Els empèdocles moderns – Carl Wilhelm Scheele (1774) i l’element 25 (Mn) – manganès (nilbipenti, Nbp)

I like smoke and lightning/Heavy metal thunder/Racin’ with the wind/And the feelin’ that I’m under.”. Això cantaven Steppenwolf a “Born to Be Wild”, el tercer single del seu àlbum de debut, publicat el gener del 1968. L’expressió la manllevaria Barry Gifford, que en un article a Rolling Stone, de l’11 de maig d’aquell any, escrivia “Nobody who’s been listening to Mike Bloomfield—either talking or playing—in the last few years could have expected this. This is the new soul music, the synthesis of white blues and heavy metal rock”. L’expressió “heavy metal”, en les quatre dècades següents, ha patit desplaçament semàntics, divisions, autoidentificacions discutibles i autodesidentificacions negligides. Ja és normal, però, que músics, promotors i crítics juguin amb els mots, els sacralitzin una vegada i els banalitzin l’altra. L’expressió “heavy metal”, en darrer terme, fou presa de la química. La forma anglesa deriva de l’alemanya, “Schwermetalle”, que remunta en darrer terme a un dels primers intents de classificació dels elements químics, el que va fer Leopold Gmelin (1788-1853) en el 1817. Gmelin dividia els elements en “no-metalls” (o “metal•loids”), “metalls lleugers” (amb densitats de 860-5000 kg•m-3, és a dir, inferiors a la mitjana de densitat del nostre planeta) i “metalls pesants” (amb densitats de 5308-22000 kg•m-3). Després de Gmelin, hom aplicà altres criteris de densitat per definir la densitat a partir de la qual un metall podia ser considerat un metall pesant: de vegades, prou baixa (3500 kg•m-3), de vegades més elevada (7000 kg•m-3). La densitat metàl•lica es relaciona, per bé que no d’una manera directa i constant, amb el pes atòmic. Quan s’empren criteris de pes atòmic, de vegades la barrera se situa en el sodi (pes atòmic de 22,98 i densitat de 968 kg•m-3) i d’altres en el calci (pes atòmic de 40,078 i densitat de 1378 kg•m-3). Una altra definició habitual de metall pesant, basada en la taula periòdica, és la que s’aplica a tots els metalls dels grups 3 a 16, del període 4 en endavant, la qual cosa exclou automàticament els metalls alcalins i alcalinoterris, i els elements no-metàl•lics del bloc p. No obstant, la més àmpliament utilitzada en la literatura és la que defineix els “metalls pesants” d’acord amb la seva toxicitat potencial. Ja en el 1868, Wanklyn & Chapman suposaven que, fins i tot en forma de traces, eren tòxics en l’aigua de vegada, metalls com l’arsènic, el plom, el coure, el zinc, el ferro i el manganès. Més explícitament, en el 1884, James Blake relacionava la toxicitat d’un element metàl•lic amb el seu pes atòmic. Això fa que de vegades, el beril•li i l’alumini, metalls lleugers d’acord amb les definicions clàssiques, siguin comptats entre els “metalls pesants” per la seva toxicitat. No obstant, els “metalls pesants” més habituals en els estudis toxicològics són tots ells metalls pesants en la definició clàssica: crom, cobalt, níquel, coure, zinc, arsènic, seleni, argent, cadmi, antimoni, mercuri, tal•li, plom. Nosaltres, en tot cas, que creuem ja de fa estona les regions dels “metalls pesants”, arribem al nombre 25.

Si de classificacions elementals ja n’hem de vistes de tots colors, ve’t ací una possible classificació de bandes de metal rock

Carl Wilhelm Scheele i la descoberta del manganès

Estàtua de Carl Wilhelm Scheele a Köping, on tingué farmàcia pròpia des del 1777, i finà el 21 de maig del 1786

De Carl Wilhelm Scheele ja n’hem parlat en altres ocasions. En el 1774, a 32 anys, ja havia fet estudis notables que l’havien conduït a ser proposat per a la Reial Acadèmia Sueca de Ciències. El seu principal interès científic era en la qüestió de la combustió o oxidació dels materials. En el pla teòric, calia refinar els conceptes existents de calor, flogist, etc. En el pla pràctic, l’estudi de la combustió i dels seus productes ajudaria a caracteritzar materials d’origen mineral, vegetal o animal. Torbern Olof Bergman (1735-1784), en aquest sentit, proporcionà a Scheele mostres del mineral conegut en alemany com a Braunstein (pedra negra), en grec com a pirolusita (“pedra de rentar foc”) i en romànic com a “magnèsia negra” o “manganèsia”.

