte der Sonnensystem. Variationen in 53Cr/52CR- und Mn/Cr -Verhältnisse von mehreren Meteoriten Schlagen Sie eine Initiale vor 53Mn/55Mn -Verhältnis, das darauf hinweist, dass die Mn -CR -Isotopenzusammensetzung aus entstehen muss vor Ort Verfall von 53Mn in differenzierten Planetenkörpern. Somit, 53MN liefert zusätzliche Beweise für Nucleosynthese Prozesse unmittelbar vor Koaleszenz der Sonnensystem.

Oxidationszustände

Mangan (ii) Chlorid Kristalle - Die blassrosa Farbe von mn (ii) Salzen ist auf a zurückzuführen spin-bidden 3D -Übergang.[11]

Das Üblichste Oxidationszustände von Mangan sind +2, +3, +4, +6 und +7, obwohl alle Oxidationszustände von –3 bis +7 beobachtet wurden. Mn2+ häufig mit MG konkurriert2+ In biologischen Systemen, wobei das Ion auch in seinen Eigenschaften zu CA ähnlich ist2+ und Zn2+. Manganverbindungen, in denen sich Mangan im Oxidationszustand befindet, +7, die hauptsächlich auf das instabile Oxid MN beschränkt sind2O7, Verbindungen der intensiv lila Permanganatanion Mno4−und ein paar Oxyhalides (MNO3F und Mno3Cl) sind mächtig Oxidationsmittel.[6] Verbindungen mit Oxidationszuständen +5 (blau) und +6 (grün) sind starke Oxidationsmittel und sind anfällig für Unverhältnis.

Wässrige Lösung von KMNO4 Illustrieren des tiefen Lila von Mn (vii), wie es bei Permanganat auftritt

Der stabilste Oxidationszustand für Mangan ist +2, das eine blassrosa Farbe hat, und viele Mangan (II) -Verbindungen sind bekannt, wie z. Mangan (ii) Sulfat (Mnso4) und Mangan (ii) Chlorid (Mncl2). Dieser Oxidationszustand ist auch im Mineral -Rhodochrosit (Mangan (ii) Carbonat). Mangan (ii) existiert am häufigsten mit einem hohen Spin, S = 5/2 Grundzustand aufgrund der hohen Paarungsenergie für Mangan (II). Es gibt jedoch einige Beispiele für niedrige Spin, S = 1/2 Mangan (II).[12] Es gibt keine Spin-Alloge-D-D-Übergänge auf Mangan (II), was erklärt, warum Mangan (II) -Verbindungen typischerweise blass gegenüber farblos sind.[13]

Oxidationszustände von Mangan[14]
0 Mn
2(CO)
10
+1 MNC
5H
4CH
3(CO)
3
+2 Mncl
2, Mnco
3, Mno
+3 Mnf
3, MN (OAC)
3, Mn
2O
3
+4 Mno
2
+5 K
3Mno
4
+6 K
2Mno
4
+7 Kmno
4, Mn
2O
7
Häufige Oxidationszustände sind fett.

Der +3 -Oxidationszustand ist in Verbindungen wie bekannt Mangan (iii) Acetat, aber diese sind ziemlich mächtig Oxidationsmittel und auch anfällig für Unverhältnis in Lösung Mangan (II) und Mangan (IV). Feste Verbindungen von Mangan (III) sind durch seine starke lila-rote Farbe und eine Präferenz für verzerrte oktaedrische Koordination infolge deses gekennzeichnet Jahn-Teller-Effekt.

Der Oxidationszustand +5 kann durch Auflösen von Mangandioxid in geschmolzenem Mangel erzeugt werden Natriumnitrit.[15] Manganat (vi) Salze können durch Auflösen von Mn -Verbindungen produziert werden, wie z. Mangandioxid, in geschmolzenem Alkali, während er Luft ausgesetzt ist.

Permanganat (+7 Oxidationszustand) sind lila lila und können Glas eine violette Farbe geben. Kaliumpermanganat, Natriumpermanganat, und Bariumpermanganat sind alle wirksame Oxidationsmittel. Kaliumpermanganat, auch Condys Kristalle genannt, ist ein häufig verwendetes Labor Reagens wegen seiner oxidierenden Eigenschaften; Es wird als topische Medizin verwendet (z. B. bei der Behandlung von Fischkrankheiten). Lösungen von Kaliumpermanganat gehörten zu den ersten Flecken und Fixiermitteln, die für die Herstellung von biologischen Zellen und Geweben für die Elektronenmikroskopie verwendet wurden.[16]

Der seltene Oxidationszustand +1 existiert in einigen Organomangan Verbindungen wie die MNC5H4CH3(CO)3 Verbindung in der obigen Tabelle zitiert.

Geschichte

Der Ursprung des Namens Mangan ist komplex. In der Antike wurden zwei schwarze Mineralien aus den Regionen des Magnete (entweder Magnesia, gelegen im modernen Griechenland, oder Magnesia ad sipylum, gelegen in der modernen Türkei).[17] Sie wurden beide genannt Magnes von ihrem Herkunftsort, wurde aber als unterschieden sich im Geschlecht. Der männliche Magnes anzogen Eisen und war das Eisenerz, das jetzt als bekannt als Magnetit oder Magnetitund was uns wahrscheinlich den Begriff gab Magnet. Das Weibchen Magnes Erz zog kein Eisen an, wurde aber verwendet, um Glas zu entfärben. Diese Frau Magnes wurde später gerufen Magnesia, jetzt in der modernen Zeit als bekannt als Pyrolusit oder Mangandioxid. Weder dieses Mineral- noch Elementarmangan sind magnetisch. Im 16. Jahrhundert wurde Mangan -Dioxid genannt Manganesum (Beachten Sie die beiden NS anstelle von einem) von Glasherstellern, möglicherweise als Korruption und Verkettung von zwei Wörtern, da Alchemisten und Glasmacher schließlich a differenzieren mussten a Magnesia Nigra (das schwarze Erz) von Magnesia Alba (Ein weißes Erz, ebenfalls aus Magnesia, ebenfalls nützlich bei der Glasherstellung). Michele Mercati Magnesia nigra genannt Manganesaund schließlich wurde das aus es isolierte Metall als bekannt als Mangan (Deutsch: Mangan). Der Name Magnesia Es wurde dann gewohnt, dann nur auf das Weiß zu verweisen Magnesia Alba (Magnesiumoxid), das den Namen lieferte Magnesium für das freie Element, wenn es viel später isoliert wurde.[18]

