- Manganèse
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Manganèse Chrome ← Manganèse → Fer —
25Mn ↑ Mn ↓ Tc Table complète • Table étendue Informations générales Nom, symbole, numéro Manganèse, Mn, 25 Série chimique métaux de transition Groupe, période, bloc 7, 4, d Masse volumique 7,21 à 7,44 g·cm-3 [1] Dureté 6 Couleur Blanc argenté No CAS No EINECS Propriétés atomiques Masse atomique 54,938045 ± 0,000005 u[1] Rayon atomique (calc) 140 pm (161 pm) Rayon de covalence 1,39 ± 0,05 Å (low spin)[2]
1,61 ± 0,08 Å (high spin)[2]Rayon de van der Waals 126 Configuration électronique [Ar] 3d5 4s2 Électrons par niveau d’énergie 2, 8, 13, 2 État(s) d’oxydation 7, 6, 4, 2, 3 Oxyde Acide fort Structure cristalline cubique A12 Propriétés physiques État ordinaire solide Point de fusion 1 246 °C [1] Point d’ébullition 2 061 °C [1] Énergie de fusion 12,05 kJ·mol-1 Énergie de vaporisation 226 kJ·mol-1 Volume molaire 7,35×10-6 m3·mol-1 Pression de vapeur 121 Pa à 1 243,85 °C Vitesse du son 5 150 m·s-1 à 20 °C Divers Électronégativité (Pauling) 1,55 Chaleur massique 480 J·kg-1·K-1 Conductivité électrique 0,695×106 S·m-1 Conductivité thermique 7,82 W·m-1·K-1 Énergies d’ionisation[1] 1re : 7,43402 eV 2e : 15,6400 eV 3e : 33,668 eV 4e : 51,2 eV 5e : 72,4 eV 6e : 95,6 eV 7e : 119,203 eV 8e : 194,5 eV 9e : 221,8 eV 10e : 248,3 eV 11e : 286,0 eV 12e : 314,4 eV 13e : 343,6 eV 14e : 403,0 eV 15e : 435,163 eV 16e : 1 134,7 eV 17e : 1 224 eV 18e : 1 317 eV 19e : 1 437 eV 20e : 1 539 eV 21e : 1 644 eV 22e : 1 788 eV 23e : 1 879,9 eV 24e : 8 140,6 eV 25e : 8 571,94 eV Isotopes les plus stables iso AN Période MD Ed PD MeV 52Mn {syn.} 5,591 j ε 4,712 52Cr 53Mn {syn.} 3,74×106 a ε 0,597 53Cr 54Mn {syn.} 312,10 j ε
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β-1,377
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0,69754Cr
—-—
54Fe55Mn 100 % stable avec 30 neutrons Précautions Directive 67/548/EEC[3] État pulvérulent : 
FPhrases R : 11, Phrases S : 7, 22, 24/25, 33, 43, 60, Transport[3] 40 3089 SIMDUT[4] 
SGH[5] État pulvérulent : 
DangerUnités du SI & CNTP, sauf indication contraire. Le manganèse est un élément chimique, de symbole Mn et de numéro atomique 25.
Le nom dérive de Magnesia, une partie de la province grecque de Thessalie, dont dérive également le mot grec pour aimant, magnes. Le mot manganèse est l'abréviation de manganesium, l'ancien nom pour l'élément. Ce nom découle des propriétés magnétiques de la pyrolusite, un minéral qui était déjà connu dans l'Antiquité.
Sommaire
Caractéristiques notables
Le manganèse est un métal de transition gris-blanc qui ressemble au fer. C'est un métal dur et fragile, il fond sans difficulté, mais il est facilement oxydé. Le manganèse n'est ferromagnétique qu'après un traitement spécifique. Le métal et ses ions les plus communs sont paramagnétiques.
