المنغنيز عنصر كيميائي برمز Mn والرقم الذري 25. وهو معدن صلب وهش ورمادي فضي يوجد عادة في قشرة الأرض. المنغنيز عنصر أساسي يلعب دورًا حاسمًا في العديد من العمليات البيولوجية ، بما في ذلك التمثيل الغذائي ، وتكوين العظام ، والوظيفة المضادة للأكسدة. كما أنه يستخدم في العديد من التطبيقات الصناعية مثل إنتاج الصلب والبطاريات والأسمدة.

تم عزل المنجنيز لأول مرة كعنصر مميز في عام 1774 بواسطة الكيميائي السويدي يوهان جوتليب جان ، على الرغم من وجوده في الخامات و المعادن كان معروفًا منذ قرون. يشتق اسم "المنغنيز" من الكلمة اللاتينية "Magnes" والتي تعني المغناطيس ، حيث تظهر بعض مركبات المنجنيز خصائص مغناطيسية.

في الطبيعة ، يوجد المنجنيز عادة على شكل أكاسيد المنجنيز ، والتي توجد بكثرة في التربة ، الصخورو المعادن. كما أنه موجود بكميات ضئيلة في النباتات والحيوانات والأنسجة البشرية. يحتوي المنغنيز على العديد من حالات الأكسدة المختلفة ، وأكثرها شيوعًا هي +2 و +3 و +4 و +6 و +7. تعطي حالات الأكسدة هذه المنغنيز خواصه الكيميائية متعددة الاستخدامات ، مما يجعله مفيدًا في العمليات الصناعية المختلفة.

المنغنيز له العديد من التطبيقات الهامة في المجتمع الحديث. أحد استخداماته الأساسية هو إنتاج الفولاذ ، حيث يعمل كمزيل للأكسدة ومزيل الكبريت ، مما يحسن قوة وصلابة الفولاذ. يستخدم المنغنيز أيضًا في إنتاج البطاريات ، مثل البطاريات القلوية والقابلة لإعادة الشحن ، نظرًا لنشاطه الكهروكيميائي العالي. بالإضافة إلى ذلك ، يتم استخدام المنغنيز كصبغة في الدهانات ، وكمكون في الأسمدة لتحسين نمو النبات ، وكمكمل غذائي في علف الحيوانات والوجبات الغذائية البشرية.

على الرغم من تطبيقاته الصناعية العديدة ، يمكن أن يكون للمنجنيز أيضًا آثار ضارة على صحة الإنسان والبيئة عندما يتواجد بتركيزات عالية. يمكن استنشاق غبار المنغنيز أو أبخرة قيادة لمشاكل الجهاز التنفسي ، وقد ارتبط التعرض المزمن للمنغنيز بالاضطرابات العصبية المعروفة باسم المنغنيز. لذلك ، فإن تدابير وأنظمة السلامة المناسبة ضرورية للتعامل مع المنغنيز واستخدامه في العمليات الصناعية.

شظايا منجنيز نقية (99.9٪) ، مكررة بالتحليل الكهربائي ، بجوار مكعب 1 سم مكعب

التعريف والخصائص الأساسية للمنغنيز

المنغنيز عنصر كيميائي برمز Mn والرقم الذري 25. وهو معدن انتقالي ينتمي إلى المجموعة 7 في الجدول الدوري. يشتهر المنغنيز بحالات الأكسدة المتنوعة التي تتراوح من +2 إلى +7 ، وقدرته على تكوين العديد من المركبات ذات الخصائص المختلفة.

تتضمن بعض الخصائص الأساسية للمنغنيز ما يلي:

الخصائص الفيزيائية:

  • المظهر: المنغنيز معدن صلب ، هش ، فضي رمادي.
  • نقطة الانصهار والغليان: تبلغ درجة انصهار المنجنيز 1,246 درجة مئوية (2,275 درجة فهرنهايت) ، ونقطة غليانها 2,061 درجة مئوية (3,742 درجة فهرنهايت).
  • الكثافة: تبلغ كثافة المنجنيز حوالي 7.43 جرام لكل سنتيمتر مكعب.
  • الهيكل البلوري: يحتوي المنغنيز على هيكل بلوري مكعب محوره الجسم.

الخواص الكيميائية:

  • حالات الأكسدة: يمكن أن يوجد المنغنيز في حالات أكسدة مختلفة ، وأكثرها شيوعًا هي +2 و +3 و +4 و +6 و +7. تعطي حالات الأكسدة هذه المنغنيز تفاعله الكيميائي متعدد الاستخدامات.
  • التفاعلية: المنغنيز معدن متفاعل نسبيًا ، يتشكل بسهولة مركبات بالأكسجين ، كبريت، وغيرها من العناصر.
  • المغناطيسية: تظهر بعض مركبات المنجنيز خصائص مغناطيسية ، ويستخدم المنجنيز في إنتاج السبائك المغناطيسية.
  • التكوين المعقد: يتمتع المنغنيز بقدرة قوية على تكوين معقدات بمركبات أخرى ، مما يجعله مفيدًا في العمليات الكيميائية المختلفة.

