Introduction
Le manganèse (symbole Mn, numéro atomique 25) est un élément chimique métallique situé dans le bloc d du tableau périodique, dans la première série des métaux de transition. Il ne se trouve jamais à l'état natif dans la nature, mais sous forme de minéraux oxydés, carbonatés ou silicatés. Son nom dérive du latin 'magnes', signifiant aimant, en référence aux propriétés magnétiques de la pyrolusite, son principal minerai. Il joue un rôle biologique crucial et constitue un pilier de la métallurgie moderne.
Description
Le manganèse pur est un métal gris argenté, relativement dur et cassant. Il possède une grande affinité pour l'oxygène, le soufre et le carbone. Chimiquement, il est réactif et se dissout dans les acides non oxydants en dégageant de l'hydrogène. Sa particularité réside dans sa grande variété d'états d'oxydation, allant de -III à +VII, les plus courants étant +II, +IV et +VII. Cet éventail lui confère une chimie riche et colorée : le Mn²⁺ est rose pâle, le MnO₂ (dioxyde de manganèse) est noir, et le permanganate (MnO₄⁻) est d'un violet intense. Il est extrait principalement de minerais comme la pyrolusite (MnO₂), la rhodochrosite (MnCO₃) et la braunite. Les plus grands producteurs mondiaux sont l'Afrique du Sud, l'Australie, le Gabon, la Chine et le Brésil.
Histoire
Les composés du manganèse, notamment le dioxyde de manganèse (pyrolusite), sont utilisés depuis la préhistoire comme pigments dans les peintures rupestres. Les verriers égyptiens et romains l'utilisaient pour décolorer le verre ou lui donner une teinte violette. Au XVIIIe siècle, plusieurs chimistes l'isolèrent de ses minerais. On attribue généralement la découverte de l'élément métallique au chimiste suédois Johan Gottlieb Gahn en 1774, qui réussit à le réduire par chauffage de la pyrolusite avec du carbone. Au XIXe siècle, l'importance du manganèse dans la sidérurgie fut révélée par le métallurgiste britannique Robert Forester Mushet, qui découvrit qu'il améliorait considérablement la dureté et la résistance de l'acier.
Caracteristiques
Propriétés physiques : Masse atomique 54,938 u, densité de 7,21 g/cm³, point de fusion à 1246 °C et point d'ébullition à 2061 °C. Propriétés chimiques : Métal électropositif, il se corrode à l'air humide et brûle dans l'oxygène. Il forme des alliages avec de nombreux métaux. Propriétés biologiques : C'est un oligo-élément essentiel pour tous les organismes vivants. Il agit comme cofacteur pour de nombreuses enzymes (métalloenzymes), notamment la superoxyde dismutase (SOD) mitochondriale, cruciale pour la défense antioxydante, et les enzymes impliquées dans le métabolisme des glucides, des acides aminés et du cholestérol. Dans la photosynthèse, il est un composant central du complexe dégageant l'oxygène (Photosystème II).
Importance
L'importance du manganèse est colossale et multiforme. Industriellement, plus de 90% de la production est destinée à la métallurgie. Ajouté sous forme de ferro-manganèse ou de manganèse métal, il est un désoxydant et désulfurant puissant. Surtout, il confère à l'acier des propriétés mécaniques supérieures : dureté, résistance à l'usure et à la traction. Les aciers au manganèse (comme l'acier Hadfield, contenant ~13% de Mn) sont incroyablement résistants à l'abrasion et utilisés pour les rails, les mâchoires de concasseurs ou les blindages. Le dioxyde de manganèse est utilisé dans les piles alcalines et zinc-carbone comme dépolarisant. En chimie, le permanganate de potassium (KMnO₄) est un oxydant et désinfectant puissant. Biologiquement, une carence en manganèse provoque des troubles de la croissance, des anomalies squelettiques et une altération du métabolisme glucidique. Cependant, une exposition chronique à des poussières ou vapeurs de manganèse (notamment dans certaines industries) peut entraîner le manganisme, une maladie neurologique grave aux symptômes proches de la maladie de Parkinson.