Espècimen de pirolusita botrioïdal

Ja ens vam ocupar en parlar del magnesi dels atzar terminològics dels magnets, de la magnèsia blanca i de la magnèsia negra. L’ús d’aquesta magnèsia negra remunta a l’antiguitat més remota. Chalmin et al. (2006) reconstruïren l’origen els pigments negres de pintures rupestres franco-cantàbriques de més de 24.000 anys d’antiguitat: minerals com la manganita (MnO(OH)), la groutita (Mn3+O(OH)), la todoroquita ((Na,Ca,K,Ba,Sr)1-x(Mn,Mg,Al)6O12•3-4H2O) o la birnesita (Na0,3Ca0,1K0,1)(Mn4+,Mn3+)2O4).

Pintures rupestres a la Bauma de Las Caus (Perigòrd). El color negre s’aconseguia a partir de diversos minerals mangànics. Poc habituals a la zona, aquests minerals s’havien de fer dur des de ben lluny des de zones on eren presents, com ara el País de Foix

Aquests minerals de color negre també havien estat emprats en la confecció de vidre, no tan sols per donar-hi color sinó també, per decolorar-lo. De fet, el nom grec pirolusita fa referència el seu ús per rentar els pigments verds i bruns del vidre quan se la barreja amb vidre fos. Aquesta aplicació ja era coneguda en l’Antic Egipte i en l’Imperi Romà, i donà lloc a la denominació de “sabor de vidrier” per a aquests materials.

Els vidriers del segle XVI també parlaven de “magnesia negra” i de “magnesia alba” per referir-se a dos ingredients habituals de l’ofici. Per simplificar les denominacions, Michele Mercati (1541-1593) proposà reservar el nom “magnesia” a la segona, i referir-se a la primera com a “manganesa”, al•literant la inicial de l’epítet en el substantiu. Johann Rudolf Glauber (1604-1670) estudià aquesta substància i derivats seus.

Ignatius Gottfried Kaim, nascut en el 1746, publicà en el 1770, De metallis dubiis, en la qual assenyala el caràcter metàl•lic de la base de la magnèsia negra. En efecte, en fer-la reaccionar en presència de carbó, s’obtenia un residu metàl•lic molt fràgil. La descoberta de Kaim, que es va morir en 1778, no sembla haver estat coneguda ni per Bergman ni per Scheele.

Scheele publicà una memòria sobre la magnèsia negra (“brunsten eller magnesia”) i les seves propietats. Scheele havia pogut identificar en la mostra de pirolusita la presència de calç, de sílice i de ferro, però a més hi havia un quart component, “una nova espècie de terra que, pel que sé, és encara desconeguda”. En tot cas, les propietats específiques de la pedra negra i dels seus extractes eren atribuïbles a “aquesta mena peculiar de terra”.

No obstant, Scheele era més interessat en les reaccions de combustió i oxidació. La reacció de la pirolusita amb àcid muriàtic desprenia un aire, i Scheele de mica en mica s’endinsà en qüestions de química pneumàtica, i en el concepte d’aire-foc.

Johann Gottlieb Gahn

Johann Gottlieb Gahn (1745-1818), també pertanyent al cercle de Bergman, s’interessà per la magnèsia negra purificada per Scheele. Va aconseguir de reduir-la en presència de carbó, i trobà com a producte una substància metàl•lica fràgil. Gahn se n’adonà que es tractava d’un metall desconegut.

En la llista de 33 substàncies simples del “Traité Élémentaire de Chimie” (1789), d’Antoine Lavoisier, trobem el manganès. Apareix com una de les disset “substàncies simples metàl•liques oxidables o acidificables”. El nom de manganesa o òxid de manganès era reservada a la “terra” resultant de l’oxidació d’aquest metall, i que seria doncs un compost de manganès i d’oxigen. El nom de manganès, masculinització de manganesa, és força difosa entre les llengües del món. No obstant, moltes llengües empren com a base la forma alemanya, Mangan, encara més escurçada. És el cas del llatí, que empra “manganum”, base per a la nomenclatura química dels compostos mangànics.