Les états d'oxydation les plus communs sont +2, +3, +4, +6 et +7, bien que tous les états entre +1 et +7 soient observés. Le Mn2+ est souvent en compétition avec le Mg2+ dans les systèmes biologiques. Les composés de manganèse où celui-ci est en état +7 sont de puissants agents oxydants (par exemple le permanganate de potassium KMnO4, à la couleur violet sombre bien connue, ou l'heptoxyde de dimanganèse Mn2O7, aux propriétés oxydantes spectaculaires).
Histoire
Le manganèse est connu depuis la préhistoire. Des peintures de plus de 17 000 ans utilisent le dioxyde de manganèse comme pigment. Les Égyptiens et les Romains utilisaient des composés de manganèse dans la fabrication du verre, pour colorer ou décolorer celui-ci. On a trouvé du manganèse dans les minerais de fer utilisés par les Spartiates. Certaines personnes pensent que l'exceptionnelle dureté de l'acier spartiate provenait de la production accidentelle d'un alliage fer-manganèse.
Au XVIIe siècle, le chimiste allemand Johann Rudolf Glauber réussit à produire le permanganate. Dans la première moitié du XVIIIe, l'oxyde de manganèse était utilisé pour la fabrication du chlore.
Le chimiste suédois Carl Wilhelm Scheele fut le premier à reconnaître que le manganèse était un élément, et son collègue Johan Gottlieb Gahn, isola le manganèse pur par réduction du dioxyde de manganèse avec du carbone.
Vers le début du XIXe siècle, des scientifiques commencèrent à étudier l'utilisation du manganèse dans la fabrication de l'acier, et obtinrent des brevets. En 1816, on remarqua qu'ajouter du manganèse au fer le durcissait sans le rendre plus cassant.
L'Afrique du Sud possède environ 80 % des réserves mondiales estimées, et l'Ukraine 10 %[6].
Origine
Les minerais les plus abondants sont la pyrolusite MnO2, la psilomelane [(Ba,H2O)2Mn5O10] et la rhodochrosite (MnCO3).
Le manganèse apparaît également dans ce que l'on appelle des nodules polymétalliques sur le fond de l'océan. Ces nodules comprennent du fer, du nickel, du cobalt, du cuivre et du manganèse à raison de 1,5 à 50 %.
Utilisations
Manganèse, raffinés par électrolyse
Près de 90 % de la production de manganèse est utilisée pour la préparation d'alliages, principalement d'aciers, comme :
- Acier : rails et notamment aiguillages, outillage, roulements, coffres-forts, socs de charrue. L'acier au manganèse en contient jusqu'à 14 %. Il possède une résistance élevée contre la corrosion et est amagnétique. On utilise également ce type d'acier pour les barreaux et pour les portes de prisons : en le limant, on provoque un durcissement du métal.
- Aluminium : la manganèse augmente la résistance des alliages d'aluminium et les propriétés frottantes (tribologie) de l'alliage contre les aciers. Il est peu soluble dans l'aluminium.
- Piles électriques : On utilise du dioxyde de manganèse dans la pile de Leclanché dite pile saline. L'électrode centrale (positive) de cette pile est garnie de dioxyde de manganèse (MnO2) qui joue le rôle de dépolarisant.
- Engrais : Le manganèse est un oligo-élément très important pour beaucoup de plantes, en particulier dans la culture des légumes et des agrumes. Pour compenser un manque de manganèse, on ajoute aux engrais du sulfate de manganèse (MnSO4) ou de l'acétate de manganèse {Mn(CH3COO)2}.
- Biologie : il s'agit d'un oligo-élément indispensable à l'efficacité de la vitamine B1. Il intervient aussi dans certaines métalloprotéines telles que la superoxyde dismutase.
- Coloration du verre : par addition de dioxyde de manganèse (MnO2), on obtient une couleur violette, brune ou noire. La couleur dépend du mode de préparation et de la composition du verre. La teinte du verre est due à des ions métalliques et à des métaux à l’état colloïdal. La couleur violette spécifique de l'améthyste est également due à la présence de traces de composés de manganèse.