A drawing of a left-facing bull, in black, on a cave wall
Einige der Höhlenmalereien in Lascaux, FrankreichVerwenden Sie Pigmente auf Manganbasis.[19]

Zum Beispiel mehrere farbenfrohe Oxide von Mangan Mangandioxidsind in der Natur reichlich vorhanden und werden seit dem als Pigmente verwendet Steinzeit. Die Höhlenmalereien in Gargas Das sind 30.000 bis 24.000 Jahre alt.[20]

Manganverbindungen wurden von ägyptischen und römischen Glasmachern verwendet, um zu färben oder aus Glas zu färben oder zu entfernen.[21] Verwenden Sie als "Glasmacherseife" durch die fort Mittelalter bis in die moderne Zeit und ist in Glas aus dem 14. Jahrhundert von Glas herausgegeben Venedig.[22]

Gutschrift für das erste Isolieren von Mangan wird normalerweise gegeben Johan Gottlieb Gahn.

Weil es bei der Glasherstellung verwendet wurde, Mangandioxid war für Experimente von Alchemisten, den ersten Chemikern, verfügbar. Ignatius Gottfried Kaim (1770) und Johann Glauber (17. Jahrhundert) entdeckte, dass Mangan -Dioxid zu konvertiert werden konnte Permanganat, ein nützliches Laborreagenz.[23] Mitte des 18. Jahrhunderts der schwedische Chemiker Carl Wilhelm Scheele gebrauchter Mangandioxid zur Herstellung Chlor. Zuerst, Salzsäure, oder eine Mischung aus Verdünnung Schwefelsäure und Natriumchlorid wurde gemacht, um mit Mangan -Dioxid und später Salzsäure aus dem zu reagieren Leblanc -Prozess wurde verwendet und das Mangan -Dioxid wurde von der recycelt Weldon -Prozess. Die Produktion von Chlor und Hypochlorit Bleichen Agenten waren ein großer Verbraucher von Manganerzen.

Mitte des 18. Jahrhunderts, Carl Wilhelm Scheele gebrauchte Pyrolusit zur Herstellung Chlor. Scheele und andere waren sich bewusst, dass Pyrolusit (jetzt bekannt ist Mangandioxid) enthielt ein neues Element. Johan Gottlieb Gahn war der erste, der 1774 eine unreine Probe von Manganmetall isoliert hat, was er tat von Reduzierung das Dioxid mit Kohlenstoff.

Der Mangangehalt einiger in Griechenland verwendeter Eisenerze führte zu Spekulationen, dass Stahl aus diesem Erz zusätzliche Mangan enthält, was das machte spartanisch Stahl außergewöhnlich hart.[24] Um zu Beginn des 19. Jahrhunderts wurde Mangan für die Stahlherstellung eingesetzt und mehrere Patente wurden gewährt. Im Jahr 1816 wurde dokumentiert, dass Eisen, die mit Mangan legierten, schwieriger, aber nicht spröder war. Im Jahr 1837 stellte der britische Akademiker James Couper eine Verbindung zwischen der starken Exposition der Bergleute gegenüber Mangan und einer Form von fest Parkinson-Krankheit.[25] Im Jahr 1912 wurden die US -Patente für den Schutz von Schusswaffen vor Rost und Korrosion mit manganphosphatelektrochemischen Umwandlungsbeschichtungen gewährt, und seitdem hat der Prozess weit verbreitet.[26]

Die Erfindung der Leclanché -Zelle 1866 und die anschließende Verbesserung der Batterien, die Mangandioxid als kathodisch enthalten Depolarisator erhöhte die Nachfrage nach Mangandioxid. Bis zur Entwicklung von Batterien mit Nickel-Cadmium und Lithium, die meisten Batterien enthielten Mangan. Das Zink -Kohlenstoff -Batterie und die Alkaline Batterie Normalerweise verwenden Sie industriell produziertes Mangandioxid, da natürlich vorkommende Mangandioxid Verunreinigungen enthält. Im 20. Jahrhundert, Mangandioxid wurde als kathodisch für kommerzielle Einwegbatterien sowohl des Standards (Zink -Kohlenstoff) als auch für alkalische Typen verwendet.[27]

Auftreten

Siehe auch: Kategorie: Manganmineralien

Mangan umfasst ungefähr 1000ppm(0,1%) der Erdkruste, der 12. am häufigsten vorkommende der Elemente der Kruste.[4] Der Boden enthält 7–9000 ppm Mangan mit durchschnittlich 440 ppm.[4] Die Atmosphäre enthält 0,01 μg/m3.[4] Mangan kommt hauptsächlich als vor Pyrolusit (Mno2), Braunit, (Mn2+Mn3+6) (Siio12),[28] Pilomelan (Ba, h2Ö)2Mn5O10und in geringerem Maße als Rhodochrosit (Mnco3).