En la llista de Lavoisier també apareix el radical muriàtic, és a dir l’element específic de l’anomenat àcid muriàtic o àcid marí. Els estudis de Scheele havien revelat precisament aquest element, i a la vegada havien obert una nova aplicació per als minerals de manganès: la producció de lleixius basades en derivats muriàtics.

En la primera edició de “New System of Chemical Philosophy” (1808), John Dalton no esmenta el manganès entre els elements simples. Si ho fa en edicions posteriors. Dalton, que havia ideat un sistema de símbols químics, anota el manganès amb un símbol construït amb les seves inicials: “Ma”. Aquest és també és el símbol químic que Jöns Jacob Berzelius fa servir en l’assaig del 1813 sobre proporcions químiques, si bé al llarg del text alterna “Ma” i “Mn”. Finalment, s’imposarà “Mn”, que és el símbol actualment acceptat, mentre que “Ma” resta com a símbol orfe.

La caracterització del manganès havia permès establir tècniques per a la seva detecció. Hom va veure que el metall era present més enllà de la magnèsia negra, per exemple en minerals de ferro. En trobar nivells de manganès que semblaven particularment elevats en minerals de ferro procedents de Grècia, hom especulà sobre la rellevància d’aquesta presència. S’atribuí la proverbial duresa de l’acer de l’antiga Esparta al contingut de manganès del ferro emprat en la seva confecció. Deixant de banda els aspectes històrics, el cert era que l’addició deliberada de manganès al ferro el feia més dur, sense augmentar-ne per això la fragilitat. Això estimulà definitivament l’ús del manganès en la confecció d’acer a partir del 1816.

L’augment de l’explotació minera dels òxids negres de manganès va posar també de manifest la toxicitat d’aquest element químic. Així, en el 1837, James Couper descrivia els trastorns neurològics provocats en dos treballadors per l’exposició crònica al manganès.

Esquema d’una bateria de Leclanche

Georges Leclanché (1839-1882) patentà en el 1866 una bateria amb un ànode de zinc i un càtode de carboni, que emprava diòxid de manganès com a despolaritzador. Amb un voltatge de 1,4 V ben durador, la cèl•lula de Leclanché fou ràpidament aplicada en telegrafia i en campanes elèctriques. S’afegia, doncs, una nova demanda d’òxid de manganès.

Entre els intents de sistematització dels elements químics, podem esmentar el de John Newlands (1865), que ordenà els cinquanta-sis elements coneguts en vuit grups d’acord amb la llei de l’octet. El manganès, al qual assigna un nombre atòmic de 20, apareix com l’element del tercer període del grup del nitrogen. Més èxit tindria, però, la proposta de taula periòdica de Dmitri Mendeleev. En la taula del 1869, el manganès apareix amb una massa atòmica de 55, dins del quart període d’elements, encapçalant un grup format, a més, pel rodi (en el cinquè període) i el platí (en el sisè). En la taula del 1871, més compacta, el manganès apareix com l’element del quart període del grup VII, és a dir el grup del fluor i del clor. A començament dels anys 1920, hom escindirà aquest grup per deixar a una banda els elements halògens i de l’altra el manganès i dos metalls més, encara per descobrir, el reni (dvimanganès, descobert el 1928) i el tecneci (ekamanganès, descobert el 1937).

En el 1912, Frank Rupert Granville Richards patentà un revestiment de conversió electroquímica que emprava fosfat de manganès, destinat a la protecció de components metàl•lics d’armes de foc contra l’oxidació i la corrosió.

