Manganese

锰是一种银灰色金属，质地坚硬且脆，与铁相似，常与铁共生存在于矿物中。这种过渡金属符号为Mn，原子序数25，于18世纪70年代首次被分离。它广泛用于工业合金，尤其是不锈钢中，可提高强度、加工性和耐磨性。锰的氧化物用作氧化剂、橡胶添加剂，以及玻璃、肥料和陶瓷的原料，而硫酸锰则用作杀菌剂。

该元素对人体健康至关重要，参与宏量营养素代谢、骨骼形成以及机体抵御自由基的防御机制。它是数十种蛋白质和酶的关键组成部分，主要储存于骨骼中，也存在于肝脏、肾脏和大脑。在大脑中，锰与星形胶质细胞中的谷氨酰胺合成酶等金属蛋白结合。一种深紫色盐——高锰酸钾——是常见的实验室氧化剂，并用作水处理中的杀菌剂。锰还位于某些酶的活性位点；值得注意的是，一种称为放氧复合体的锰-氧簇对植物产氧至关重要。

物理性质上，锰坚硬、脆、难熔且易氧化。它及其常见离子具有顺磁性。在空气中缓慢失去光泽，并在含溶解氧的水中生锈，与铁相似。天然存在的锰仅有一种稳定同位素⁵⁵Mn。已鉴定出从⁴⁶Mn到⁷²Mn的多种放射性同位素；最稳定的是⁵³Mn（半衰期370万年）、⁵⁴Mn（312.08天）和⁵²Mn（5.591天）。所有其他放射性同位素的半衰期均短于三小时，多数不足一分钟。较轻的同位素主要通过电子俘获衰变，较重的则通过β衰变。锰还有三种同核异能态。它属于铁族元素，被认为是在大质量恒星中、超新星爆发前合成的。⁵³Mn以370万年的半衰期衰变为⁵³Cr，且较为罕见，由宇宙射线轰击铁产生。锰和铬常共生，其同位素比值被用于地质学中测定早期太阳系的年龄；Mn-Cr比值支持了来自²⁶Al和¹⁰⁷Pd的证据。陨石中⁵³Cr/⁵²Cr和Mn/Cr比值的变化表明初始⁵³Mn/⁵⁵Mn比值非零，这意味着铬同位素变化源于分异行星体中⁵³Mn的原位衰变，为太阳系形成前的核合成提供了证据。

固态锰有四种同素异形体——α、β、γ和δ——分别稳定于依次升高的温度。在标准压力下，它们均为金属态，具有立方晶格，但原子结构差异显著。α-Mn是室温相，具有体心立方晶格和包含58个原子（每个初基晶胞29个原子）的复杂晶胞，分布于四种不同位点类型。它在室温下呈顺磁性，在95 K以下呈反铁磁性。β-Mn在973 K以上形成，具有简单立方结构，每个晶胞含20个原子，分布于两种位点类型，其复杂程度堪比任何元素金属。若从850 °C在冰水中快速淬火，可在室温下保持亚稳态，并在低至1.1 K时仍保持顺磁性。γ-Mn在1370 K以上形成，具有简单面心立方结构（每个晶胞四个原子）。淬火至室温会使其转变为β-Mn，但加入至少5%的碳、铁、镍、铜、钯或金等元素可使其稳定，并畸变为面心四方结构。δ-Mn在1406 K以上形成，并稳定至熔点1519 K，具有体心立方结构（每个晶胞两个原子）。

锰的常见氧化态为+2、+4和+7，但已观察到从−3到+7的所有氧化态。+7态见于紫色高锰酸盐（MnO₄⁻）。高锰酸钾是常见的实验室氧化剂和外用药物，用于鱼类疾病，也是电子显微镜最早使用的染色剂和固定剂之一。其他Mn(VII)化合物包括不稳定的Mn₂O₇和强氧化性卤氧化物（MnO₃F和MnO₃Cl）。+6态表现为绿色锰酸盐阴离子（MnO₄²⁻），是从矿石中提取锰的中间产物。