ManganeseOreUSGOV.jpg
Mineraly.sk - psilomelan.jpg
Spiegeleisen.jpg
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The Searchlight Rhodochrosite Crystal.jpg
Manganerz Pilomelan (Manganerz) Spiegeleisen ist eine Eisenlegierung mit einem Mangangehalt von ca. 15% Manganoxiddendriten auf Kalkstein von Solnhofen, Deutschland - eine Art von Art von Pseudofossil. Die Skala ist in mm Mineral Rhodochrosit (Mangan (ii) Carbonat))
Prozentsatz der Manganproduktion im Jahr 2006 nach Ländern[29]

Das wichtigste Manganerz ist Pyrolusit (Mno2). Andere wirtschaftlich wichtige Manganerze zeigen normalerweise eine enge räumliche Beziehung zu den Eisenerzen, wie z. Sphalerit.[6][30] Landbasierte Ressourcen sind groß, aber unregelmäßig verteilt. Etwa 80% der bekannten Manganressourcen der Welt befinden sich in Südafrika. Andere wichtige Manganeinlagen finden Sie in der Ukraine, Australien, Indien, China, Gabon und Brasilien.[29] Nach Schätzung von 1978 die Meeresboden hat 500 Milliarden Tonnen von Manganknötchen.[31] Versuche, wirtschaftlich tragfähige Methoden zur Ernte von Manganknoten zu finden, wurden in den 1970er Jahren aufgegeben.[32]

In Südafrika befinden sich die meisten identifizierten Ablagerungen in der Nähe Hotazel in dem Provinz Nordkapmit einer Schätzung von 15 Milliarden Tonnen 2011. Im Jahr 2011 produzierte Südafrika 3,4 Millionen Tonnen und führte alle anderen Nationen an.[33]

Mangan wird hauptsächlich in Südafrika, Australien, China, Gabon, Brasilien, Indien, Kasachstan, Ghana, Ukraine und Malaysia abgebaut.[34]

Produktion

Für die Produktion von FerromanganDas Manganerz wird mit Eisenerz und Kohlenstoff gemischt und dann entweder in einem Hochofen oder in einem elektrischen Bogenofen reduziert.[35] Das resultierende Ferromangan hat einen Manganinhalt von 30 bis 80%.[6] Reine Mangan, die für die Herstellung von eisenfreien Legierungen verwendet wird Auslaugen Manganerz mit Schwefelsäure und eine nachfolgende elektrowinnern Prozess.[36]

Contains reactions and temperatures, as well as showing advanced processes such as the heat exchanger and milling process.
Prozessflussdiagramm für einen Manganraffinierungskreis.

Ein progressiverer Extraktionsprozess beinhaltet die direkte Reduzierung (ein niedriges) Manganerz in einem Haufen aus dem Haufen. Dies geschieht durch versickern Erdgas durch den Boden des Haufens; Das Erdgas liefert die Wärme (muss mindestens 850 ° C betragen) und das Reduktionsmittel (Kohlenmonoxid). Dies reduziert das gesamte Manganerz auf Manganoxid (MNO), was eine ausgelaugbare Form ist. Das Erz reist dann durch a Mahlen Schaltung, um die Partikelgröße des Erzes auf 150 und 250 μm zu reduzieren, wodurch die Oberfläche erhöht wird, um das Auslaugen zu unterstützen. Das Erz wird dann zu einem Laugentank von hinzugefügt Schwefelsäure und Eisen Eisen (Fe2+) in einem Verhältnis von 1,6: 1. Das Eisen reagiert mit dem Mangandioxid (Mno2) Formen Eisenhydroxid (Feo (OH)) und Elementar Mangan (MN):


Dieser Prozess ergibt eine Erholung der Mangan zu einer Erholung der Mangan. Zur weiteren Reinigung können die Mangan dann in eine Elektro -Einrichtung geschickt werden.[37]

1972 the CIA's Projekt Azoriandurch Milliardär Howard Hughes, beauftragte das Schiff Hughes Glomar Explorer mit der Titelgeschichte, Manganknoten aus dem Meeresboden zu ernten.[38] Das löste einen Aktivitätsrausch aus, um Manganknoten zu sammeln, was eigentlich nicht praktisch war. Die wahre Mission von Hughes Glomar Explorer sollte einen versunkenen Erhöhungen erheben Sowjet U -Boot, die K-129mit dem Ziel, sowjetische Codebücher abzurufen.[39]

Eine reichlich vorhandene Ressource von Mangan in Form von Mn Knötchen auf dem Meeresboden gefunden.[40][41] Diese Knötchen, die aus 29% Mangan bestehen,[42] befinden sich entlang der Meeresboden und die möglichen Auswirkungen des Bergbaus dieser Knötchen werden untersucht. Durch diesen Knotenabbau können physische, chemische und biologische Umweltauswirkungen auftreten, die den Meeresboden stören und Sedimentfahnen bilden. Diese Suspension umfasst Metalle und anorganische Nährstoffe, die zu einer Kontamination der Nahtbodengewässer aus gelösten giftigen Verbindungen führen können. MN-Knötchen sind auch die Weidegelände, den Wohnraum und den Schutz für Endo- und Epifaunal-Systeme. Wenn diese Knötchen entfernt werden, sind diese Systeme direkt betroffen. Insgesamt kann dies dazu führen, dass Arten das Gebiet verlassen oder vollständig absterben.[43] Vor Beginn des Bergbaus wird die Forschung durch durchgeführt von Vereinte Nationen verbundene Körperschaften und staatlich geförderte Unternehmen, um vollständig zu verstehen Umwelteinflüsse in der Hoffnung, diese Auswirkungen zu mildern.[44]