El manganès: isòtops i abundància

La massa atòmica estàndard del crom, de 54,938044 uma, coincideix amb la seu únic isòtop estable, 55Mn. La llista d’isòtops coneguts és prou més àmplia:
– manganès-44 (44Mn; 44,00687 uma). Nucli format per 25 protons i 19 neutrons. És un isòtop molt inestable, amb una semivida inferior a 1,05•10-7 s. Decau a crom-43, amb emissió d’un protó.
– manganès-45 (45Mn; 44,99451 uma). Nucli format per 25 protons i 20 neutrons. És un isòtop molt inestable. Decau a crom-44, amb emissió d’un protó.
– manganès-46 (46Mn; 45,98672 uma). Nucli format per 25 protons i 21 neutrons. És un isòtop molt inestable, amb una semivida de 0,037 s. Decau majoritàriament (78%) a crom-46 (amb emissió d’un positró) o, alternativament, a vanadi-45 (22%; amb emissió d’un protó i d’un positró), a titani-42 (<1%; amb emissió d’un nucli d’heli-4 i un positró) o a titani-44 (<1%; amb emissió de dos protons i d’un positró). Posseeix un estat metastable (46mMn) a 150 keV, amb una semivida de 0,001 s, que decau a crom-46.
– manganès-47 (47Mn; 46,97610 uma). Nucli format per 25 protons i 22 neutrons. És un isòtop molt inestable, amb una semivida de 0,1 s. Decau majoritàriament (96,6%) a crom-47 (amb emissió d’un positró) o, alternativament (3,4%) a vanadi-46 (amb emissió d’un protó i d’un positró).
– manganès-48 (48Mn; 47,96852 uma). Nucli format per 25 protons i 23 neutrons. És un isòtop molt inestable, amb una semivida de 0,1581 s. Decau normalment (99,71%) a crom-48 (amb emissió d’un positró) o, alternativament, a vanadi-47 (0,027%; amb emissió d’un protó i d’un positró) o a titani-44 (0,0006%; amb emissió d’un nucli d’heli-4 i d’un positró).
– manganès-49 (49Mn; 48,959618 uma). Nucli format per 25 protons i 24 neutrons. És un isòtop molt inestable, amb una semivida de 0,382 s. Decau a crom-49, amb emissió d’un positró.
– manganès-50 (50Mn; 49,9542382 uma). Nucli format per 25 protons i 25 neutrons. En l’estat basal, és un isòtop molt inestable, amb una semivida de 0,28239 s. Decau a crom-50, amb emissió d’un positró. Posseeix un estat metastable (50mMn) a 229 keV, que té una semivida de 105 s i també decau a crom-50.
– manganès-51 (51Mn; 50,9482108 uma). Nucli format per 25 protons i 26 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 2770 s (46 minuts). Decau a crom-51, amb emissió d’un positró.
– manganès-52 (52Mn; 51,9455655 uma). Nucli format per 25 protons i 27 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 4,830•105 s (6 dies). Decau a crom-52, amb emissió d’un positró. Posseeix un estat metastable (52mMn) a 377,749 keV, amb una semivida de 1270 s (21 minuts), i que decau majoritàriament (98,25%) a crom-52 o, alternativament (1,75%) fa una transició isomèrica a l’estat basal.
– manganès-53 (53Mn; 52,9412901 uma). Nucli format per 25 protons i 28 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 1,2•1014 s (3,7 milions d’anys). Decau, per captura electrònica, a crom-53. És present en mostres naturals de la Terra en forma de traça degut a una producció continuada que resulta de l’acció dels raigs còsmics sobre el ferro de la superfície planetària. La ratio 53Mn/56Mn és emprada en geocronologia juntament amb les relacions Mn/Cr i 53Cr/52Cr.
– manganès-54 (54Mn; 53,9403589 uma). Nucli format per 25 protons i 29 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 2,6959•107 s (312 dies). Decau normalment (99,99%) a crom-54 (per captura electrònica) o, alternativament, a ferro-54 (0,00029%; amb emissió d’un electró) o a crom-54 (0,000000576%; amb emissió d’un positró).
– manganès-55 (55Mn; 54,9380451 uma). Nucli format per 25 protons i 30 neutrons. És l’únic isòtop estable, i suposa pràcticament el 100% dels àtoms de manganès de la natura.
– manganès-56 (56Mn; 55,9389049 uma). Nucli format per 25 protons i 31 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 9284,0 s (2 hores i 35 minuts). Decau a ferro-56, amb emissió d’un electró.
– manganès-57 (57Mn; 56,9382854 uma). Nucli format per 25 protons i 32 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 85,4 s. Decau a ferro-57, amb emissió d’un electró.
– manganès-58 (58Mn; 57,93998 uma). Nucli format per 25 protons i 33 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de l’estat basal de 3,0 s. Decau a ferro-58, amb emissió d’un electró. Posseeix un estat metastable (58mMn) a 71,78 keV, amb una semivida de 62,5 s, i que decau normalment (>99,9%) a ferro-58 o, alternativament, a l’estat basal (<0,1%).
– manganès-59 (59Mn; 58,94044 uma). Nucli format per 25 protons i 34 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 4,59 s. Decau a ferro-59, amb emissió d’un electró.
– manganès-60 (60Mn; 59,94291 uma). Nucli format per 25 protons i 35 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 51 s. Decau a ferro-60, amb emissió d’un electró. Posseeix un estat metastable (60mMn) a 271,90 keV, amb una semivida de 1,77 s, i que decau majoritàriament (88,5%) a ferro-60 o, alternativament, a l’estat basal (11,5%).
– manganès-61 (61Mn; 60,94465 uma). Nucli format per 25 protons i 36 neutrons. És un isòtop molt inestable, amb una semivida de 0,67 s. Decau a ferro-61, amb emissió d’un electró.
– manganès-62 (62Mn; 61,94843 uma). Nucli format per 25 protons i 37 neutrons. És un isòtop molt inestable, amb una semivida de 0,671 s. Decau normalment (>99,9%) a ferro-62 (amb emissió d’un electró) o, alternativament (<0,1%) a ferro-61 (amb emissió d’un neutró i d’un electró). Posseeix un estat metastable (62mMn), amb una semivida de 0,092 s.
– manganès-63 (63Mn; 62,95024 uma). Nucli format per 25 protons i 38 neutrons. És un isòtop molt inestable, amb una semivida de 0,275 s. Decau a ferro-63, amb emissió d’un electró.
– manganès-64 (64Mn; 63,95425 uma). Nucli format per 25 protons i 39 neutrons. És un isòtop molt inestable, amb una semivida de 0,0888 s. Decau normalment (>99,9%) a ferro-64 (amb emissió d’un electró) o, alternativament (<0,1%) a ferro-63 (amb emissió d’un neutró i d’un electró). Posseeix un estat metastable (64mMn) a 135 keV, amb una semivida de l’ordre de 10-4 s.
– manganès-65 (65Mn; 64,95634 uma). Nucli format per 25 protons i 40 neutrons. És un isòtop molt inestable, amb una semivida de 0,092 s. Decau normalment (>99,9%) a ferro-65 (amb emissió d’un electró) o, alternativament (<0,1%) a ferro-64 (amb emissió d’un neutró i d’un electró).
– manganès-66 (66Mn; 65,96108 uma). Nucli format per 25 protons i 41 neutrons. És un isòtop molt inestable, amb una semivida de 0,0644 s.
– manganès-67 (67Mn; 66,96414 uma). Nucli format per 25 protons i 42 neutrons. És un isòtop molt inestable, amb una semivida de 0,045 s. Decau a ferro-67, amb emissió d’un electró.
– manganès-68 (68Mn; 67,96930 uma). Nucli format per 25 protons i 43 neutrons. És un isòtop molt inestable, amb una semivida de 0,028 s.
– manganès-69 (69Mn; 68,97284 uma). Nucli format per 25 protons i 44 neutrons. És un isòtop molt inestable, amb una semivida de 0,014 s.