ظهور:

  • الوفرة: المنغنيز هو العنصر الثاني عشر الأكثر وفرة في قشرة الأرض ، ويوجد في العديد من المعادن والصخور والتربة.
  • التوزيع: يتم توزيع المنغنيز على نطاق واسع في جميع أنحاء العالم ، مع وجود رئيسي الودائع توجد في دول مثل جنوب إفريقيا وأستراليا والبرازيل والصين والجابون.

استخدام:

  • إنتاج الصلب: المنغنيز عنصر أساسي في إنتاج الفولاذ ، حيث يعمل كمزيل للأكسدة ومزيل الكبريت ، مما يحسن من قوة وصلابة الفولاذ.
  • البطاريات: يستخدم المنغنيز في إنتاج البطاريات ، بما في ذلك البطاريات القلوية والقابلة لإعادة الشحن ، نظرًا لنشاطه الكهروكيميائي العالي.
  • أصباغ: تستخدم مركبات المنغنيز كأصباغ في الدهانات والسيراميك والزجاج.
  • الأسمدة: يستخدم المنجنيز كعنصر في الأسمدة لتحسين نمو النبات.
  • استخدامات أخرى: يحتوي المنغنيز على العديد من التطبيقات الصناعية الأخرى ، بما في ذلك في إنتاج السبائك والمواد الكيميائية وكمكمل غذائي في علف الحيوانات والوجبات الغذائية البشرية.

في الختام ، المنغنيز معدن انتقالي له حالات أكسدة متنوعة وخصائص كيميائية متعددة الاستخدامات. إنه عنصر أساسي في إنتاج الصلب ، ويستخدم في البطاريات ، والأصباغ ، والأسمدة ، وله العديد من التطبيقات الصناعية الأخرى. المنغنيز وفير بطبيعته ولكنه يتطلب تدابير مناسبة وسلامة بسبب تفاعله والمخاطر الصحية والبيئية المحتملة.

يعتبر البيرولوزيت (ثاني أكسيد المنغنيز) أحد أكثر معادن المنغنيز شيوعًا. (رصيد الصورة: Shutterstock)

حدوث وتوزيع المنجنيز في الطبيعة

المنغنيز عنصر وفير نسبيًا في القشرة الأرضية ، ويحتل المرتبة الثانية عشر من حيث الكتلة. يتواجد بشكل طبيعي في مختلف المعادن والصخور والتربة والرواسب. يمكن أن يختلف حدوث وتوزيع المنغنيز في الطبيعة اعتمادًا على العوامل الجيولوجية والبيئية.

توجد رواسب المنجنيز الرئيسية في العديد من البلدان حول العالم ، بما في ذلك جنوب إفريقيا وأستراليا والبرازيل والصين والجابون والهند وأوكرانيا. تشتهر هذه البلدان باحتياطياتها وإنتاجيتها الكبيرة من المنغنيز.

في جنوب إفريقيا ، من المعروف أن حقول المنغنيز كالاهاري تحتوي على بعض من أكبر رواسب المنغنيز في العالم ، مع عمليات تعدين واسعة النطاق. تمتلك أستراليا أيضًا موارد كبيرة من المنغنيز ، حيث تعد رواسب Groote Eylandt واحدة من أكبر وأعلى درجات المنجنيز رواسب خام فى العالم. تم العثور على رواسب المنغنيز المهمة الأخرى في منطقة الأمازون بالبرازيل ، ومقاطعة قوانغشي في الصين ، ومنطقة مواندا في الجابون.

غالبًا ما يوجد المنغنيز في شكل أكاسيد المنغنيز ، والتي توجد بكثرة في التربة والصخور والمعادن. تشمل معادن المنغنيز الشائعة بيرولوزيت (MnO2) ، سيلوميلان (BaMn9O16 (OH) 4) ، rhodochrosite (MnCO3) و hausmannite (Mn3O4). يمكن أن يوجد المنغنيز أيضًا في معادن وخامات أخرى ، مثل عقيدات المنغنيز الموجودة في قاع المحيط والقشور الغنية بالمنغنيز الموجودة في الجبال البحرية.

يتأثر توزيع المنغنيز في الطبيعة بعوامل جيولوجية وبيئية مختلفة ، بما في ذلك العمليات الجيولوجية مثل التجويةوالترسيب والنشاط الحراري المائي. يمكن أن تتكون رواسب المنغنيز في مجموعة من الإعدادات الجيولوجية ، بما في ذلك الرسوبيات ، والنار ، و الصخور المتحولة. يمكن أن يؤدي تجوية الصخور والمعادن الغنية بالمنغنيز إلى تراكم المنغنيز في التربة والرواسب والمسطحات المائية.

يمكن أن تؤثر الظروف البيئية ، مثل وجود الأكسجين ودرجة الحموضة ودرجة الحرارة ، أيضًا على توزيع المنغنيز في الطبيعة. على سبيل المثال ، يميل المنجنيز إلى أن يكون أكثر قابلية للذوبان وقابلية للحركة في ظروف الأكسدة ، بينما يميل إلى الترسب والتراكم في ظروف الاختزال.

في الختام ، يتواجد المنغنيز بشكل طبيعي وينتشر على نطاق واسع في القشرة الأرضية ، مع وجود رواسب كبيرة في مختلف البلدان حول العالم. يوجد المنغنيز على شكل معادن وصخور وتربة ورواسب ، ويتأثر انتشاره في الطبيعة بالعمليات الجيولوجية والظروف البيئية.