- Pigment noir : Une couleur brun foncé ou noire dans des céramiques (entre autres dans des pierres et dans des dalles) est due à l'addition de dioxyde de manganèse généralement en combinaison avec d'autres oxydes métalliques tels que ceux du fer et du chrome. Les briqueteries sont de grandes consommatrices de dioxyde de manganèse. On colore également certains types de briques avec du dioxyde de manganèse, ainsi que les tuiles pour leur rendre une couleur noire.
- Bronze : l'addition de manganèse - à raison de 5 à 15 % - augmente la résistance à la corrosion; par exemple pour des hélices, des gouvernails qui doivent résister à l'eau de mer.
Santé
Articles détaillés : Intoxication au manganèse et Manganèse (maladie professionnelle).Le manganèse est un oligo-élément nécessaire à l'homme pour survivre mais devient toxique lorsque la consommation est trop importante.
Les besoins journaliers pour un adulte sont de 2 à 3 mg. La limite de sécurité définie par l’Afssa est de 4,2 à 10 mg par jour. Un excès de manganèse se traduit par des troubles du système nerveux. D'après une étude canadienne, le manganèse contenu dans l'eau potable nuirait au développement intellectuel des enfants[7]. Chez les animaux d'élevage, la carence en manganèse conduit à des troubles de la reproduction dans les deux sexes, des malformations osseuses, des dépigmentations, de l'ataxie et des altérations du système nerveux central.
Le manganèse agit comme cofacteur de nombreuses enzymes (glycosyltransferase, pyruvate carboxylase, GTP oxaloacetate carboxylase, isocitrate deshydrogenase, malic deshydrogenase, arginine synthetase, glutamine synthetase) intervenant dans des processus métaboliques variés. Il est particulièrement présent dans le métabolisme des hydrates de carbone et la synthèse des mucopolysaccharides. C'est aussi un métal essentiel pour la synthèse d'enzymes (Mn-SOD) participant à la lutte contre le stress oxydant et qui préviennent des dommages causés par les radicaux libres.
Il participe aussi aux synthèses des vitamines E et B1 (thiamine).
De nombreux systèmes enzymatiques qui utilisent le magnésium peuvent fonctionner avec le manganèse, mais avec des caractéristiques enzymatiques (Km, Vmax) modifiées. Il peut parfois aussi remplacer le Zinc dans d'autres enzymes[8].
On le trouve principalement dans le quinoa, le seigle, le riz complet, le soja, l'avocat, les haricots verts, les épinards, les noix, l'huile d'olive, le jaune d'œuf, les huîtres, le thé et les herbes de Provence.
Écotoxicologie
Les effets écotoxiques du manganèse sont mal connus. Ils semblent très variable selon les espèces et peut-être certains co-facteurs.
Il se montre par exemple inhibiteur ou toxique à des doses infimes pour certaines levures. L'ajout d'un dose aussi faible que 2 ppb de ferrocyanure de manganèse à la mélasse de betterave (déchet ou sous-produit de l'industrie sucrière) utilisée comme substrat de fermentation acide (pour produire de l'acide citrique via sa décomposition par une levure ; Aspergillus niger (souche CNRC A-1-233) suffit à entraîner une chute de 10% du rendement en acide. Cet ajout produit aussi un changement dans la morphologie de la levure stressée (qui passe d'une forme en granule à une forme filamenteuse). Des ajouts encore plus faibles (0,4 à 2ppb) suffisent à produire l'agglomérations des levures (réaction de stress a priori), tandis que des ajouts plus importants (2 à 100 ppb) entrainent des baisses des rendements plus élevées.
Le rendement obtenu à 100 ppb chute à 25% de celui obtenue à 1 ppb ou moins. En laboratoire, aucun des autres métaux testés (Al3 +, Ca2 +, Co2 +, Cu2 +, Fe2 +, Mg2 +, Ni2 +, Zn2 +) n'a cet effet, ni n'a même visiblement changé la morphologie de la levure. Et seuls Al3 +, Fe2 + et Zn2 +, mais à des concentrations relativement plus élevé (5-25ppm), ont produit une réduction de la production d'acide. En outre, l'effet néfaste du manganèse sur la croissance et la production d'acide n'a pas été affectée par l'addition de ces autres métaux[9].Précautions
L'inhalation d'aérosols de dioxyde de manganèse est dangereuse[10].
Annexes
Notes et références
- (en) David R. Lide, CRC Handbook of Chemistry and Physics, CRC Press Inc, 2009, 90e éd., Relié, 2804 p. (ISBN 978-1-420-09084-0)
- (en) Beatriz Cordero, Verónica Gómez, Ana E. Platero-Prats, Marc Revés, Jorge Echeverría, Eduard Cremades, Flavia Barragán et Santiago Alvarez, « Covalent radii revisited », dans Dalton Transactions, 2008, p. 2832 - 2838 [lien DOI]
- Entrée de « Manganese, Powder » dans la base de données de produits chimiques GESTIS de la IFA (organisme allemand responsable de la sécurité et de la santé au travail) (allemand, anglais), accès le 11 février 2010 (JavaScript nécessaire)
- « Maganèse élémentaire » dans la base de données de produits chimiques Reptox de la CSST (organisme québécois responsable de la sécurité et de la santé au travail), consulté le 25 avril 2009
- SIGMA-ALDRICH
- (en) USGS Minerals – Manganese
- Le manganèse dans l'eau potable nuirait au développement intellectuel des enfants, le 23 février 2011 sur Futura-sciences
- (en)Nutrients requirement of beef cattle National research Coucil (U.S.), National Academy Press (1984)
- D. S. Clark, K. Ito, H. Horitsu ; Effect of manganese and other heavy metals on submerged citric acid fermentation of molasses ; Biotechnology and Bioengineering Volume 8, Issue 4, pages 465–471, November 1966 (En ligne online: 2004/02/18) DOI: 10.1002/bit.260080402 (résumé)
- Voir la fiche toxicologique fiche toxicologique Dioxyde de Manganèse sur le site de l'INRS
s1 s2 g f1 f2 f3 f4 f5 f6 f7 f8 f9 f10 f11 f12 f13 f14 d1 d2 d3 d4 d5 d6 d7 d8 d9 d10 p1 p2 p3 p4 p5 p6 1 H He 2 Li Be B C N O F Ne 3 Na Mg Al Si P S Cl Ar 4 K Ca Sc Ti V Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn Ga Ge As Se Br Kr 5 Rb Sr Y Zr Nb Mo Tc Ru Rh Pd Ag Cd In Sn Sb Te I Xe 6 Cs Ba La Ce Pr Nd Pm Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu Hf Ta W Re Os Ir Pt Au Hg Tl Pb Bi Po At Rn 7 Fr Ra Ac Th Pa U Np Pu Am Cm Bk Cf Es Fm Md No Lr Rf Db Sg Bh Hs Mt Ds Rg Cn Uut Uuq Uup Uuh Uus Uuo 8 Uue Ubn * Ute Uqn Uqu Uqb Uqt Uqq Uqp Uqh Uqs Uqo Uqe Upn Upu Upb Upt Upq Upp Uph Ups Upo Upe Uhn Uhu Uhb Uht Uhq Uhp Uhh Uhs Uho ↓ g1 g2 g3 g4 g5 g6 g7 g8 g9 g10 g11 g12 g13 g14 g15 g16 g17 g18 * Ubu Ubb Ubt Ubq Ubp Ubh Ubs Ubo Ube Utn Utu Utb Utt Utq Utp Uth Uts Uto Métalloïdes Non-métaux Halogènes Gaz rares Métaux alcalins Métaux alcalino-terreux Métaux de transition Métaux pauvres Lanthanides Actinides Superactinides Éléments non classés Catégories :- Produit chimique facilement inflammable
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