Mangan – Steckbrief

Stellung im Periodensystem

Zum ganzen Periodensystem

Vorkommen und Gewinnung

Unter den Schwermetallen ist Mangan nach Eisen das häufigste der Erdkruste; das noch häufigere Titan zählt wegen seiner geringen Dichte zu den Leichtmetallen. Gediegen kommt es nicht vor. Das wichtigste Erz ist der Pyrolusit, ein schwarzbraunes Mangandioxid, das im Deutschen Braunstein heißt. Große Lagerstätten liegen in Südafrika, Gabun und Australien. Auf dem Boden der Tiefsee liegen außerdem riesige Mengen an Manganknollen, kartoffelgroßen Klumpen aus Mangan- und Eisenoxiden, die auch Nickel, Kupfer und Cobalt enthalten. Ob und wie man sie abbauen darf, ist wegen der Folgen für die Tiefsee umstritten.

Braunstein ist seit der Steinzeit bekannt: Schwarze Farbe aus Manganoxiden findet sich in Höhlenmalereien, und Glasmacher nutzten Braunstein, um grünstichiges Glas zu entfärben. Dass darin ein unbekanntes Element steckt, erkannte 1774 der schwedische Chemiker Carl Wilhelm Scheele. Im selben Jahr gewann sein Freund Johan Gottlieb Gahn das Metall, indem er Braunstein mit Kohle stark erhitzte. Der Name geht auf die antike Landschaft Magnesia zurück, nach der auch Magnesium benannt ist; die Ähnlichkeit der Namen sorgte lange für Verwechslungen.

Heute reduziert man Manganerze im Elektroofen zusammen mit Eisenerz zu Ferromangan, das direkt in die Stahlherstellung geht. Reines Mangan gewinnt man durch Elektrolyse von Mangansulfatlösungen.

Eigenschaften und Reaktionen

Mangan steht in Periode 4 und Gruppe 7 und hat die Elektronenkonfiguration [Ar] 3d⁵ 4s². Die Elektronegativität beträgt 1,55. Das Metall hat eine Dichte von 7,3 g/cm³, schmilzt bei 1246 °C und siedet bei 2061 °C. Es ist sehr hart und so spröde, dass man es als reines Metall kaum verwendet. Mangan ist unedler als Eisen: An feuchter Luft läuft es an, und in verdünnten Säuren löst es sich unter Bildung von Wasserstoff.

Mangan kann bis zu sieben Elektronen abgeben und kommt in vielen Oxidationsstufen vor. Am beständigsten ist Mangan(II), dessen Salze in Lösung fast farblos bis blassrosa sind. Mangan(IV) steckt im braunschwarzen Braunstein, MnO₂. Die höchste Stufe, plus sieben, findet sich im Permanganat-Ion, MnO₄⁻. Kaliumpermanganat bildet dunkelviolette Kristalle, die sich mit tiefvioletter Farbe in Wasser lösen. Es ist ein starkes Oxidationsmittel. In der Schule dient es für Redoxtitrationen: Solange die Probe noch reduzierbaren Stoff enthält, wird das Permanganat zu fast farblosem Mangan(II) reduziert und die Farbe verschwindet. Bleibt die Lösung schwach rosa, ist der Endpunkt erreicht, ein zusätzlicher Indikator ist nicht nötig.

Verwendung in Alltag und Technik

Rund neun Zehntel des geförderten Mangans gehen in die Stahlindustrie. In der Schmelze bindet Mangan Schwefel und Sauerstoff und macht den Stahl dadurch besser verformbar. Zugleich erhöht es Festigkeit und Härte. Manganhartstahl mit einem hohen Mangananteil wird unter Schlägen an der Oberfläche immer härter und eignet sich für Weichen von Eisenbahnen, Baggerzähne und Brechwerkzeuge. Auch Aluminium wird mit Mangan legiert, etwa für Getränkedosen.

Braunstein ist ein Bestandteil der Kathode in Alkali-Mangan-Batterien und Zink-Kohle-Batterien, also in den meisten handelsüblichen Einwegbatterien. In vielen Lithium-Ionen-Akkus für Elektroautos enthält das Kathodenmaterial neben Lithium, Nickel und Cobalt ebenfalls Mangan. Kaliumpermanganat wird zur Wasseraufbereitung und als Desinfektionsmittel eingesetzt.

Für Lebewesen ist Mangan ein lebensnotwendiges Spurenelement. Es aktiviert zahlreiche Enzyme. In Pflanzen sitzt im Zentrum der Photosynthese ein Komplex aus Mangan, Calcium und Sauerstoff, der Wasser spaltet und dabei Sauerstoff freisetzt. Menschen nehmen genug Mangan über Vollkornprodukte, Nüsse und Tee auf. Wer dagegen über Jahre viel Manganstaub einatmet, etwa beim Schweißen ohne Schutz, kann Nervenschäden erleiden.

Moleküle mit diesem Element

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