Ozeanische Umgebung

Viele Spurenelemente im Ozean stammen aus metallreichen hydrothermalen Partikeln aus hydrothermalen Lüftungsschlitzen.[45] In den gesamten Ozeanen der Welt befindet sich gelöster Mangan (DMN), von denen 90% aus hydrothermalen Lüftungsschlitzen stammen.[46] Partikel -Mn entwickelt sich in schwimmenden Fahnen über eine aktive Entlüftungsquelle, während sich das DMN konservativ verhält.[45] Mn -Konzentrationen variieren zwischen den Wassersäulen des Ozeans. An der Oberfläche wird DMN aufgrund des Eingangs von externen Quellen wie Flüssen, Staub und Regalsedimenten erhöht. Küstensedimente haben normalerweise niedrigere Mn -Konzentrationen, können jedoch aufgrund anthropogener Entladungen aus Branchen wie Bergbau und Stahlherstellung zunehmen, die durch Flusseinträge in den Ozean eintreten. Oberflächen-DMN-Konzentrationen können auch biologisch durch Photosynthese und physisch von Küstenaufschwung und windgetriebenen Oberflächenströmen erhöht werden. Internes Radfahren wie die Photo-Reduktion durch UV-Strahlung kann auch die Werte erhöhen, indem die Auflösung von Mn-Oxiden und oxidativem Abfusten beschleunigt wird, wodurch Mn daran gehindert wird, in tiefere Gewässer zu sinken.[47] Erhöhte Werte bei mittleren Tiefen können in der Nähe von Mid-Ocean-Graten und hydrothermalen Lüftungsschlitzen auftreten. Die hydrothermalen Entlüftungsöffnungen füllen DMN angereicherte Flüssigkeit in das Wasser frei. Das DMN kann dann aufgrund der vorhandenen mikrobiellen Kapseln bis zu 4.000 km reisen, wodurch der Austausch mit Partikeln verhindert wird und die sinkenden Raten zunimmt. Gelöste Mn -Konzentrationen sind sogar noch höher, wenn der Sauerstoffgehalt niedrig ist. Insgesamt sind die DMN -Konzentrationen in den Küstenregionen normalerweise höher und verringern sich, wenn sie sich vor der Küste bewegen.[47]

Böden

Mangan tritt in Böden in drei Oxidationszuständen auf: das zweifache Kation, MN2+ und als bräunlich-schwarze Oxide und Hydroxide, die Mn (III, IV) enthalten, wie MNOOH und MNO2. Bedingungen des pH-Werts von Boden und Oxidationsreduktionen beeinflussen, welche dieser drei Formen von Mn in einem bestimmten Boden dominiert. Bei pH -Werten weniger als 6 oder unter anaeroben Bedingungen dominiert Mn (II), während unter alkalischere und aerobe Bedingungen Mn (III, IV) Oxide und Hydroxide vorherrschen. Diese Auswirkungen von Bodensäure- und Belüftungszustand auf die Form von MN können durch mikrobielle Aktivität modifiziert oder gesteuert werden. Die mikrobielle Atmung kann sowohl die Oxidation von Mn verursachen2+ zu den Oxiden, und es kann eine Verringerung der Oxide zum zweienten Kation verursachen.[48]

Die Mn (III, IV) -Axide existieren als bräunlich-schwarze Flecken und kleine Knötchen auf Sand-, Schlick- und Tonpartikeln. Diese Oberflächenbeschichtungen auf anderen Bodenpartikeln haben eine hohe Oberfläche und tragen negative Ladung. Die geladenen Stellen können verschiedene Kationen adsorbieren und behalten, insbesondere Schwermetalle (z. B. Cr.3+, Cu2+, Zn2+und pb2+). Darüber hinaus können die Oxide organische Säuren und andere Verbindungen adsorbieren. Die Adsorption der Metalle und organischen Verbindungen kann dann dazu führen2+ (z. B. Cr.3+ an Cr (VI) und farblose Hydrochinon zu Tee-Farben-Quinonpolymeren).[49]

Anwendungen

Mangan hat in seinen Hauptanträgen in Metallurgie keinen zufriedenstellenden Ersatz.[29] In kleinen Anwendungen (z. B. Manganphosphating), Zink und manchmal Vanadium sind lebensfähige Ersatzstoffe.

Stahl

USA M1917 Kampfhelmeine Variante von Brodie Helm, gemacht aus Hadfield Steel Manganlegierung.

Mangan ist wichtig für das Bügeln und Stahlproduktion aufgrund seiner Schwefelfixierung, desoxidieren, und Legierung Immobilien, wie erstmals vom britischen Metallurger anerkannt Robert Forester Mushet (1811–1891), der 1856 das Element in Form von vorstellte Spiegeleisen, in Stahl, um überschüssigen gelösten Sauerstoff, Schwefel und Phosphor zu entfernen, um seine Formbarkeit zu verbessern. Stahlherstellung,[50] Einschließlich seiner Eisenherstellungskomponente hat die meisten Mangannachfrage im Bereich von 85% bis 90% der Gesamtnachfrage ausgewiesen.[36] Mangan ist eine Schlüsselkomponente von Billigkost rostfreier Stahl.[51][52] Häufig Ferromangan (Normalerweise etwa 80% Mangan) ist das Zwischenprodukt in modernen Prozessen.

Kleine Mengen Mangan verbessern die Verarbeitbarkeit von Stahl bei hohen Temperaturen durch Bildung eines hochmelken Eisensulfid an den Korngrenzen. Wenn der Mangangehalt 4%erreicht, wird die Verspritzung des Stahls zu einem dominierenden Merkmal. Die Verspritzung nimmt bei höheren Mangankonzentrationen ab und erreicht mit 8%ein akzeptables Niveau. Stahl mit 8 bis 15% der Mangan hat ein hohes Hoch Zugfestigkeit von bis zu 863 MPa.[53][54] Stahl mit 12% Mangan wurde 1882 von entdeckt von Robert Hadfield und ist immer noch bekannt als als Hadfield Steel (Mangalloy). Es wurde für das britische Militär verwendet Stahlhelme und später vom US -Militär.[55]

Aluminiumlegierungen

Hauptartikel: Aluminiumlegierung

Der zweitgrößte Antrag auf Mangan ist in Aluminiumlegierungen. Aluminium mit rund 1,5% Mangan hat eine erhöhte Korrosionsresistenz durch Körner, die Verunreinigungen absorbieren, die dazu führen würden galvanische Korrosion.[56] Die korrosionsbeständige Aluminiumlegierungen 3004 und 3104 (0,8 bis 1,5% Mangan) werden für die meisten verwendet Getränkedosen.[57] Vor 2000 mehr als 1,6 Millionen Tonnen dieser Legierungen wurden verwendet; Mit 1% Mangan konsumierte dies 16.000 Tonnen Mangan.[Fehlgeschlagene Überprüfung][57]