L’àtom neutre de manganès conté 25 electrons, amb una configuració basal d’escorça de 1s22s22p63s23p63d54s2. És el primer element (ja dins del quart període) del grup 7, dins del bloc d (metalls de transició). Els estats d’oxidació més habituals són +7 (p.ex. KMnO4), +4 (p.ex. MnO2) i +2 (resultat de la ionització dels dos electrons del nivell 4s; p.ex. MnCl2), per bé que també el podem trobar amb +6 (p.ex. K2MnO4), +5 (p.ex. K3MnO4), +3 (p.ex. MnF3), +1 (p.ex. MnC5H4CH3(CO)3), 0 (p.ex. Mn2(CO)10), -1, -2 i -3. El radi atòmic del manganès és 1,27•10-10 m.

Peces de manganès pur (99,99%). L’aspecte extern és condicionat a la formació d’una capa superficial d’òxid de manganès

El manganès elemental es presenta, en condicions estàndards de pressió i de temperatura, com un metall de color gris argentí, i d’aspecte ferri. És un material dur (6,0 en l’escala de Mohs), molt fràgil i relativament dens (7210 kg•m-3). En presència d’aire atmosfèric adquireix una capa d’òxid. S’oxida fàcilment també en presència d’aigua, degut a la reacció amb el gas oxigen dissolt. Això explica que se’l trobi molt rarament en estat metàl•lic en la natura.

