Марганец

В организме человека содержится около 12 мг марганца, причем 43 % этого количества находится в костях, остальное -в мягких тканях.

Марганец - элемент 4 периода VIIБ группы периодиче­ской системы. Электронная конфигурация атома марганца ls²2s²2p⁶3s²3p⁶3d⁵4s², орбитальный радиус 128 пм. В соедине­ниях он проявляет различные степени окисления: +2, +3, +4, +6, +7. Как у всех d-элементов, соединения марганца с низшей степенью окисления +2 проявляют основные и восстановитель­ные свойства.

В нейтральных или кислых водных растворах двухвалент­ный марганец образует окрашенный в бледно-розовый цвет аквакомплекс [Мn(Н20)₆]²⁺, который довольно прочно удерживает молекулы воды (т = 10(-6) с) и устойчив к окислению в данных условиях. В щелочной среде образуется малорастворимый гидроксид Мп(ОН)2, неустойчивый по отношению к кислороду, растворенному в воде. Соединения марганца с высшими степе­нями окисления +6,+7 проявляют кислотные и окислительные свойства. В водных растворах существуют в виде кислородсодержащих анионов: манганат МпО4(2-) и перманганат MnO4(-). Со­единения марганца с промежуточными степенями окисления проявляют амфотерность и окислительновосстановительную двой­ственность. Эти закономерности хорошо прослеживаются в свойст­вах оксидов и гидроксидов марганца:

Изменение кислотно-основных свойств соединений марганца в зависимости от его степени окисления можно иллюстрировать следующими реакциями:

Окислительно-восстановительные свойства соединений марганца(2) сильно зависят от кислотности среды и окислительно-восстановительных свойств партнера:

Последняя реакция используется в санитарно-гигиенической практике для определения концентрации растворенного кисло­рода в анализируемой воде (разд. 14.3).

Соединения Mn(IV) могут быть и окислителями и восстано­вителями, в зависимости от свойств второго реагента:

Соли манганаты, содержащие анион , устойчивы только в сильнощелочной среде, а в остальных средах неустойчивы. Так, в нейтральной среде протекает реакция окислительно-вос­становительного диспропорционирования:

Для организма перманганаты ядовиты при попадании внутрь из-за их сильных окислительных свойств. Для обезвреживания острых отравлений перманганатом используют 3 % раствор пероксида водорода в уксуснокислой среде:

Раствор перманганата калия является прижигающим и бак­терицидным препаратом для обработки поверхности кожи и слизистых оболочек. Сильные окислительные свойства перман­ганата в кислой среде лежат в основе метода перманганатометрии, широко используемого в санитарно-клиническом анализе.

В биологических системах марганец присутствует в виде ионов Мп²⁺ или его комплексов с белками, нуклеиновыми ки­слотами и аминокислотами. Хотя эти комплексы из-за большо­го радиуса катиона Мп²⁺ и его жесткости обычно мало устой­чивы, они способствуют активации большого числа ферментов разных классов: трансфераз, гидролаз, изомераз. Ионы Мп²⁺ стабилизируют конформацию нуклеиновых кислот, участвуют в процессах репликации ДНК, синтезе РНК и белка. Таким обра­зом, биогенная функция ионов марганца имеет широкий спектр: оказывает влияние на кроветворение, образование кос­тей, минеральный обмен, рост, размножение и некоторые дру­гие функции.

Еще одна особенность иона Мп²⁺ - универсализм, так как он может выполнять каталитическую функцию подобно Сu²⁺, Fe²⁺, Zn²⁺, но в то же время действовать подобно Mg²⁺ и Са²⁺. В отличие от Мn²⁺, катион Мn³⁺ очень прочно связывается с бел­ками, причем преимущественно с кислородными донорными груп­пами, и поэтому Мn³⁺ совместно с Fe³⁺ входит в состав трансфе рина, супероксиддисмутазы и кислотной фосфатазы, т. е. в со­став типичных металлопротеинов.