Andere Verwendungen

Methylcyclopentadienyl Mangan -Tricarbonyl wird als Additiv in verwendet Bleifreies Benzin zu steigern Oktanzahl und reduzieren Motorklopfen. Die Mangan in dieser ungewöhnlichen organometallischen Verbindung befinden sich im +1 -Oxidationszustand.[58]

Mangan (iv) Oxid (Mangan -Dioxid, MNO2) wird als Reagenz in verwendet organische Chemie für die Oxidation von Benzyl Alkohole (bei dem die Hydroxyl Gruppe grenzt an einen an aromatischer Ring). Mangan -Dioxid wurde seit der Antike verwendet, um den grünlichen Schimmer in Glas aus Spurenmengen an Eisenkontamination zu oxidieren und neutralisieren.[22] Mno2 wird auch bei der Herstellung von Sauerstoff und Chlor und beim Trocknen von schwarzen Farben verwendet. In einigen Vorbereitungen ist es ein Braun Pigment zum Farbe und ist ein Bestandteil der Natur Umber.

Tetravalent Mangan wird als verwendet Aktivator in rotemutieren Phosphoren. Während viele Verbindungen bekannt sind, welche zeigen Lumineszenz,[59] Die Mehrheit wird aufgrund von geringer Effizienz oder tiefroter Emission nicht in der kommerziellen Anwendung verwendet.[60][61] Jedoch mehrere Mn4+ Aktivierte Fluoride wurden als potenzielle rotemittierende Phosphoren für warm-weiße LEDs berichtet.[62][63] Aber bis heute nur k2Sif6: Mn4+ ist im Handel für den Einsatz in warm-weiß erhältlich LEDs.[64]

Batterien

Mangan (iv) Oxid wurde in der ursprünglichen Art der trockenen Zelle verwendet Batterie Als Elektronenakzeptor aus Zink und das schwärzliche Material in Taschenlampenzellen vom Typ Kohlenstoff -Zink. Das Mangandioxid wird während des Entladens auf das Manganoxid-Hydroxid-MnO (OH) reduziert, wodurch die Bildung von Wasserstoff an der Anode der Batterie verhindert wird.[65]

Mno2 + H2O + e− → Mno (OH) + OH−

Das gleiche Material funktioniert auch in neuer Alkali-Batterien (Normalerweise Batteriezellen), die dieselbe grundlegende Reaktion verwenden, aber ein anderes Elektrolytgemisch. Im Jahr 2002 wurden zu diesem Zweck mehr als 230.000 Tonnen Mangandioxid verwendet.[27][65]

Die 5-Cent-Münze der Weltmeister-I-I-I-Ära (1942-5 identifiziert von Mint Mark P, D oder S über Kuppel), die aus einer 56% igen Kupfer-35% Silber-9% Manganlegierung hergestellt wurde

Widerstände

Kupferlegierungen von Mangan, wie z. Manganin, sind üblicherweise im Metallelement vorhanden Shunt -Widerstände Wird zur Messung relativ großer Strommengen verwendet. Diese Legierungen haben sehr niedrig Temperaturkoeffizient des Widerstands und sind gegen Schwefel resistent. Dies macht die Legierungen besonders nützlich in harten Automobil- und Industrieumgebungen.[66]

Prägung

Das Metall wird gelegentlich in Münzen verwendet; Bis 2000 war die einzige Münz der Vereinigten Staaten, die Mangan benutzte "Kriegsnickel" von 1942 bis 1945.[67] Eine Legierung von 75% Kupfer und 25% Nickel wurde traditionell für die Herstellung von Nickelmünzen verwendet. Aufgrund des Mangels an Nickelmetall während des Krieges wurde es jedoch durch mehr verfügbares Silber und Mangan ersetzt, was zu einer Legierung von 56% Kupfer, 35% Silber und 9% Mangan führte. Seit 2000, Dollarmünzenzum Beispiel die Sacagawea Dollar und die 1 Münzen im Präsidenten $ 1, werden aus einem Messing mit 7% von Mangan mit einem reinen Kupferkern hergestellt.[68] In beiden Fällen von Nickel und Dollar bestand die Verwendung von Mangan in der Münze darin, die elektromagnetischen Eigenschaften einer früheren identisch großen und geschätzten Münze in den Mechanismen von Verkaufsautomaten zu duplizieren. Bei den späteren US -Dollar -Münzen sollte die Manganlegierung die Eigenschaften der im vorherigen verwendeten Kupfer-/Nickellegierung duplizieren Susan B. Anthony Dollar.

Keramikfarbe

Manganverbindungen wurden als Pigmente und zur Färbung von Keramik und Glas verwendet. Die braune Farbe der Keramik ist manchmal das Ergebnis von Manganverbindungen.[69] In der Glasindustrie werden Manganverbindungen für zwei Effekte verwendet. Mangan (III) reagiert mit Eisen (ii) Um starke grüne Farbe in Glas zu reduzieren, indem Sie weniger gefärbtes Eisen (III) und leicht rosa Mangan (II) bilden, wodurch die Restfarbe des Eisen (III) ausgeglichen wird.[22] Größere Mengen an Mangan werden verwendet, um rosa farbiges Glas zu produzieren. Im Jahr 2009 Professor Mas Subramanian und Mitarbeiter bei Oregon State University entdeckte, dass Mangan mit mit denen kombiniert werden kann Yttrium und Indium intensiv bilden blau, ungiftig, inert, fade-resistent Pigment, Yinmn BlueDas erste neue blaue Pigment, das seit 200 Jahren entdeckt wurde.

