O manganês tira seu nome da magnésia negra, um minério de óxido de manganês conhecido desde a Antiguidade por sua capacidade de descolorir o vidro ou lhe dar uma tonalidade violeta. Em 1774, o químico sueco Johan Gottlieb Gahn (1745-1818) isolou pela primeira vez o manganês metálico reduzindo o dióxido de manganês com carbono. Esta descoberta seguiu os trabalhos de Carl Wilhelm Scheele (1742-1786), que havia demonstrado alguns anos antes que a pirolusita continha um novo elemento. Scheele havia identificado este elemento em 1774, mas foi Gahn quem conseguiu isolá-lo em forma metálica no mesmo ano. O nome "manganês" vem do latim magnes, em referência às propriedades magnéticas de alguns de seus compostos, embora o metal puro não seja magnético.
O manganês (símbolo Mn, número atômico 25) é um metal de transição do grupo 7 da tabela periódica. Seu átomo possui 25 prótons, geralmente 30 nêutrons (para o isótopo estável \(\,^{55}\mathrm{Mn}\)) e 25 elétrons com a configuração eletrônica [Ar] 3d⁵ 4s².
À temperatura ambiente, o manganês é um metal sólido cinza-prateado, relativamente duro e quebradiço (densidade ≈ 7,21 g/cm³). Ele existe em várias formas alotrópicas, sendo a forma alfa a mais estável à temperatura ambiente. O manganês oxida lentamente no ar e dissolve-se facilmente em ácidos diluídos. Ponto de fusão do manganês (estado líquido): 1.519 K (1.246 °C). Ponto de ebulição do manganês (estado gasoso): 2.334 K (2.061 °C).
| Isótopo / Notação | Prótons (Z) | Nêutrons (N) | Massa atômica (u) | Abundância natural | Meia-vida / Estabilidade | Decaimento / Observações |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Manganês-55 — \(\,^{55}\mathrm{Mn}\,\) | 25 | 30 | 54.938044 u | 100 % | Estável | Único isótopo estável do manganês, presente em toda a natureza. |
| Manganês-53 — \(\,^{53}\mathrm{Mn}\,\) | 25 | 28 | 52.941290 u | Traço cosmogênico | ≈ 3,7 milhões de anos | Radioativo, captura eletrônica para \(\,^{53}\mathrm{Cr}\). Usado para datar nódulos de manganês oceânicos. |
| Manganês-54 — \(\,^{54}\mathrm{Mn}\,\) | 25 | 29 | 53.940359 u | Artificial | ≈ 312,2 dias | Radioativo, captura eletrônica para \(\,^{54}\mathrm{Cr}\). Produzido em reatores nucleares, usado como traçador. |
| Manganês-52 — \(\,^{52}\mathrm{Mn}\,\) | 25 | 27 | 51.945565 u | Artificial | ≈ 5,6 dias | Radioativo, emissor de pósitrons. Usado em imagens médicas PET. |
| Manganês-56 — \(\,^{56}\mathrm{Mn}\,\) | 25 | 31 | 55.938905 u | Artificial | ≈ 2,6 horas | Radioativo, decaimento beta menos para \(\,^{56}\mathrm{Fe}\). Produzido por ativação neutrônica. |
N.B.:
As camadas eletrônicas: Como os elétrons se organizam ao redor do núcleo.
O manganês possui 25 elétrons distribuídos em quatro camadas eletrônicas. Sua configuração eletrônica completa é: 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 3d⁵ 4s², ou de maneira simplificada: [Ar] 3d⁵ 4s². Esta configuração também pode ser escrita como: K(2) L(8) M(13) N(2).
Camada K (n=1): contém 2 elétrons na subcamada 1s. Esta camada interna está completa e é muito estável.
Camada L (n=2): contém 8 elétrons distribuídos em 2s² 2p⁶. Esta camada também está completa, formando uma configuração de gás nobre (neônio).
Camada M (n=3): contém 13 elétrons distribuídos em 3s² 3p⁶ 3d⁵. Os orbitais 3s e 3p estão completos, enquanto os orbitais 3d estão semi-preenchidos com 5 elétrons, uma configuração particularmente estável.
Camada N (n=4): contém 2 elétrons na subcamada 4s. Estes elétrons são os primeiros a serem envolvidos nas ligações químicas.