الأهمية التاريخية والصناعية للمنغنيز

يتمتع المنغنيز بتاريخ طويل من الأهمية الصناعية يعود إلى العصور القديمة. فيما يلي بعض النقاط البارزة في الأهمية التاريخية والصناعية للمنغنيز:

تأريخ الأهمية:

  • الاستخدامات القديمة: استخدم المنغنيز في الحضارات القديمة لأغراض مختلفة ، منها صبغة في لوحات الكهوف ، ومعدن في سبائك البرونز ، وفي إنتاج الزجاج.
  • الاعتراف كعنصر: تم التعرف على المنغنيز كعنصر من قبل الكيميائي السويدي Carl Wilhelm Scheele في عام 1774 ، وسمي فيما بعد "المنغنيز" بعد الكلمة اللاتينية "magnes" التي تعني المغناطيس ، بسبب خصائصه المغناطيسية.
  • الثورة الصناعية: أصبح المنغنيز أكثر أهمية خلال الثورة الصناعية في القرنين الثامن عشر والتاسع عشر مع ظهور عمليات وتقنيات صناعية جديدة. تم استخدام المنغنيز في إنتاج الفولاذ لتحسين قوته وصلابته ، مما أدى إلى تطوير فولاذ المنغنيز ، المعروف أيضًا باسم حديد هادفيلد ، الذي سمي على اسم عالم المعادن البريطاني روبرت هادفيلد الذي كان رائدًا في استخدامه.

الأهمية الصناعية:

  • إنتاج الفولاذ: يعتبر المنغنيز عنصرًا أساسيًا في إنتاج الفولاذ ، حيث يعمل كمزيل للأكسدة ومزيل الكبريت ، مما يحسن خصائص الفولاذ ، مثل القوة والمتانة ومقاومة التآكل. يستخدم المنغنيز في العديد من سبائك الصلب ، بما في ذلك فولاذ المنغنيز الأوستنيتي ، والذي يستخدم في التطبيقات التي تتطلب قوة عالية ، مثل الإنشاءات ، وخطوط السكك الحديدية ، والآلات الثقيلة.
  • البطاريات: يستخدم المنغنيز في إنتاج البطاريات ، بما في ذلك البطاريات القلوية والبطاريات القابلة لإعادة الشحن ، نظرًا لارتفاع نشاطه الكهروكيميائي. يستخدم المنغنيز كمكون في كاثود بطاريات الليثيوم أيون ، والتي تستخدم على نطاق واسع في الأجهزة الإلكترونية المحمولة والمركبات الكهربائية.
  • الأصباغ: تستخدم مركبات المنجنيز ، مثل ثاني أكسيد المنجنيز (MnO2) ، كأصباغ في الدهانات والسيراميك والزجاج ، نظرًا لقدرتها على إنتاج الألوان الداكنة ومقاومة البهتان.
  • الأسمدة: يستخدم المنجنيز كعنصر في الأسمدة لتحسين نمو النبات وتعزيز التمثيل الضوئي. المنغنيز من المغذيات الدقيقة الأساسية للنباتات ، ويلعب دورًا في عمليات التمثيل الغذائي المختلفة ، بما في ذلك التمثيل الضوئي والتمثيل الغذائي للنيتروجين.
  • تطبيقات صناعية أخرى: يحتوي المنغنيز على العديد من التطبيقات الصناعية الأخرى ، بما في ذلك في إنتاج السبائك والمواد الكيميائية وكمحفز في العمليات الكيميائية. يستخدم المنغنيز في إنتاج الفولاذ المقاوم للصدأ ، الألومنيوم السبائك والسبائك غير الحديدية الأخرى. تُستخدم مركبات المنغنيز كمحفزات في التفاعلات الكيميائية ، مثل إنتاج البتروكيماويات ، وفي صناعة معالجة المياه لإزالة الشوائب من مياه الشرب.

في الختام ، يتمتع المنجنيز بأهمية تاريخية وصناعية كبيرة ، حيث يتم استخدامه في تطبيقات مختلفة تتراوح من إنتاج الصلب إلى البطاريات والأصباغ والأسمدة والعمليات الصناعية الأخرى. خصائصه الفريدة وتفاعلاته المتعددة تجعله عنصرًا قيمًا في الصناعات الحديثة ، مما يساهم في مختلف التطورات التكنولوجية والتنمية الاقتصادية.

خصائص وخصائص المنغنيز

المنغنيز (Mn) عنصر كيميائي برقم ذري 25 وكتلة ذرية 54.94 جم / مول. إنه معدن انتقالي ينتمي إلى المجموعة 7 (VIIb) في الجدول الدوري. فيما يلي بعض الخصائص والخصائص الرئيسية للمنغنيز:

الخصائص الفيزيائية:

  • المظهر: المنغنيز معدن فضي رمادي صلب نسبيًا وهش في شكله النقي.
  • نقطة الانصهار والغليان: تبلغ درجة انصهار المنغنيز 1,246 درجة مئوية (2,275 درجة فهرنهايت) ودرجة غليان 2,061 درجة مئوية (3,742 درجة فهرنهايت).
  • الكثافة: تبلغ كثافة المنجنيز 7.21 جرام لكل سنتيمتر مكعب (جم / سم مكعب) ، مما يجعلها كثيفة نسبيًا.
  • حالة المادة: المنغنيز مادة صلبة في درجة حرارة الغرفة (25 درجة مئوية أو 77 درجة فهرنهايت).