El manganès elemental és difícil de fondre. En condicions de pressió estàndard, el punt de fusió és a 1519 K. La densitat del manganès líquid en el punt de fusió és de 5950 kg•m-3. El punt d’ebullició, a pressió estàndards, és de 2334 K.

Solució de permanganat potàssic (KMnO4). Els compostos de Mn(VII) presenten una coloració porpra, que ha estat emprada en la confecció de vidre de color violat. Els cristalls de Condy són cristalls de permanganat potàssic emprats en el laboratori com a oxidants. Les propietats oxidants de les solucions de permanganat potàssic també han estat aprofitades en microscòpia electrònica com a agent fixador de materials biològics.

L’òxid de manganès més estable és el MnO. Molt més inestable és el Mn2O7.

El clorur de manganès (II), com altres sals de Mn(II), presenta una coloració rosada pàl•lida

L’abundància còsmica del manganès és condicionada als processos nucleosintètics dels estels en fase de supernova. És un element sideròfil, és a dir que s’associa habitualment amb el ferro. En termes d’abundància atòmica supera una bona quantitats d’elements de nombre atòmic inferior (vanadi, titani, escandi, potassi, clor, fluor, bor, beril•li i liti), mentre que dels de nombre atòmic superior sols el superen en abundor el ferro i el níquel.

Moltes zones del fons oceànic de la Terra són esquitxades per nòduls polimetàl•lics com el de la imatge. Es tracta de concrecions constituïdes per capes concèntriques d’hidròxids de ferro i de manganès, i d’ací el nom de “nòduls de manganès”. La mida típica és de 5-10 cm, per bé que n’hi ha de microscòpics i d’altres que arriben a 20 cm. Descoberts en el 1868, a partir dels anys 1970 diversos projectes, no reeixits, han provat d’explotar aquests recursos metàl•lics, que s’avaluen en 500.000 milions de tones.

En el planeta Terra, el manganès té una abundància global, en termes de massa, de 1700 ppm, que es tradueixen a 800 ppm en termes atòmics. La concentració és superior en el nucli terrestre, mentre que en la litosfera l’abundància es redueix a 1000 ppm. Tot i amb tot, el manganès és comptat entre els elements formadors de roques. En els sòls, el contingut de manganès pot variar considerable, des de 7 ppm en els més pobres fins a 9000 ppm en els més rics, amb un valor mitjà al voltant de 440 ppm. Entre els minerals que contenen manganès destaquen la pirolusita (MnO2, la braunita ((Mn2+Mn3+6)(SiO12) i el psilomelà (Ba,H2O)2Mn5O10).

Cristalls de rodocrosita (MnCO3)

El contingut de manganès en la hidrosfera es vincula amb el seu context geològic. En els oceans, l’abundància és de 10 ppm (en termes de massa).

La concentració de manganès en l’atmosfera terrestre és de l’ordre de 0,01 μg•m-3. Els valors poden variar, però, d’acord amb diferents factors, com ara les emissions antropogèniques lligades a l’ús de l’MMT (tricarbonil metilciclopentadienil de manganès) com a additiu en benzines.

El manganès és un bioelement essencial per a pràcticament tots els organismes. La principal funció biològica és la de cofactor d’una llarga llista de proteïnes, en la qual s’inclouen nombroses oxidoreductades, transferases, hidrolases, liases, isomerases, ligases, lectines, integrines, retrotranscriptases, etc. L’enzim mangànic més notable és un tipus de superòxid dismutasa (Mn-SOD), que juga un paper rellevant en la detoxificació d’espècies reactives d’oxigen en molts bacteris. En els organismes eucarionts, la Mn-SOD és present en els mitocondris. En lactobacils, per comptes de Mn-SOD, uns complexos de polifosfat-Mn2+ realitzen una funció anàloga.

En molts organismes eucariòtics trobem dos tipus principals de superòxid dismutasa, la SOD1, citosòlica (denomina Cu,Zn-SOD per emprar aquests metalls com a cofactors) i la SOD2 (en la imatge). La SOD2 empra com a cofactor ions Mn2+. La Mn-SOD és una proteïna mitocondrial, per bé que el gen que la codifica, en humans, es troba en el genoma nuclear, concretament en el cromosoma 6

Una altra funció biològica cabdal del manganès és la que realitza en el fotosistema II dels cloroplasts de les plantes, on un nucli metal•loenzimàtic que conté quatre ions de Mn2+ fa possible la fotòlisi de l’aigua i la consegüent producció d’O2.