Os 7 elétrons das camadas externas (3d⁵ 4s²) constituem os elétrons de valência do manganês. Esta configuração explica suas variadas propriedades químicas:
O manganês pode adotar muitos estados de oxidação, de +2 a +7, tornando-o um dos elementos mais versáteis.
O estado de oxidação +2 (Mn²⁺) é o mais comum e estável em solução aquosa.
O estado +4 está presente no dióxido de manganês (MnO₂), um composto muito importante industrialmente.
O estado +7 existe no permanganato (MnO₄⁻), um potente agente oxidante de cor violeta intensa.
A configuração 3d⁵ semi-preenchida confere uma estabilidade particular ao íon Mn²⁺. Esta estrutura eletrônica também explica por que o manganês forma compostos com cores variadas dependendo de seu grau de oxidação: rosa claro para Mn²⁺, marrom escuro para MnO₂, verde para Mn⁶⁺, violeta para MnO₄⁻.
O manganês é um metal moderadamente reativo. Oxida-se lentamente no ar úmido e mais rapidamente em alta temperatura, formando vários óxidos. Reage com água quente para liberar hidrogênio e dissolve-se facilmente em ácidos diluídos, produzindo di-hidrogênio. O manganês pode reagir com halogênios, enxofre, nitrogênio e carbono em alta temperatura. Seus compostos apresentam uma grande variedade de estados de oxidação, de +2 a +7, tornando-o um elemento quimicamente muito versátil. O dióxido de manganês (MnO₂) atua como catalisador em muitas reações, incluindo a decomposição do peróxido de hidrogênio. O permanganato de potássio (KMnO₄) é um oxidante poderoso amplamente utilizado em química analítica e no tratamento de água.
O manganês é um oligoelemento essencial para todos os organismos vivos. Desempenha um papel crucial como cofator enzimático em muitas reações bioquímicas. Nas plantas, o manganês é indispensável para a fotossíntese, participando diretamente na fotólise da água no fotossistema II. Em animais e humanos, é necessário para o metabolismo de carboidratos, aminoácidos e colesterol. O manganês ativa várias enzimas importantes, incluindo a superóxido dismutase mitocondrial (SOD2), que protege as células contra danos oxidativos. Também participa na formação óssea, coagulação sanguínea e funcionamento do sistema nervoso. Uma deficiência de manganês pode levar a distúrbios de crescimento, anomalias ósseas e problemas reprodutivos, embora essas deficiências sejam raras em humanos.
O manganês é produzido principalmente durante a nucleossíntese explosiva que ocorre durante supernovas do tipo Ia e supernovas de colapso de núcleo. Ele se forma por captura de nêutrons e reações nucleares envolvendo ferro e cromo nas camadas externas da estrela em explosão. O isótopo radioativo \(\,^{53}\mathrm{Mn}\) (meia-vida de 3,7 milhões de anos) é particularmente interessante porque permite estudar os processos de enriquecimento químico do sistema solar primitivo. Sua presença em meteoritos antigos fornece informações sobre o momento da formação dos primeiros corpos sólidos do sistema solar.
As linhas espectrais do manganês (Mn I, Mn II) são usadas em espectroscopia estelar para determinar a composição química das estrelas e traçar a evolução química das galáxias. A relação manganês/ferro em estrelas antigas ajuda os astrônomos a entender as contribuições relativas dos diferentes tipos de supernovas para o enriquecimento químico do Universo. Nódulos de manganês descobertos no fundo dos oceanos terrestres também contêm \(\,^{53}\mathrm{Mn}\) cosmogênico, permitindo datá-los e estudar processos geológicos em longas escalas de tempo.
N.B.:
O manganês é o décimo segundo elemento mais abundante na crosta terrestre (cerca de 0,1% em massa). Ele é encontrado principalmente em minérios como pirolusita (MnO₂), rodocrosita (MnCO₃) e braunita (Mn₂O₃). As maiores jazidas estão localizadas na África do Sul, Austrália, China e Gabão. Nódulos polimetálicos do fundo oceânico também contêm quantidades significativas de manganês e representam um recurso potencial para o futuro. A extração e processamento do manganês são relativamente simples em comparação com outros metais, o que explica seu uso massivo na indústria siderúrgica global.
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