Biologische Rolle

Reaktives Arginase -Zentrum mit Boronsäure Inhibitor - Die Manganatome sind gelb gezeigt.
Hauptartikel: Manganese in biology

Biochemie

Die Klassen von Enzyme das hat Mangan Cofaktoren enthalten Oxidoreduktasen, Transferasen, Hydrolasen, Lyasen, Isomerasen und Ligasen. Andere Enzyme, die Mangan enthalten Arginase und MN-haltige Hyperventilieren (Mn-sod). Auch die Enzymklasse von Reverse Transcriptasen von vielen Retroviren (wenn auch nicht lentiviren wie zum Beispiel HIV) enthält Mangan. Manganhaltig Polypeptide sind die Diphtherie -Toxin, Lektine und Integrine.[70]

Biologische Rolle beim Menschen

Mangan ist ein wesentliches menschliches Ernährungselement. Es ist als präsent Coenzym In mehreren biologischen Prozessen, einschließlich Makronährstoffstoffwechsel, Knochenbildung und freie Radikale Verteidigungssysteme. Es ist eine kritische Komponente in Dutzenden von Proteinen und Enzymen.[3] Der menschliche Körper enthält etwa 12 mg Mangan, hauptsächlich in den Knochen. Der Restgewebe -Rest konzentriert sich in Leber und Nieren.[4] Im menschlichen Gehirn sind die Mangan an Mangan gebunden Metalloproteine, vor allem glutamine synthetase in Astrozyten.[71]

Ernährung

Ernährungsempfehlungen
Aktuelle AIs von MN nach Altersgruppe und Geschlecht[72]
Männer Frauen
Das Alter AI (mg/Tag) Das Alter AI (mg/Tag)
1–3 1.2 1–3 1.2
4–8 1.5 4–8 1.5
9–13 1.9 9–13 1.6
14–18 2.2 14–18 1.6
19+ 2.3 19+ 1.8
schwanger: 2
stillend: 2.6

Das US -amerikanisches Institut für Medizin (IOM) aktualisierte geschätzte durchschnittliche Anforderungen (Ohren) und empfohlene Ernährungszustände (RDAs) für Mineralien im Jahr 2001. Für Mangan gab es nicht ausreichende Informationen, um Ohren und RDAs festzulegen, sodass die Bedürfnisse als Schätzungen für Schätzungen beschrieben werden Angemessene Aufnahme (AIS). Was die Sicherheit betrifft, setzt die IOM ein Tolerierbare obere Einlassniveaus (ULS) für Vitamine und Mineralien, wenn Beweise ausreichen. Im Fall von Mangan ist die Erwachsene auf 11 mg/Tag eingestellt. Zusammen sind die Ohren, Rdas, AIs und ULs als als bezeichnet als Nahrungsreferenzaufnahme (DRIS).[72] Manganmangel ist selten.[73]

Das Europäische Lebensmittelsicherheitsbehörde (EFSA) bezieht sich auf die kollektive Informationsmenge als Nahrungsreferenzwerte mit Bevölkerungsreferenzaufnahme (PRI) anstelle von RDA und durchschnittlicher Anforderungen anstelle von Ohr. AI und UL definierten genauso wie in den Vereinigten Staaten. Für Menschen ab 15 Jahren ist die KI auf 3,0 mg/Tag eingestellt. AIS für Schwangerschaft und Laktation beträgt 3,0 mg/Tag. Für Kinder im Alter von 1 bis 14 Jahren steigt die AIS mit dem Alter von 0,5 auf 2,0 mg/Tag an. Die erwachsene AIS sind höher als die US -RDAs.[74] Die EFSA überprüfte dieselbe Sicherheitsfrage und entschied, dass es nicht genügend Informationen gab, um eine UL festzulegen.[75]

Für die Kennzeichnungszwecke für US -amerikanische Nahrungsmittel- und Nahrungsergänzungsmittel wird der Betrag in einer Portion als Prozentsatz des täglichen Werts (%DV) ausgedrückt. Für Mangan -Kennzeichnungszwecke betrug 100% des Tageswerts 2,0 mg, aber ab dem 27. Mai 2016 wurde es auf 2,3 mg überarbeitet, um sie mit der RDA in Einklang zu bringen.[76][77] Eine Tabelle der alten und neuen erwachsenen täglichen Werte wird bei der Bereitstellung Referenztäglicher Einnahme.

Toxizität

Übermäßige Exposition oder Einnahme kann zu einem Zustand führen, der als bekannt ist Manganismus, a neurodegenerativ Störung, die verursacht Dopaminerge Neuronaler Tod und Symptome ähnlich wie Parkinson-Krankheit.[4][78]

Mangel

Hauptartikel: Manganmangel

Der Manganmangel am Menschen führt zu einer Reihe von medizinischen Problemen. Viele häufige Produkte von Vitamin- und Mineralergänzungen enthalten Mangan nicht in ihre Kompositionen. Die relativ hohe Nahrungsaufnahme anderer Mineralien wie Eisen, Magnesium und Kalzium kann die richtige Aufnahme von Mangan hemmen. Ein Mangel an Mangan verursacht Skelettdeformation bei Tieren und hemmt die Produktion von Kollagen in der Wundheilung.

Toxizität im Meeresleben

Viele enzymatische Systeme benötigen MN, um zu funktionieren, aber in hohen Werten kann Mn toxisch werden. Ein Umweltgrund, warum Mn -Spiegel im Meerwasser zunehmen können, ist, wenn hypoxische Perioden auftreten.[79] Seit 1990 gibt es Berichte über MN -Akkumulation in Meeresorganismen wie Fisch, Krebstiere, Mollusken und Stachelhäuten. Spezifische Gewebe sind Ziele bei verschiedenen Arten, einschließlich Kiemen, Gehirn, Blut, Niere und Leber/Hepatopankreas. Bei diesen Arten wurden physiologische Wirkungen berichtet. MN kann die Erneuerung von Immunozyten und ihre Funktionalität wie Phagozytose und Aktivierung von Pro-Phenoloxidase beeinflussen, wodurch die Immunsysteme der Organismen unterdrückt werden. Dies führt dazu, dass die Organismen anfälliger für Infektionen sind. Wenn der Klimawandel stattfindet, nehmen die Krankheitserregerverteilungen zu, und damit Organismen überleben und sich gegen diese Krankheitserreger verteidigen, benötigen sie ein gesundes, starkes Immunsystem. Wenn ihre Systeme aus hohen Mn -Werten beeinträchtigt werden, können sie diese Krankheitserreger nicht abkämpfen und sterben.[46]

Biologische Rolle bei Bakterien

Mn-SOD ist die Art von SOD, die in vorhanden ist eukaryotisch Mitochondrienund auch in den meisten Bakterien (diese Tatsache entspricht der Theorie von Bakterienorientier der Mitochondrien). Das Mn-SOD-Enzym ist wahrscheinlich einer der ältesten, denn fast alle Organismen, die in Gegenwart von Sauerstoff leben Superoxid (O−
2), gebildet aus der 1-Elektronenreduktion von Dioxygen. Die Ausnahmen, die alle Bakterien sind, umfassen Lactobacillus plantarum und die damit verbundenen Lactobacilli, die einen anderen nichtzymatischen Mechanismus mit Mangan verwenden (MN2+) Ionen, die mit Polyphosphat komplexiert sind, was auf einen Evolutionsweg für diese Funktion im aeroben Leben hinweist.

Biologische Rolle in Pflanzen

Siehe auch: Manganmangel (Pflanze)

Mangan ist auch wichtig für Photosynthese Sauerstoffentwicklung in Chloroplasten in Pflanzen. Das Sauerstoff-entwickelnder Komplex (OEC) ist Teil des Photosystems II, das in den Thylakoidmembranen von Chloroplasten enthalten ist; Es ist verantwortlich für das Terminal Photooxidation von Wasser während der Lichtreaktionen von Photosyntheseund hat einen Metalloenzymkern mit vier Atomen von Mangan.[80][81] Um diese Anforderung zu erfüllen, enthalten die meisten Düngemittel von Breitbandanlagen Mangan.

Vorsichtsmaßnahmen

Mangan
Gefahren
GHS Beschriftung:
H401
P273, P501[82]
NFPA 704 (Feuerdiamant)
0
0
0

Manganverbindungen sind weniger giftig als die anderen weit verbreiteten Metalle, wie z. Nickel und Kupfer.[83] Die Exposition gegenüber Manganstäuben und Dämpfen sollte jedoch den Deckenwert von 5 mg/m nicht überschreiten3 auch für kurze Zeiträume wegen des Toxizitätsniveaus.[84] Die Manganvergiftung wurde mit beeinträchtigten motorischen Fähigkeiten und kognitiven Störungen in Verbindung gebracht.[85]

Permanganat weist eine höhere Toxizität auf als Mangan (II) Verbindungen. Die tödliche Dosis beträgt ungefähr 10 g, und es sind mehrere tödliche Vergiftungen aufgetreten. Der starke oxidative Effekt führt zu Nekrose des Schleimhaut. Zum Beispiel die Speiseröhre ist betroffen, wenn das Permanganat verschluckt wird. Nur eine begrenzte Menge wird vom Darm absorbiert, aber diese kleine Menge zeigt schwerwiegende Auswirkungen auf die Nieren und die Leber.[86][87]

Mangan -Exposition in Vereinigte Staaten wird durch die reguliert Arbeitssicherheit-und Gesundheitsbehörde (OSHA).[88] Die Menschen können am Arbeitsplatz Mangan ausgesetzt sein, indem sie es einatmen oder schlucken. OSHA hat die gesetzliche Grenze festgelegt (zulässige Expositionsgrenze) für die Mangan -Exposition am Arbeitsplatz als 5 mg/m3 über einen 8-Stunden-Arbeitstag. Das Nationales Institut für Arbeitssicherheit und Gesundheit (NIOSH) hat a gesetzt Empfohlene Expositionsgrenze (Rel) von 1 mg/m3 über einen 8-Stunden-Arbeitstag und eine kurzfristige Grenze von 3 mg/m3. Bei einem Niveau von 500 mg/m3, Mangan ist Sofort gefährlich für Leben und Gesundheit.[89]

Im Allgemeinen kann die Exposition gegenüber Umgebungs-Mn-Luftkonzentrationen von mehr als 5 & mgr; g Mn/m3 zu MN-induzierten Symptomen führen. Erhöht Ferroportin Die Proteinexpression in menschlichen embryonalen Nierenzellen (HEK293) ist mit einer verminderten intrazellulären Mn -Konzentration verbunden und abgeschwächt Zytotoxizität, gekennzeichnet durch die Umkehrung von MN-reduziert Glutamat Aufnahme und vermindert Laktat -Dehydrogenase Leckage.[90]

Umweltgesundheitsprobleme

In Trinkwasser

Wasserborne Mangan hat eine größere Bioverfügbarkeit als diätetische Mangan. Laut Ergebnissen einer Studie von 2010,,[91] Ein höheres Maß an Exposition gegenüber Mangan in Wasser trinken sind mit erhöhter Steigerung verbunden intellektuelle Beeinträchtigung und reduziert Intelligenzquotienten In Kindern im schulpflichtigen Alter. Es wird angenommen, dass eine langfristige Exposition aufgrund des Einatmens der natürlich vorkommenden Mangan in Duschwasser bis zu 8,7 Millionen Amerikanern gefährdet ist.[92] Daten zeigen jedoch, dass sich der menschliche Körper von bestimmten nachteiligen Auswirkungen der Überbelichtung von Mangan erholen kann, wenn die Exposition gestoppt wird und der Körper den Überschuss löschen kann.[93]

In Benzin

Molekulares Modell von Methylcyclopentadienyl Mangan -Tricarbonyl (MMT)

Methylcyclopentadienyl Mangan -Tricarbonyl (MMT) ist a Benzin Additiv verwendet, um Bleiverbindungen für bleifreie Benzine zu ersetzen, um die zu verbessern Oktanzahl von Niedrigen Oktan Petroleum Destillaten. Es wird weniger Motorschlag Agent durch die Aktion der Carbonylgruppen. Brennstoffe, die Mangan enthalten Abgasventile. Im Vergleich zu 1953 sind die Mangans in Luft gesunken.[94]

Im Tabakrauch

Das Tabakpflanze leicht absorbiert und akkumuliert Schwermetalle wie Mangan aus dem umliegenden Boden in seine Blätter. Diese werden anschließend während inhaliert Tabakrauchen.[95] Während Mangan ein Bestandteil von ist Tabakrauch,[96] Studien sind weitgehend zu dem Schluss gekommen, dass Konzentrationen für die menschliche Gesundheit nicht gefährlich sind.[97]

Rolle bei neurologischen Störungen

Manganismus

Hauptartikel: Manganismus

Die Überbelichtung von Mangan ist am häufigsten mit Manganismus, eine seltene neurologische Störung im Zusammenhang mit übermäßiger Manganaufnahme oder Inhalation. Historisch gesehen werden Personen, die in der Produktion oder Verarbeitung von Manganlegierungen beschäftigt sind[98][99] Risiko für die Entwicklung von Manganismus ausgesetzt; Aktuelle Gesundheits- und Sicherheitsvorschriften schützen jedoch die Arbeitnehmer in Industrieländern.[88] Die Störung wurde erstmals 1837 von dem britischen akademischen John Couper beschrieben, der zwei Patienten untersuchte, die m waren.[25]

Manganismus ist eine zweiphasige Störung. In ihren frühen Stadien kann eine berauschte Person Depressionen, Stimmungsschwankungen, zwanghaftes Verhalten und Psychose erleben. Frühe neurologische Symptome weichen dem Manganismus im späten Stadium, der ähnelt Parkinson-Krankheit. Zu den Symptomen zählen Schwäche, monoton und verlangsamte Sprache, ein expressionsloses Gesicht, Zittern, vorwärts gerichtete Gang, Unfähigkeit, ohne Sturz, Starrheit und allgemeine Probleme mit Geschicklichkeit, Gang und Gleichgewicht rückwärts zu gehen.[25][100] nicht wie Parkinson-KrankheitDer Manganismus ist nicht mit dem Verlust des Geruchsverlusts verbunden, und die Patienten reagieren typischerweise nicht auf die Behandlung mit L-dopa.[101] Die Symptome des Manganismus im Spätstadium werden im Laufe der Zeit auch dann schwerwiegender, selbst wenn die Expositionsquelle entfernt wird und die Manganwerte des Gehirns wieder normal sind.[100]

Es wurde gezeigt, dass chronische Mangan-Exposition eine Parkinsonismus-ähnliche Krankheit erzeugt, die durch Bewegungsanomalien gekennzeichnet ist.[102] Dieser Zustand reagiert nicht auf Typische Therapien zur Behandlung von PDeinen alternativen Weg als den typischen vorschlagen Dopaminerge Verlust innerhalb der Substantia Nigra.[102] Mangan kann sich in der ansammeln Basalganglien, was zu den abnormalen Bewegungen führt.[103] Eine Mutation des SLC30A10-Gens, eines Mangan-Efflux-Transporters, der für die Verringerung der intrazellulären MN erforderlich ist, wurde mit der Entwicklung dieser Parkinsonismus-ähnlichen Krankheit in Verbindung gebracht.[104] Das Lewy Leichen Typisch für PD sind im MN-induzierten Parkinsonismus nicht zu sehen.[103]

Tierversuche haben die Möglichkeit gegeben, die Folgen einer Manganüberxposition unter kontrollierten Bedingungen zu untersuchen. Bei (nicht aggressiven) Ratten induziert Mangan das Verhalten des Maus-Tilling.[105]

Entwicklungsstörungen für Kinder

Mehrere neuere Studien versuchen, die Auswirkungen einer chronisch niedrig dosierten Manganüberxposition auf zu untersuchen Entwicklung des Kindes. Die früheste Studie wurde in der chinesischen Provinz Shanxi durchgeführt. Trinkwasser dort war durch unsachgemäße Abwasserbewässerung kontaminiert und enthielt 240–350 μg Mn/l. Obwohl Mn -Konzentrationen bei oder unter 300 μg mn/l zum Zeitpunkt der Studie von der US -EPA und 400 μg mn/l von der Studie als sicher angesehen wurden WeltgesundheitsorganisationDie 92 untersuchten Kinder (zwischen 11 und 13 Jahren) aus dieser Provinz zeigten eine geringere Leistung bei Tests mit manueller Geschicklichkeit und Schnelligkeit, Kurzzeitgedächtnis und visueller Identifizierung im Vergleich zu Kindern aus einem nicht kontaminierten Bereich. In jüngerer Zeit zeigte eine Studie mit 10-jährigen Kindern in Bangladesch eine Beziehung zwischen der Mn-Konzentration in Brunnenwasser und verminderten IQ-Werten. In einer dritten Studie, die in Quebec durchgeführt wurde, untersuchte Schulkinder zwischen 6 und 15 Jahren in Häusern, die Wasser aus einem Brunnen mit 610 μg Mn/l erhielten; Die Kontrollen lebten in Häusern, die Wasser aus einem Brunnen von 160 μg Mn/L erhielten. Kinder in der experimentellen Gruppe zeigten ein erhöhtes hyperaktives und oppositionelles Verhalten.[91]

Die aktuelle maximale sichere Konzentration nach EPA -Regeln beträgt 50 & mgr; g mn/l.[106]

Neurodegenerative Krankheiten

Ein Protein genannt DMT1 ist der Haupttransporter in der Manganabsorption aus dem Darm und kann der Haupttransporter von Mangan über die Blut-Hirn-Schranke. DMT1 Auch transportiert inhalierte Mangan über das Nasenepithel. Der vorgeschlagene Mechanismus für die Mangan-Toxizität ist, dass eine Dysregulation zu oxidativem Stress, mitochondrialer Dysfunktion und glutamatvermittelter Dysfunktion führt Exzitotoxizitätund Aggregation von Proteinen.[107]

Siehe auch

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