En un cos humà adult típic, el contingut total de manganès és de 12 mg (0,17 ppm en termes de massa; 0,015 ppm en termes atòmics). El principal reservori és la fracció mineral dels ossos. També són relativament elevades les concentracions en el fetge i en els ronyons. En el cervell humà, el manganès, quantitativament, s’associa a un seguit de metal•loproteïnes, entre els quals hi ha la glutamina-sintetasa dels astròcits.

En termes generals, doncs, el manganès és un element essencial per als éssers vius. Però ho és en quantitats molt ajustades que, si s’ultrapassen poden produir efectes tòxics. Una part de la toxicitat s’explica perquè els cations Mn2+ poden competir amb els cations Mg2+, els quals tenen un paper biològic quantitativament molt més rellevant, tal com il•lustra un conegut cas d’intoxicació per confusió d’etiquetatge. Però molt més tòxic que els compostos de manganès (II) ho són els compostos de manganès (VII) o permanganats. Els permanganats poden produir de manera aguda intoxicacions letals amb exposicions de 10 grams. De manera més generals, els nivells de manganès en entorns laborals no haurien de superar mai valors de 5 mg•m-3. Però fins i tot a concentracions molt inferiors, a partir de 0,005 mg•m-3 ja poden registrar-se modificacions metabòliques.

Així doncs, la principal preocupació pel manganès no és pas si hom arriba a la quantitat mínima d’ingesta recomanada, sinó si l’ultrapassa. Bouchard et al. (2010) han posat de manifest que l’exposició crònica fins i tot a uns nivells moderats de manganès en l’aigua de beguda poden correlacionar-se en infants a menors habilitats cognitives.

A nivells més elevats d’exposició crònica, la intoxicació per manganès o manganisme ha estat estudiada des dels anys 1830. En els primers estadis, el manganisme es manifesta en trastorns com depressió, canvis d’ànim, comportament compulsius i psicòtics, mentre que en els estadis més avançats apareixen símptomes parkinsònics.

Manganès: producció i consum

Peça de spiegeleisen, aliatge ferromangànic, amb un contingut de manganès del 15%.

La producció mundial anual de manganès és d’uns 16 milions de tones. Bona part dels minerals mangànics es destinen a la producció de ferromanganès, que pot tindre un contingut de manganès del 15% al 80%.

Diagrama de flux per a la producció de manganès metàl•lic a partir de minerals d’òxid de manganès (IV)

La principal aplicació metal•lúrgica del manganès és en la producció d’acer, que absorbeix el 85-90% de tota la demanda.

L’aliatge conegut com a Mangalloy o aliatge de Hadfield (en la imatge emprat en una bicicleta) té un contingut de manganès de l’11-15%. És un acer no-magnètic amb una bona resistència al desgast

Una altra aplicació és la confecció d’aliatges d’alumini. El contingut més habitual de manganès va del 0,8%-1,5%, i són els aliatges més emprats en les llaunes d’alumini per a begudes.

Moneda de 5 cèntims de dòlar, coneguda com a “wartime nickel”. Aquestes monedes es fan típicament a partir d’un aliatge de coure (75%) i níquel (25%) i d’ací el seu nom habitual. La necessitat de destinar el níquel a altres usos, va fer que hom canviés l’aliatge per un de coure (56%), argent (35%) i manganès (9%). Encara que rar, el manganès ha estat emprat en aliatges similars per a la confecció d’algunes sèries de monedes en temps més recents

Arxivat a Ciència i Tecnologia

I tu, què en penses? Deixa'ns el teu comentari!

Fill in your details below or click an icon to log in:

WordPress.com Logo

Esteu comentant fent servir el compte WordPress.com. Log Out / Canvia )

Twitter picture

Esteu comentant fent servir el compte Twitter. Log Out / Canvia )

Facebook photo

Esteu comentant fent servir el compte Facebook. Log Out / Canvia )

Google+ photo

Esteu comentant fent servir el compte Google+. Log Out / Canvia )

Connecting to %s

%d bloggers like this: