Manganese

El manganeso es un metal de color gris plateado, duro y quebradizo, que se asemeja al hierro y se encuentra a menudo en minerales junto a él. Este metal de transición, con el símbolo Mn y número atómico 25, fue aislado por primera vez en la década de 1770. Se utiliza ampliamente en aleaciones industriales, especialmente en aceros inoxidables, donde mejora la resistencia, la trabajabilidad y la resistencia al desgaste. Los óxidos de manganeso actúan como agentes oxidantes, aditivos para caucho y componentes en vidrio, fertilizantes y cerámica, mientras que el sulfato de manganeso funciona como fungicida.

El elemento es esencial para la salud humana, desempeñando un papel en el metabolismo de macronutrientes, la formación ósea y la defensa del cuerpo contra los radicales libres. Es una parte clave de docenas de proteínas y enzimas, y se almacena principalmente en los huesos, pero también en el hígado, los riñones y el cerebro. En el cerebro, el manganeso se une a metaloproteínas como la glutamina sintetasa en los astrocitos. Una sal de color violeta intenso, el permanganato de potasio, es un oxidante de laboratorio común y se utiliza como biocida en el tratamiento del agua. El manganeso también se encuentra en los sitios activos de ciertas enzimas; notablemente, un grupo de manganeso-oxígeno llamado complejo evolucionador de oxígeno es crítico para la producción de oxígeno en las plantas.

Físicamente, el manganeso es duro, quebradizo, difícil de fundir y se oxida fácilmente. Él y sus iones comunes son paramagnéticos. Se empaña lentamente al aire y se oxida en agua con oxígeno disuelto, de manera similar al hierro. El manganeso natural tiene un solo isótopo estable, ⁵⁵Mn. Se han identificado numerosos radioisótopos, desde ⁴⁶Mn hasta ⁷²Mn; los más estables son ⁵³Mn (vida media de 3,7 millones de años), ⁵⁴Mn (312,08 días) y ⁵²Mn (5,591 días). Todos los demás isótopos radiactivos tienen vidas medias inferiores a tres horas, la mayoría menos de un minuto. Los isótopos más ligeros se desintegran principalmente por captura electrónica, los más pesados por desintegración beta. El manganeso también tiene tres estados meta. Pertenece al grupo del hierro de elementos, que se cree que se sintetizan en estrellas masivas justo antes de las explosiones de supernova. ⁵³Mn se desintegra en ⁵³Cr con una vida media de 3,7 millones de años, y es raro, producido por los rayos cósmicos que impactan en el hierro. El manganeso y el cromo se encuentran juntos con suficiente frecuencia como para que sus relaciones isotópicas se utilicen en geología para datar el Sistema Solar temprano; las relaciones Mn/Cr respaldan la evidencia de ²⁶Al y ¹⁰⁷Pd. Las variaciones en ⁵³Cr/⁵²Cr y las relaciones Mn/Cr en meteoritos sugieren una relación inicial ⁵³Mn/⁵⁵Mn distinta de cero, lo que significa que las variaciones isotópicas del cromo provienen de la desintegración in situ de ⁵³Mn en cuerpos planetarios diferenciados, proporcionando evidencia de nucleosíntesis justo antes de que se formara el Sistema Solar.

El manganeso sólido tiene cuatro alótropos (α, β, γ y δ), cada uno estable a temperaturas sucesivamente más altas. Todos son metálicos a presión estándar con redes cristalinas cúbicas, pero sus estructuras atómicas varían ampliamente. El α-Mn es la fase a temperatura ambiente, con una red cúbica centrada en el cuerpo y una celda unitaria compleja de 58 átomos (29 por celda primitiva) en cuatro tipos de sitios diferentes. Es paramagnético a temperatura ambiente y antiferromagnético por debajo de 95 K. El β-Mn se forma por encima de 973 K y tiene una estructura cúbica primitiva con 20 átomos por celda unitaria en dos tipos de sitios, tan compleja como cualquier metal elemental. Puede ser metaestable a temperatura ambiente si se templa rápidamente desde 850 °C en agua con hielo, y permanece paramagnético hasta 1,1 K. El γ-Mn se forma por encima de 1.370 K con una estructura cúbica centrada en las caras simple (cuatro átomos por celda). Templarlo a temperatura ambiente lo convierte en β-Mn, pero la aleación con al menos un 5% de elementos como carbono, hierro, níquel, cobre, paladio u oro lo estabiliza, distorsionándolo en una estructura tetragonal centrada en las caras. El δ-Mn se forma por encima de 1.406 K y es estable hasta el punto de fusión de 1.519 K, con una estructura cúbica centrada en el cuerpo (dos átomos por celda).

Los estados de oxidación comunes del manganeso son +2, +4 y +7, aunque se han observado todos desde −3 hasta +7. El estado +7 se observa en las sales de permanganato de color púrpura (MnO₄⁻). El permanganato de potasio es un oxidante de laboratorio común y un medicamento tópico, utilizado para enfermedades de los peces, y fue uno de los primeros colorantes y fijadores para microscopía electrónica. Otros compuestos de Mn(VII) incluyen el inestable Mn₂O₇ y los oxihaluros fuertemente oxidantes (MnO₃F y MnO₃Cl). El estado +6 aparece como el anión manganato verde (MnO₄²⁻), que es un intermediario en la extracción de manganeso de los minerales.