Manganeso
Principales características
El manganeso es un metal de transición blanco grisáceo, parecido al hierro. Es un metal duro y muy frágil, refractario y fácilmente oxidable. El manganeso metal puede ser ferromagnético, pero sólo después de sufrir un tratamiento especial. Manganeso puro Sus estados de oxidación más comunes son 2+, 3+, 4+, 6+ y 7+, aunque se han encontrado compuestos con todos los números de oxidación desde 1+ a 7+; los compuestos en los que el manganeso presenta estado de oxidación 7+ son agentes oxidantes muy enérgicos.
Está entre los elementos más abundantes de la naturaleza (950ppm en la corteza terrestre), se encuentra en varios minerales, entre ellos los más comunes son el dióxido (MnO 2) llamado pirolusita y el sulfuro (MnS). El metal puro se obtiene mediante aluminotermia o en un alto horno. Dentro de los sistemas biológicos, el catión Mn 2+ compite frecuentemente con el Mg2+. Se emplea sobre todo aleado con hierro en aceros y en otras aleaciones.
Propiedades físico-químicas
El manganeso puro es un elemento metálico duro, quebradizo, plateado que se encuentra en tres formas polimorfas (alfa, beta y gamma) y tiene una estructura cristalina compleja. Es similar al hierro debido a la moderación de sus reacciones y a su disolución en ácidos diluidos no oxidantes. El Mn junto con el Fe es probablemente uno de los metales más importantes en la dinámica de aguas naturales. Expuesto al aire, el manganeso forma una capa de óxido extremadamente estable que no se reduce fácilmente. El manganeso puro es ferromagnético tras un tratamiento.
Aplicaciones
La composición química del mineral de manganeso determina sus diferentes usos industriales. El manganeso constituye uno de los minerales estratégicos más necesarios, empleado en la industria siderúrgica, en la fabricación de baterías secas, y en usos químicos, en la producción de acero, aleaciones ferro- manganeso y como agente purificador, pues su gran avidez por el oxígeno y por el azufre, se aprovecha para librar al mineral de hierro de esas impurezas, decolorante del vidrio, obtención de sales de manganeso, entre otras. Entre las aleaciones no ferrosas de manganeso se encuentran el bronce de manganeso (compuesto de manganeso, cobre, estaño y zinc), resistente a la corrosión del agua de mar y que se utiliza en la fabricación de hélices de barcos y torpedos, y la manganina (compuesta de manganeso, cobre y níquel), usada en forma de cables para mediciones eléctricas de alta precisión, dado que su conductividad eléctrica apenas varía con la temperatura. El dióxido de manganeso (MnO 2) se da en la naturaleza en forma de pirolusita, y puede obtenerse artificialmente calentando nitrato de manganeso. Se utiliza en pinturas y barnices, para pintar cristales y cerámica, en la obtención de cloro y yodo y como despolarizador en baterías de pilas secas. El sulfato de manganeso (II) (MnSO4), un sólido cristalino de color rosa, se prepara por la acción de ácido sulfúrico sobre dióxido de manganeso, y se utiliza en tintes para el algodón. El permanganato de sodio y el de potasio (NaMnO 4 y KMnO4) son cristales de color púrpura oscuro, formados por la oxidación de sales ácidas de manganeso, y se emplean como oxidantes y desinfectantes.
Abundancia y obtención
El Manganeso proviene de la Pirolusita, que proviene del griego piros, fuego y lisis, descomposición. El manganeso puro se obtiene por la combustión de la pirolusita (dióxido de manganeso) con polvo de aluminio, o por la electrólisis del sulfato de manganeso. Este metal no se da en la naturaleza en estado puro, excepto en los meteoritos, pero se encuentra ampliamente distribuido en todo el mundo en forma de menas. Como la rodocrosita, la franklinita, la psilomelana y la manganita. Ocupa el lugar 12 en abundancia entre los elementos de la corteza terrestre. Debido a su gran afinidad por el oxígeno generalmente se presenta en forma de óxidos y también en la de silicatos y carbonatos.
La mena de este mineral mayormente utilizada en la industria es la Pirolusita (MnO2), de un 63% de manganeso, pero se usan otras como la braunita (MnS12O3) de 69%, la rodonita (MnSiO 3), rodocrosita (MnCO 3), hübnerita (MnWO4) etc. También se ha encontrado en nódulos marinos, en donde el contenido en manganeso oscila entre un 15 y un 30%, y en donde sería posible extraerlo. Entre los países productores de manganeso figuran Ucrania, Georgia, Sudáfrica, Brasil, Bolivia, China y México.
Papel biológico
El manganeso es un oligoelemento, es decir, un elemento químico esencial para todas las formas de vida. Se ha comprobado que el manganeso tiene un papel tanto estructural como enzimático. Está presente en distintas enzimas, destacando el superóxido dismutasa de manganeso (Mn-SOD), que cataliza la dismutación de superóxidos, O2-; la Mn-catalasa, que cataliza la dismutación de peróxido de hidrógeno, H 2O2; así como en la concavanila A (de la familia de la lectina), en donde el manganeso tiene un papel estructural. El cuerpo humano logra absorber el manganeso en el intestino delgado, acabando la mayor parte en el hígado, de donde se reparte a diferentes partes del organismo. Alrededor de 10 mg de manganeso son almacenados principalmente en el hígado y los riñones. En el cerebro humano el manganeso es unido a metal proteínas de manganeso, siendo la más relevante la glutamina sintetasa en los astrocitos. El Manganeso es también importante en fotosíntesis oxigénica en las plantas. El complejo oxigénico es parte del fotosistema II contenido en las membranas del cloroplasto; es responsable de la fotoxidación final del agua durante la fase luminosa de la fotosíntesis y tiene una metal enzima con cuatro átomos de manganeso. Por esta razón, la mayoría de los fertilizantes contienen manganeso.
Precauciones
El manganeso es un elemento esencial, siendo necesario un aporte de entre 1 a 5 mg por día, cantidad que se consigue a través de los alimentos. El manganeso en exceso es tóxico. Exposiciones prolongadas a compuestos de manganeso, de forma inhalada u oral, pueden provocar efectos adversos en el sistema nervioso, respiratorio, y otros.
El permanganato de potasio, KMnO 4, es corrosivo.
Efectos ambientales del manganeso
Los compuestos del manganeso existen de forma natural en el ambiente como sólidos en suelos y pequeñas partículas en el agua. Las partículas de manganeso en el aire están presente en las partículas de polvo. Estas usualmente se depositan en la tierra en unos pocos días. Los humanos aumentan las concentraciones de Manganeso en el aire por las actividades industriales y a través de la quema de productos fósiles. El Manganeso que deriva de las fuentes humanas puede también entrar en la superficie del agua, aguas subterráneas y aguas residuales. A través de la aplicación del Manganeso como pesticida el Manganeso entrará en el suelo. Para los animales el Manganeso es un componente esencial sobre unas 36 enzimas que son usadas para el metabolismo de carbohidratos, proteínas y grasas. Con animales que comen muy poco manganeso interfiere en el crecimiento normal, la formación de huesos y en la reproducción. Para algunos animales la dosis letal es bastante baja, lo cual significa que tienen pocas posibilidades de supervivencia incluso a pequeñas dosis de manganeso cuando este excede la dosis esencial. El Manganeso puede causar disturbancias en los pulmones, hígado y vasculares, decremento de la presión sanguínea, fallos en el desarrollo de fetos de animales y daños cerebrales. Cuando el Manganeso es tomado a través de la piel este puede causar temblores y fallos en la coordinación. Finalmente, las pruebas de laboratorio con animales han mostrado que diversos envenenamientos con Manganeso deberían incluso ser capaces de causar el desarrollo de tumores en animales. En plantas los iones del Manganeso son transportados hacia las hojas después de ser tomados en el suelo. Cuando muy poco manganeso puede ser absorbido desde el suelo esto causa disturbaciones en los mecanismos de las plantas. Por ejemplo disturbaciones en la división del agua en hidrógeno y oxígeno, en lo cual el Manganeso juega un papel importante. El Manganeso puede causar síntomas de toxicidad y deficiencia en plantas. Cuando el pH del suelo es bajo las deficiencias de Manganeso son más comunes. Concentraciones altamente tóxicas de Manganeso en suelo pueden causar inflamación de la pared celular, abrasamiento de las hojas y puntos marrones en
las hojas. La deficiencia puede también causar estos efectos entre concentraciones tóxicas y concentraciones que causan deficiencias una pequeña área de concentraciones donde el crecimiento de la planta es óptimo puede ser detectado.
Reconocimiento del manganeso Objetivo Obtener la separación e identificar cada uno de los cationes del tercer grupo: Mn2+, Fe2+, Ni2+, Ca2+, Al3+, Cr3+ y Zn2+
Fundamento teórico Los cationes de este grupo no son precipitados por los reactivos de grupo correspondientes a los grupos I y II pero son precipitados, en solución alcalinizada con hidróxido de amonio, en presencia de cloruro de amonio por sulfuro de amonio. Estos cationes con excepción del aluminio y cromo que son precipitados como hidróxidos debido a la hidrólisis total de sus sulfuros en solución acuosa, precipitan como sulfuros. El hierro, aluminio y cromo son precipitados como hidróxidos por la solución de hidróxido de amonio en presencia de cloruro de amonio, mientras que los otros metales del grupo permanecen en solución y pueden ser precipitados después por el sulfuro de amonio. Por eso es común subdividir este grupo en el grupo del hierro (hierro, aluminio y cromo) o grupo IIIA y en el grupo de Zinc (níquel, cobalto, manganeso y zinc) o grupo IIIB.
Materiales
Un reactivo que contiene a los cloruros de los metales del grupo III 8 tubos de ensayo Una bagueta Un papel de filtro Un vaso de vidrio Un embudo de vidrio Papel tornasol
Reactivos: NH4, 5N NH4OH, 15N Na2S HNO3, 6N (NH4)CH3COO HCL, 12N Dimetil glioxima HCl, 12N K4Fe (CH) 6 CHCH3COOH, 17N BaCl2
Identificación del manganeso El manganeso es un metal grisáceo de apariencia similar al hierro fundido. Reacciona con el agua caliente dando hidróxido de manganoso e hidrógeno. Los ácidos minerales diluidos y también el ácido acético lo disuelven produciendo sales de manganeso e hidrógeno. Con ácido sulfúrico concentrado caliente se desprende dióxido de azufre. Se conocen 6 óxidos de manganeso: MnO, Mn 2O3, Mn3O4, MnO2, MnO3 y MnO7. Todos los óxidos se disuelven en ácido clorhídrico caliente y en ácido sulfúrico concentrado, en caliente formando sales manganosas, los óxidos superiores se reducen con desprendimiento de cloro y oxígeno, según el caso Mn + 2HCl MnCl2 + Mn MnO2 + 4HCl MnCl2 + Cl2 + 2H2O Mn2O2 + 8HCl 3MnCl2 + Cl2 + 4H2O 2MnO3 + 4H2SO4 4MnSO4 + O2 + 4H2O 2Mn3O4 + 6H2SO4 6MnSO4 + O2 + 4H2O 2MnO2 + 2H2SO4 2MnSO4 + O2 + 2H2O
Reconocimiento de Mn+2 El Manganeso se reconoce fácilmente si se oxida al su estado +7 para formar el ión permanganato (MnO4-) de color morado intenso. Esta oxidación se lleva a cabo con bismutato de sodio, el cual es un poderoso agente oxidante en medio ácido:
El ión cloruro interfiere en esta reacción de reconocimiento ya que consume el permanganato producido mediante una reacción redox:
El efecto observado es la aparición y la desaparición del color característico del permanganato.
2. TÉCNICA DE ANÁLISIS El manganeso puede estar en una forma soluble en agua neutra al principio de tomar la muestra, pero se oxida un grado de oxidación más alto y precipita o llega a ser adsorbido por las paredes del recipiente. Determínese el manganeso enseguida de tomar la muestra. Cuando sea inevitable un cierto retraso se puede determinar el manganeso total si se acidula la muestra en el momento de su toma empleando HNO3 hasta pH<2. Entre los diversos métodos colorimétricos, el método de persulfato es el preferido, debido a que el empleo del ion mercurio puede controlar la interferencia de una concentración limitada de ión cloruro. La técnica del persulfato, si bien rápida, presenta el inconveniente de que las disoluciones de MnO 4- obtenidas tienen poca estabilidad, y de que se pueden producir burbujas de gas (oxígeno) en las propias cubetas de medida, que interferirían la colorimetría. Por ello, se ha preferido incluir aquí la técnica del peryodato, más laboriosa, pero no afectada de los anteriores inconvenientes reseñados para la técnica del persulfato. Además, la técnica del peryodato permite su aplicación incluso, en aguas con apreciables cantidades de materias orgánicas.
2.1.MÉTODO COLORIMÉTRICO: PERSULFATO AMONICO a) Principio: La oxidación con persulfato de los compuestos manganosos solubles para formar permanganato se realiza en presencia de nitrato de plata. El
color resultante es estable durante 24 horas al menos, si existe un exceso de persulfato y si no hay materia orgánica. b) Interferencia: La interferencia de hasta 0,1 g de cloruro (Cl -) en una muestra de 50 mL puede evitarse añadiendo 1 g de sulfato mercúrico (HgSO 4) para formar complejos ligeramente disociados. Aún interferirán el bromuro y el yoduro y sólo pueden estar presentes en cantidades traza. El procedimiento del persulfato puede ser empleado para agua potable con cantidades traza a pequeñas de materia orgánica si se aumenta el período de calentamiento después de añadir más persulfato. Para las aguas residuales que contienen materia orgánica, utilícese una digestión preliminar con ácidos nítrico y sulfúrico (HNO 3 y H2SO4). Si existen grandes cantidades de Cl -, la ebullición con HNO 3 facilita su eliminación. Las trazas de Cl - se eliminan con HgSO 4 en el reactivo especial. Las soluciones coloreadas de otros iones inorgánicos se compensan en la etapa colorimétrica final. Las muestras que han sido expuestas al aire pueden dar resultados bajos debido a la precipitación de dióxido de manganeso (MnO 2). Añádase a la muestra una gota de peróxido de hidrógeno (H 2O2) al 30 por 100, después de añadir el reactivo especial, para redisolver el manganeso precipitado. c) Concentración mínima detectable: La capacidad de absorción molar del ion permanganato es aproximadamente 2300 l g-1 cm-1. Esto corresponde a una concentración mínima detectable (98 por 100 de transmitancia) de 210 mg Mn/l cuando se utiliza una célula de 1 cm, o de 42 mg Mn/l cuando se utiliza una célula de 5 cm.
BIBLIOGRAFIA:
http://www.xtec.cat/~gjimene2/llicencia/students/bscw.gmd.de_bscw_bscw.c gi_d32876857-1___Mn_analisis.html http://www.lenntech.es/periodica/elementos/mn.htm