الخواص الكيميائية:

  • التفاعلية: المنغنيز معدن متفاعل بشكل معتدل. يتفاعل ببطء مع الأكسجين الموجود في الهواء لتكوين طبقة أكسيد رقيقة على سطحه ، مما يساعد على حمايته من المزيد من التآكل. يمكن أن يتفاعل المنغنيز أيضًا مع الهالوجينات والكبريت والنيتروجين لتكوين مركبات مختلفة.
  • حالات الأكسدة: يمكن أن يظهر المنغنيز حالات أكسدة متعددة ، تتراوح من -3 إلى +7 ، مع حالات الأكسدة الأكثر شيوعًا هي +2 ، +3 ، +4 ، +6. هذا يجعل المنجنيز متعدد الاستخدامات في تشكيل مجموعة واسعة من المركبات الكيميائية.
  • الخواص المغناطيسية: المنغنيز هو عبارة عن مادة مغناطيسية ، مما يعني أنه ينجذب إلى مجال مغناطيسي ، لكن خواصه المغناطيسية ضعيفة نسبيًا مقارنة ببعض المعادن الانتقالية الأخرى مثل حديد or النيكل.
  • التكوين المعقد: يمكن أن يشكل المنغنيز أيونات معقدة ومركبات مع روابط أخرى بسبب قدرته على إظهار حالات أكسدة مختلفة وتكوين إلكترون.
  • الدور البيولوجي: المنغنيز عنصر أساسي ضروري للكائنات الحية للقيام بوظائف بيولوجية مختلفة ، بما في ذلك تنشيط الإنزيم ، والتمثيل الغذائي ، وتكوين العظام.

التطبيقات:

  • إنتاج الصلب: أحد الاستخدامات الرئيسية للمنغنيز هو إنتاج الفولاذ. يستخدم المنغنيز كعنصر في صناعة السبائك لتحسين خصائص الفولاذ ، مثل القوة والمتانة ومقاومة التآكل.
  • البطاريات: يستخدم المنغنيز في إنتاج البطاريات ، بما في ذلك البطاريات القلوية والبطاريات القابلة لإعادة الشحن ، نظرًا لارتفاع نشاطه الكهروكيميائي.
  • أصباغ: تستخدم مركبات المنغنيز كأصباغ في الدهانات والسيراميك والزجاج ، وذلك لقدرتها على إنتاج ألوان داكنة ومقاومة البهتان.
  • الأسمدة: يستخدم المنجنيز كعنصر في الأسمدة لتحسين نمو النبات وتعزيز التمثيل الضوئي.
  • تطبيقات صناعية أخرى: يستخدم المنغنيز في إنتاج السبائك ، والمواد الكيميائية ، وكمحفز في العمليات الكيميائية. كما أنها تستخدم في صناعة معالجة المياه لإزالة الشوائب من مياه الشرب.

في الختام ، يعد المنجنيز عنصرًا متعدد الاستخدامات له خصائص وخصائص مختلفة تجعله مهمًا في مجموعة واسعة من التطبيقات ، لا سيما في إنتاج الصلب والبطاريات والأصباغ والأسمدة. إن تفاعله الكيميائي وحالات الأكسدة المتعددة ودوره البيولوجي يجعله عنصرًا قيمًا في العمليات والتقنيات الصناعية المختلفة.

الخصائص الفيزيائية والكيميائية للمنغنيز

الخصائص الفيزيائية للمنجنيز:

  • المظهر: المنغنيز معدن فضي رمادي صلب نسبيًا وهش في شكله النقي. يمكن أن يكون لها بريق معدني مصقول.
  • نقطة الانصهار والغليان: تبلغ درجة انصهار المنغنيز 1,246 درجة مئوية (2,275 درجة فهرنهايت) ودرجة غليان 2,061 درجة مئوية (3,742 درجة فهرنهايت).
  • الكثافة: تبلغ كثافة المنجنيز 7.21 جرام لكل سنتيمتر مكعب (جم / سم مكعب) ، مما يجعلها كثيفة نسبيًا.
  • حالة المادة: المنغنيز مادة صلبة في درجة حرارة الغرفة (25 درجة مئوية أو 77 درجة فهرنهايت).
  • الهيكل البلوري: يحتوي المنغنيز على هيكل بلوري مكعب محوره الجسم (BCC).

الخواص الكيميائية للمنغنيز:

  • التفاعلية: المنغنيز معدن متفاعل بشكل معتدل. يتفاعل ببطء مع الأكسجين الموجود في الهواء لتكوين طبقة أكسيد رقيقة على سطحه ، مما يساعد على حمايته من المزيد من التآكل. يمكن أن يتفاعل المنغنيز أيضًا مع الهالوجينات والكبريت والنيتروجين لتكوين مركبات مختلفة.
  • حالات الأكسدة: يمكن أن يظهر المنغنيز حالات أكسدة متعددة ، تتراوح من -3 إلى +7 ، مع حالات الأكسدة الأكثر شيوعًا هي +2 و +3 و +4 و +7. هذا يجعل المنجنيز متعدد الاستخدامات في تشكيل مجموعة واسعة من المركبات الكيميائية.
  • الخواص المغناطيسية: المنغنيز مغناطيسي ، بمعنى أنه ينجذب إلى مجال مغناطيسي ، لكن خواصه المغناطيسية ضعيفة نسبيًا مقارنة ببعض المعادن الانتقالية الأخرى مثل الحديد أو النيكل.
  • التكوين المعقد: يمكن أن يشكل المنغنيز أيونات معقدة ومركبات مع روابط أخرى بسبب قدرته على إظهار حالات أكسدة مختلفة وتكوين إلكترون.
  • التفاعل الكيميائي: يمكن أن يتفاعل المنغنيز مع الأحماض والقواعد لتكوين الأملاح. يمكن أن يخضع أيضًا لتفاعلات الأكسدة والاختزال ، حيث يمكن أن يكتسب أو يفقد الإلكترونات اعتمادًا على ظروف التفاعل.
  • الدور البيولوجي: المنغنيز عنصر أساسي ضروري للكائنات الحية للقيام بوظائف بيولوجية مختلفة ، بما في ذلك تنشيط الإنزيم ، والتمثيل الغذائي ، وتكوين العظام.

بشكل عام ، يُظهر المنغنيز مجموعة من الخصائص الفيزيائية والكيميائية التي تجعله ذا قيمة في العمليات والتطبيقات الصناعية المختلفة ، بما في ذلك إنتاج الصلب والبطاريات والأصباغ والأسمدة. إن تفاعله وحالات الأكسدة المتعددة والقدرة على تكوين معقدات تجعله عنصرًا متعدد الاستخدامات في العديد من التفاعلات والتقنيات الكيميائية.

التركيب الذري والتكوين الإلكتروني للمنغنيز

يتكون التركيب الذري للمنغنيز (Mn) من 25 بروتونًا (تحدد العدد الذري له) و 30 نيوترونًا في نواته ، ويحيط به 25 إلكترونًا في سحابة الإلكترون الخاصة به. التكوين الإلكتروني للمنغنيز هو 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 4s² 3d⁵.

هذا يعني أن المنغنيز له إلكترونان في مداره 1 ، وإلكترونان في مداره 2 ، وستة إلكترونات في مداره 2p ، وإلكترونان في مداره 3s ، وستة إلكترونات في مداره 3p ، وإلكترونان في مداره 4s ، وخمسة إلكترونات في مداره ثلاثي الأبعاد. يمكن اختصار التكوين الإلكتروني للمنغنيز كـ [Ar] 3d⁵ 3s² ، حيث يمثل [Ar] التكوين الإلكتروني للغاز النبيل الأرجون (الذي يسبق المنغنيز في الجدول الدوري) حتى المدار 4p.

يمنحه المدار ثلاثي الأبعاد المملوء جزئيًا في المنغنيز خصائصه المميزة ، مثل قدرته على إظهار حالات أكسدة متعددة وتكوين أيونات ومركبات معقدة. يساهم التكوين الإلكتروني للمنغنيز في تفاعله وخصائصه المغناطيسية وقدرته على تكوين مجموعة واسعة من المركبات الكيميائية ذات الروابط المختلفة.

التواجد الجيولوجي واستخراج المنجنيز

التواجد الجيولوجي للمنغنيز:

المنغنيز عنصر وفير نسبيًا في القشرة الأرضية ، ويحتل المرتبة 12 من حيث الوفرة ، بمتوسط ​​تركيز يبلغ حوالي 0.1٪. ينتشر على نطاق واسع في الطبيعة ويوجد في مختلف المعادن والصخور والتربة والرواسب.

التواجد الجيولوجي الأساسي للمنغنيز في رواسب رسوبية، والتي تمثل غالبية إنتاج المنغنيز. تتشكل هذه الرواسب من خلال ترسيب المنغنيز من مياه البحر أو المياه الجوفية في البيئات البحرية أو البحيرية على مدى ملايين السنين. مع تراكم الرواسب ودفنها ، يتم تحويل معادن المنغنيز إلى خامات المنغنيز من خلال العمليات الجيولوجية ، مثل التعرق والتحول.

توجد خامات المنغنيز عادة في صخور رسوبية، مثل الصخر الزيتي البحري ، والأحجار الطينية ، وصخور الكربونات ، وكذلك في العقيدات والقشور في قاع البحر. تم العثور على أكبر رواسب المنغنيز في حقل كالاهاري المنغنيز في جنوب إفريقيا ، ورواسب Groote Eylandt في أستراليا ، والعقيدات الغنية بالمنغنيز في قاع المحيط العميق.

