Manganese

O manganês é um metal cinza-prateado, duro e quebradiço, que se assemelha ao ferro e é frequentemente encontrado em minerais junto com ele. Este metal de transição, com o símbolo Mn e número atômico 25, foi isolado pela primeira vez na década de 1770. É amplamente utilizado em ligas industriais, especialmente aços inoxidáveis, onde aumenta a resistência, a trabalhabilidade e a resistência ao desgaste. Os óxidos de manganês atuam como agentes oxidantes, aditivos para borracha e ingredientes em vidro, fertilizantes e cerâmicas, enquanto o sulfato de manganês funciona como fungicida.

O elemento é essencial para a saúde humana, desempenhando um papel no metabolismo de macronutrientes, na formação óssea e na defesa do corpo contra os radicais livres. É uma parte fundamental de dezenas de proteínas e enzimas, e é armazenado principalmente nos ossos, mas também no fígado, rins e cérebro. No cérebro, o manganês se liga a metaloproteínas como a glutamina sintetase nos astrócitos. Um sal violeta intenso, o permanganato de potássio, é um oxidante comum de laboratório e é usado como biocida no tratamento de água. O manganês também está presente nos sítios ativos de certas enzimas; notavelmente, um aglomerado de manganês-oxigênio chamado complexo de evolução do oxigênio é crítico para a produção de oxigênio nas plantas.

Fisicamente, o manganês é duro, quebradiço, difícil de fundir e oxida facilmente. Ele e seus íons comuns são paramagnéticos. Ele mancha lentamente ao ar e enferruja em água com oxigênio dissolvido, de forma semelhante ao ferro. O manganês de ocorrência natural tem apenas um isótopo estável, o ⁵⁵Mn. Numerosos radioisótopos, de ⁴⁶Mn a ⁷²Mn, foram identificados; os mais estáveis são ⁵³Mn (meia-vida de 3,7 milhões de anos), ⁵⁴Mn (312,08 dias) e ⁵²Mn (5,591 dias). Todos os outros isótopos radioativos têm meias-vidas inferiores a três horas, a maioria inferior a um minuto. Isótopos mais leves decaem principalmente por captura eletrônica, os mais pesados por decaimento beta. O manganês também possui três estados meta. Pertence ao grupo do ferro dos elementos, acreditando-se ser sintetizado em estrelas massivas pouco antes das explosões de supernova. O ⁵³Mn decai para ⁵³Cr com uma meia-vida de 3,7 milhões de anos, e é raro, produzido por raios cósmicos que atingem o ferro. O manganês e o cromo são encontrados juntos com frequência suficiente para que suas razões isotópicas sejam usadas em geologia para datar o Sistema Solar primitivo; as razões Mn/Cr apoiam evidências do ²⁶Al e do ¹⁰⁷Pd. Variações nas razões ⁵³Cr/⁵²Cr e Mn/Cr em meteoritos sugerem uma razão inicial não nula de ⁵³Mn/⁵⁵Mn, o que significa que as variações isotópicas do cromo provêm do decaimento in situ do ⁵³Mn em corpos planetários diferenciados, fornecendo evidências para a nucleossíntese pouco antes da formação do Sistema Solar.

O manganês sólido tem quatro alótropos — α, β, γ e δ — cada um estável em temperaturas sucessivamente mais altas. Todos são metálicos à pressão padrão com redes cristalinas cúbicas, mas suas estruturas atômicas variam amplamente. O α-Mn é a fase à temperatura ambiente, com uma rede cúbica de corpo centrado e uma célula unitária complexa de 58 átomos (29 por célula primitiva) em quatro tipos diferentes de sítios. É paramagnético à temperatura ambiente e antiferromagnético abaixo de 95 K. O β-Mn se forma acima de 973 K e tem uma estrutura cúbica primitiva com 20 átomos por célula unitária em dois tipos de sítios, tão complexa quanto qualquer metal elementar. Pode ser metaestável à temperatura ambiente se for rapidamente temperado de 850 °C em água gelada, e permanece paramagnético até 1,1 K. O γ-Mn se forma acima de 1.370 K com uma estrutura cúbica de face centrada simples (quatro átomos por célula). Temperá-lo à temperatura ambiente o converte em β-Mn, mas a liga com pelo menos 5% de elementos como carbono, ferro, níquel, cobre, paládio ou ouro o estabiliza, distorcendo-o em uma estrutura tetragonal de face centrada. O δ-Mn se forma acima de 1.406 K e é estável até o ponto de fusão de 1.519 K, com uma estrutura cúbica de corpo centrado (dois átomos por célula).

Os estados de oxidação comuns para o manganês são +2, +4 e +7, embora todos de −3 a +7 tenham sido observados. O estado +7 é visto em sais de permanganato roxos (MnO₄⁻). O permanganato de potássio é um oxidante comum de laboratório e medicamento tópico, usado para doenças de peixes, e foi um dos primeiros corantes e fixadores para microscopia eletrônica. Outros compostos de Mn(VII) incluem o instável Mn₂O₇ e oxi-haletos oxidantes poderosos (MnO₃F e MnO₃Cl). O estado +6 aparece como o ânion manganato verde (MnO₄²⁻), que é um intermediário na extração de manganês de minérios.