マンガン

マンガン

マンガン（元素記号: Mn、原子番号: 25）は、銀白色の遷移金属であり、地球上では豊富に存在する元素の一つです。その名称は、ギリシャのマグネシア地方で発見された「磁石」に由来するラテン語の「magnes」に由来しています。日本では「満俺」とも表記されます。

性質

マンガンは、比重が7.2で常温常圧下では立方晶系の構造を持ち、硬く脆い性質を示します。空気中にさらされることで酸化被膜が形成され、赤みがかった灰白色に変わります。また、希酸に対しては良く溶け、淡桃色のMn2+イオンを生成します。この元素は特に反応性が高く、粉末状では酸素水分と容易に反応します。マンガンは2から7の原子価を持ち、二酸化マンガンを触媒とする過酸化水素の分解反応は特に知られています。

単体のマンガンは常磁性ですが、ホイスラー合金などの合金は強磁性を示し、さらにマンガンを含む化合物はさまざまな磁気的特性を持ちます。

歴史

マンガンは、スウェーデンの化学者カール・ヴィルヘルム・シェーレによって1774年に発見され、同じ年にヨハン・ゴットリーブ・ガーンによって単体として単離されました。

用途

マンガンは、特に二酸化マンガンが多くの乾電池の正極として使用されており、リチウム電池やアルカリ電池にも使われます。また、マンガンを含む金属酸化物はインダクタやトランスのコア材料として重要です。マンガン単体での利用は少なく、主に合金として鉄鋼業において使用され、耐磨耗性や耐食性を強化します。さらに、生物にとっては必要な元素であり、硫酸マンガン等は肥料として利用されることもあります。

産出

マンガンは単体としてではなく、軟マンガン鉱や菱マンガン鉱の形で見られます。日本では戦前から製鉄用に採掘されていましたが、第二次世界大戦中には乾電池用の鉱山が多数開発され、京都府中部を中心に小規模な鉱山が集中していました。しかし、1970年代にはすべての鉱山が閉山し、現在では岩手県の野田玉川鉱山などに限られています。日本は他国からの輸入に依存しており、国際情勢の変化に対抗するために備蓄体制が講じられています。

結晶構造

マンガンには温度によって四つの異なる結晶構造が存在します。これには、αマンガン（742°C以下で安定）、βマンガン（742°C–1095°C）、γマンガン（1095°C–1134°C）、δマンガン（1134°C–1245°Cで融点）があります。

人体への影響

マンガンは生理的に必須な元素で、骨の形成や新陳代謝に寄与しています。不足すると成長異常や糖尿病、骨の異常などの健康問題が発生する可能性があります。天然水や生活環境中に一般的に存在しているため、日常生活での不足はほとんどないとされています。

中毒と酸素欠乏

過剰なマンガンへの暴露は中毒を引き起こし、頭痛や関節痛、情動不安定などの症状が現れます。長期間の曝露はパーキンソン症候群のリスクを高めるとされています。また、マンガンは強い酸素吸着作用を持ち、それが原因で酸素不足が発生することもあります。特に未酸化の地層においては、注意が必要です。

まとめ

マンガンは多様な用途を持つ金属であり、環境や生物にとって重要な役割を果たしています。様々な化学的特性を持つことから、工業や生物学的な分野での研究が進んでおり、その特性についての理解が深まることでさらなる応用が期待されています。

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