استخراج المنجنيز:

يتطلب استخراج المنجنيز من خاماته عدة خطوات ، حسب نوع الرواسب ونوعية الخام. الطرق الرئيسية المستخدمة لاستخراج المنجنيز هي:

  1. التعدين في حفرة مكشوفة: في هذه الطريقة ، يتم استخراج خامات المنغنيز بالقرب من السطح عن طريق إزالة المواد العلوية واستخراج خام المنغنيز باستخدام الآلات الثقيلة ، مثل الجرافات والحفارات والشاحنات.
  2. التعدين تحت الأرض: عندما يتم دفن خامات المنغنيز بعمق تحت السطح ، يمكن استخدام طرق التعدين تحت الأرض. يتضمن ذلك حفر ممرات وأنفاق في رواسب الخام واستخراج الخام باستخدام معدات التعدين تحت الأرض.
  3. الإثراء: غالبًا ما ترتبط خامات المنغنيز بمعادن أخرى ، والإثراء هو عملية فصل خام المنغنيز عن الشوائب (المعادن غير المرغوب فيها). تشمل تقنيات الإثراء الشائعة فصل الجاذبية ، والفصل المغناطيسي ، وطفو الرغوة.
  4. الصهر: بعد التخصيب ، غالبًا ما يتم صهر خام المنغنيز لإنتاج المنغنيز الحديدي أو المنغنيز السيليكوني ، والتي تستخدم في إنتاج الفولاذ والسبائك الأخرى المحتوية على المنغنيز. يشمل الصهر تسخين الخام بعامل اختزال ، مثل فحم الكوك أو الكربون ، في فرن لإزالة الأكسجين وتقليل المنغنيز إلى شكله المعدني.
  5. عملية التحليل الكهربائي: هناك طريقة أخرى لاستخراج المنجنيز وهي من خلال التحليل الكهربائي ، حيث يتم إذابة ثاني أكسيد المنجنيز في حامض الكبريتيك لإنتاج كبريتات المنغنيز ، والتي يتم بعد ذلك تحليلها كهربائياً للحصول على معدن المنجنيز.

بشكل عام ، يتطلب استخراج المنجنيز من خاماته مزيجًا من التعدين ، والإثراء ، والعمليات المعدنية ، اعتمادًا على نوع الرواسب وجودة الخام.

مناجم خام المنغنيز

توجد خامات المنغنيز عادة في الطبيعة كمعادن تحتوي على المنغنيز بأشكال مختلفة. بعض المنغنيز الشائع معادن خام تتضمن:

  1. البيرولوزيت (MnO2): البيرولوزيت هو أكثر معادن المنغنيز شيوعًا وهو المعدن الخام الأساسي للمنغنيز. عادة ما يكون لونه أسود إلى رمادي غامق وله بريق معدني. غالبًا ما يوجد البيرولوزيت في الرواسب الرسوبية ، بما في ذلك العقيدات والقشور في قاع المحيط.
  2. Psilomelane (BaMn9O18 (OH) 4): Psilomelane عبارة عن مجموعة من معادن أكسيد المنغنيز ذات لون أسود إلى بني غامق. غالبًا ما يحدث على شكل مجاميع نباتية أو هوابط ويمكن العثور عليها في أنواع مختلفة من رواسب المنغنيز ، بما في ذلك الرواسب و الرواسب الحرارية المائية.
  3. Rhodochrosite (MnCO3): Rhodochrosite هو معدن كربونات المنغنيز يكون عادة من اللون الوردي إلى الأحمر ، على الرغم من أنه يمكن أن يكون بنيًا أو رماديًا أو أصفر. غالبًا ما توجد في الأوردة الحرارية المائية المرتبطة فضي وخامات الرصاص ، وكذلك في الرواسب الرسوبية.
  4. براونيت (Mn2 + Mn3 + 6 (SiO12)): براونيت هو معدن منغنيز سيليكات يكون عادةً من الأسود إلى البني الغامق. يوجد في الصخور المتحولة وغالبًا ما يرتبط بمعادن المنغنيز الأخرى ، مثل البيرولوزيت والرودوكروزيت.
  5. Hausmannite (Mn2 + Mn3 + 2O4): Hausmannite هو معدن من أكسيد المنغنيز يكون عادةً أسود أو بني-أسود اللون. يوجد في الأوردة الحرارية المائية وغالبًا ما يرتبط بمعادن المنغنيز الأخرى ، مثل البيرولوزيت والبسيلوميلان.
  6. المنجانيت (MnOOH) المنجانيت هو معدن هيدروكسيد المنغنيز الذي يكون لونه عادة أسود إلى بني غامق. غالبًا ما توجد في الأوردة الحرارية المائية ويمكن أن تحدث أيضًا على شكل تغيير منتج من معادن المنغنيز الأخرى.
  7. Cryptomelane (K (Mn4 + 7Mn3 +) O16): Cryptomelane هو معدن أكسيد منجنيز البوتاسيوم الذي يكون عادةً أسود اللون. غالبًا ما توجد في الرواسب الرسوبية ، بما في ذلك العقيدات والقشور في قاع المحيط.

هذه بعض من معادن خام المنغنيز الشائعة الموجودة في الطبيعة. يمكن أن تحتوي خامات المنغنيز أيضًا على معادن وعناصر أخرى ، اعتمادًا على الترسبات المحددة والظروف الجيولوجية.

استخدامات وتطبيقات المنجنيز

يحتوي المنغنيز على العديد من الاستخدامات والتطبيقات نظرًا لخصائصه المتنوعة. بعض الاستخدامات الرئيسية للمنجنيز هي:

  1. إنتاج الصلب: المنغنيز هو عنصر أساسي في إنتاج الفولاذ ، حيث يتم استخدامه كمزيل للأكسدة وعنصر صناعة السبائك. إنه يحسن قوة وصلابة وصلابة الفولاذ ، مما يجعله مثاليًا للاستخدام في مواد البناء ، وقطع غيار السيارات ، والآلات. يستخدم المنغنيز أيضًا في إنتاج الفولاذ المقاوم للصدأ ، والذي يستخدم على نطاق واسع في أدوات المطبخ وأدوات المائدة وغيرها من التطبيقات.
  2. البطاريات: يستخدم المنغنيز في إنتاج البطاريات ، خاصة في البطاريات القلوية وبطاريات الليثيوم أيون. في البطاريات القلوية ، يتم استخدام المنغنيز كمادة كاثودية ، بينما في بطاريات الليثيوم أيون ، يتم استخدامه كمكون في الكاثود ، والإلكتروليت ، والفاصل ، مما يساهم في أداء البطارية واستقرارها.
  3. المواد الكيميائية والأصباغ: يستخدم المنغنيز في إنتاج المواد الكيميائية والأصباغ المختلفة. على سبيل المثال ، يستخدم ثاني أكسيد المنغنيز (MnO2) كعامل مساعد في إنتاج حامض الكبريتيك والمواد الكيميائية الأخرى. تُستخدم مركبات المنغنيز أيضًا كأصباغ في السيراميك والدهانات والزجاج ، مما يوفر اللون والعتامة.
  4. معالجة المياه: يستخدم المنغنيز في عمليات معالجة المياه لإزالة الشوائب وتحسين جودة المياه. تُستخدم مركبات المنغنيز ، مثل المنغنيز الأخضر ، كوسائط ترشيح في أنظمة معالجة المياه لإزالة الحديد والمنغنيز والملوثات الأخرى من مياه الشرب ومياه الصرف.
  5. الزراعة والأعلاف الحيوانية: المنغنيز عنصر أساسي للنباتات والحيوانات ، ويستخدم كمغذٍ في الأسمدة الزراعية ومكملات الأعلاف الحيوانية لتعزيز النمو والتطور الصحي. يمكن أن يؤدي نقص المنغنيز في النباتات إلى انخفاض غلة المحاصيل وضعف صحة النبات.
  6. التطبيقات الطبية: يستخدم المنغنيز في بعض التطبيقات الطبية ، مثل إنتاج المكملات الغذائية والأدوية لعلاج نقص المنغنيز والحالات الصحية ذات الصلة ، مثل هشاشة العظام والصرع. تُستخدم عوامل التباين القائمة على المنغنيز أيضًا في فحوصات التصوير بالرنين المغناطيسي (MRI).
  7. التطبيقات المعدنية: يستخدم المنجنيز في العديد من التطبيقات المعدنية ، مثل إنتاج السبائك غير الحديدية ، بما في ذلك سبائك الألومنيوم ، copper السبائك وسبائك النيكل. يستخدم المنغنيز أيضًا كعامل اختزال في إنتاج المعادن الأخرى ، مثل التيتانيوم و اليورانيوم.

هذه بعض الاستخدامات والتطبيقات الرئيسية للمنغنيز. تجعل خصائص المنغنيز الفريدة عنصرًا متعدد الاستخدامات وهامًا في مختلف القطاعات الصناعية ، مما يساهم في مجموعة واسعة من التطبيقات في مختلف الصناعات.

الخصائص الكيميائية وتفاعلات المنغنيز

  1. حالات الأكسدة: يمكن أن يوجد المنغنيز في حالات أكسدة متعددة تتراوح من -3 إلى +7 ، مع حالات الأكسدة الأكثر شيوعًا هي +2 و +3 و +4 و +7. هذا التنوع في حالات الأكسدة يسمح للمنغنيز بالمشاركة في مجموعة واسعة من التفاعلات الكيميائية.
  2. التفاعلية: المنغنيز معدن متفاعل بشكل معتدل ، وتزداد فعاليته مع حالات الأكسدة العالية. يتفاعل بسهولة مع الأكسجين الموجود في الهواء لتكوين أكاسيد المنغنيز. يمكن أن يتفاعل المنغنيز أيضًا مع الهالوجينات والكبريت والنيتروجين وغير ذلك من المعادن لتشكيل مركبات مختلفة.
  3. التكوين المعقد: يمكن أن يشكل المنغنيز مركبات معقدة بسبب قدرته على تكوين روابط تنسيق مع الجزيئات الأخرى. تعتبر معقدات المنغنيز مهمة في مختلف العمليات الكيميائية والبيولوجية ، مثل التحفيز ونقل الإلكترون وتفاعلات الإنزيم.
  4. خصائص الحمض القاعدي: يمكن أن يعمل المنغنيز كحمض وقاعدة ، اعتمادًا على ظروف التفاعل. يمكن أن تشكل الأملاح مع كل من الأحماض والقواعد ، ويمكن أن تتفاعل أيضًا مع الماء لتكوين هيدروكسيد المنغنيز ، Mn (OH) 2.
  5. تفاعلات الأكسدة والاختزال: يُعرف المنغنيز بكيمياء الأكسدة والاختزال ، حيث يمكن أن يخضع بسهولة لتفاعلات الأكسدة والاختزال بسبب حالات الأكسدة المتعددة. يمكن أن تعمل مركبات المنغنيز كعوامل مؤكسدة وعوامل مخفضة في التفاعلات الكيميائية.

التفاعلات الكيميائية للمنغنيز:

  1. التفاعل مع الأكسجين: يتفاعل المنغنيز بسهولة مع الأكسجين الموجود في الهواء لتكوين أكاسيد المنغنيز ، مثل ثاني أكسيد المنغنيز (MnO2) وثالث أكسيد المنغنيز (Mn2O3). تستخدم هذه الأكاسيد بشكل شائع في العديد من التطبيقات الصناعية ، مثل إنتاج الصلب والبطاريات والعمليات الكيميائية.
  2. التفاعل مع الأحماض: يمكن أن يتفاعل المنغنيز مع الأحماض ، مثل حمض الهيدروكلوريك (HCl) أو حمض الكبريتيك (H2SO4) ، لتكوين أملاح المنغنيز ، مثل كلوريد المنغنيز (MnCl2) أو كبريتات المنغنيز (MnSO4).
  3. تفاعلات الأكسدة والاختزال: يمكن أن تخضع مركبات المنغنيز لتفاعلات الأكسدة والاختزال ، حيث يغير المنغنيز حالة الأكسدة. على سبيل المثال ، يمكن لثاني أكسيد المنغنيز (MnO2) أن يعمل كعامل مؤكسد ، مؤكسد للمواد الأخرى ، بينما يتم اختزاله إلى حالات أكسدة أقل ، مثل أكسيد المنغنيز (III) (Mn2O3) أو أكسيد المنغنيز (II) (MnO).
  4. التكوين المعقد: يمكن أن يشكل المنغنيز مركبات معقدة عن طريق تكوين روابط تنسيق مع جزيئات أو أيونات أخرى. يمكن أن يكون لهذه المجمعات ألوان مختلفة ، واستقرار ، وتفاعلية ، وتستخدم على نطاق واسع في التحفيز ، والعمليات البيولوجية ، والتطبيقات الأخرى.
  5. تفاعلات الترسيب: يمكن أن يشكل المنغنيز رواسب غير قابلة للذوبان مع أيونات معينة ، مثل أيونات الهيدروكسيد (OH-) أو أيونات الكبريتيد (S2-) ، مما يؤدي إلى تكوين هيدروكسيد المنغنيز (Mn (OH) 2) أو رواسب كبريتيد المنغنيز (MnS).
  6. تفاعلات الإزاحة: يمكن أن يخضع المنغنيز لتفاعلات الإزاحة ، حيث يزيح المعادن الأخرى الأقل تفاعلًا من مركباتها. على سبيل المثال ، يمكن للمنغنيز أن يحل محل النحاس من أملاح النحاس في المحلول من خلال تفاعل الأكسدة والاختزال ، مما يؤدي إلى تكوين أملاح المنغنيز وتقليل أيونات النحاس إلى النحاس المعدني.

هذه بعض الخصائص الكيميائية وتفاعلات المنغنيز. إن قدرة المنغنيز على الوجود في حالات أكسدة متعددة وتشكيل مركبات معقدة تجعله متعدد الاستخدامات في مختلف العمليات والتفاعلات الكيميائية.

ملخص النقاط الرئيسية

  • المنغنيز عنصر كيميائي برمز ذري Mn ورقم ذري 25.
  • إنه معدن انتقالي ينتمي إلى المجموعة 7 (VIIb) من الجدول الدوري.
  • المنغنيز له مظهر معدني فضي رمادي وهو صلب وهش في شكله النقي.
  • إنه عنصر وفير نسبيًا في قشرة الأرض ، ويتواجد بشكل طبيعي في العديد من المعادن والخامات.
  • عرف الإنسان المنغنيز ويستخدمه منذ آلاف السنين ، وله أهمية تاريخية وصناعية في إنتاج الفولاذ والبطاريات والتطبيقات الأخرى.
  • يحتوي المنغنيز على خصائص وخصائص متنوعة ، بما في ذلك خصائصه الفيزيائية (مثل نقطة الانصهار ، ونقطة الغليان ، والكثافة ، والبنية البلورية) ، والخصائص الكيميائية (مثل حالات الأكسدة ، والتفاعلية ، والتكوين المعقد ، وخصائص القاعدة الحمضية ، وتفاعلات الأكسدة والاختزال) ، وهيكلها الذري (تكوين الإلكترون وحالات الأكسدة).
  • يمكن استخراج المنغنيز من خاماته بطرق مختلفة ، بما في ذلك التعدين ، والتخصيب ، والصهر.
  • يحتوي المنغنيز على العديد من الاستخدامات والتطبيقات ، مثل إنتاج الصلب ، والبطاريات ، والإلكترونيات ، والمواد الكيميائية ، والسيراميك ، والزراعة.
  • يمكن أن يخضع المنغنيز لتفاعلات كيميائية مختلفة ، بما في ذلك التفاعلات مع الأكسجين والأحماض وتفاعلات الأكسدة والاختزال والتكوين المعقد وتفاعلات الترسيب وتفاعلات الإزاحة.
  • إن قدرتها على الوجود في حالات أكسدة متعددة وتشكيل مركبات معقدة تجعل المنغنيز متعدد الاستخدامات في العديد من العمليات والتفاعلات الكيميائية.

بشكل عام ، يعد المنغنيز عنصرًا مهمًا له خصائص متنوعة وأهمية تاريخية وتطبيقات صناعية ، ويلعب دورًا مهمًا في مختلف المجالات مثل علم المعادن وتخزين الطاقة والتصنيع الكيميائي.