El Manganeso (Mn)

El manganeso (Mn) es un elemento químico de notable importancia, tanto por su papel indispensable en diversas industrias como por su función vital como micronutriente en los sistemas biológicos. Este metal de transición, ubicado estratégicamente en la tabla periódica, exhibe una combinación única de propiedades físicas y químicas que lo hacen versátil y esencial para la sociedad moderna.

1. Introducción al Manganeso

1.1. Definición y Características Fundamentales

El manganeso es un elemento químico identificado con el símbolo Mn y el número atómico 25.¹ Se encuentra en el grupo 7 y en el periodo 4 de la tabla periódica de los elementos.¹ Físicamente, el manganeso es un metal de transición de color blanco plateado a grisáceo, que guarda cierta semejanza con el hierro.² Se caracteriza por ser un material duro, pero al mismo tiempo muy quebradizo.²

La ubicación del manganeso como metal de transición en el grupo 7 y periodo 4 de la tabla periódica es un factor determinante de su comportamiento. Esta posición confiere al manganeso la capacidad de exhibir múltiples estados de oxidación, lo que a su vez le permite formar una amplia variedad de compuestos con diferentes propiedades, incluyendo colores distintivos. Esta versatilidad química es la base de su utilidad como catalizador en numerosos procesos industriales y biológicos, así como en la producción de pigmentos. La comprensión de su posición en la tabla periódica es, por tanto, fundamental para entender su comportamiento multifacético y su amplia gama de aplicaciones.

1.2. Breve Historia y Descubrimiento

Aunque el manganeso es un elemento conocido desde la antigüedad, su aislamiento en forma metálica es relativamente reciente. Fue aislado por primera vez en la década de 1770.⁵ Específicamente, el minerólogo sueco Johann Gottlieb Gahn logró aislar el manganeso puro en 1774, a partir del mineral pirolusita en presencia de carbón.⁴

A pesar de su tardío aislamiento, el manganeso ya era utilizado mucho antes de su descubrimiento formal. Evidencias arqueológicas demuestran su uso como pigmento natural en pinturas rupestres que datan de hace 150.000 a 10.000 años antes de Cristo.⁴ Además, civilizaciones antiguas como los griegos y los romanos empleaban compuestos de manganeso en la manufactura artesanal del vidrio para eliminar el color verdoso pálido causado por trazas de hierro, actuando como un agente decolorante.⁴

1.3. Importancia General

El manganeso es un elemento de importancia dual, abarcando tanto el ámbito industrial como el biológico. En la esfera industrial, es un metal de transición con una vasta gama de aplicaciones, siendo particularmente crucial en la producción de aceros inoxidables.⁵ En estas aleaciones, el manganeso mejora significativamente la resistencia, la maleabilidad y la resistencia al desgaste, propiedades esenciales para la fabricación de componentes duraderos y de alto rendimiento.⁶

Paralelamente a su rol metalúrgico, el manganeso es un elemento dietético esencial para los seres humanos.⁶ Desempeña funciones fundamentales en el metabolismo de macronutrientes, la formación ósea y los sistemas de defensa del organismo contra los radicales libres.⁶ Su importancia biológica se extiende también al reino vegetal, donde es un componente crítico en el proceso de fotosíntesis, participando activamente en el complejo de evolución de oxígeno que produce el oxígeno atmosférico.²

Esta doble relevancia del manganeso, tanto en la industria pesada como en los procesos biológicos fundamentales, subraya su versatilidad inherente. Esta característica, sin embargo, también introduce complejidades en la gestión de su ciclo global. La extracción y el procesamiento industrial del manganeso deben equilibrarse con la necesidad de minimizar su impacto ambiental y los riesgos para la salud humana asociados con una exposición excesiva. La comprensión de esta dualidad es crucial para abordar de manera efectiva los desafíos de sostenibilidad y salud pública que acompañan al uso y la presencia del manganeso en nuestro entorno.

2. Obtención y Producción de Manganeso

2.1. Minerales Comunes y Yacimientos Globales

El manganeso no se encuentra en su forma elemental pura en la naturaleza; en su lugar, se presenta combinado con otros elementos, principalmente en diversos minerales.⁵ Entre los minerales más comunes y de mayor importancia económica se encuentran los óxidos e hidróxidos anhidros. De estos, la pirolusita (MnO2) es reconocida como la principal fuente y el mineral más abundante de manganeso.⁴ Otros minerales significativos incluyen la rodocrosita (MnCO3) y la psilomelana.⁴

Los principales productores mundiales de manganeso son Sudáfrica y Australia, a los que se suman Gabón, Brasil, Rusia y la India.⁴ Esta concentración de yacimientos en un número limitado de países genera una dependencia geopolítica para las industrias globales que dependen en gran medida del manganeso, como la siderurgia y la fabricación de baterías. La seguridad del suministro puede verse afectada por factores políticos, económicos o logísticos en estas regiones.

Además de los yacimientos terrestres, una fuente considerable de manganeso son los nódulos de manganeso encontrados en los fondos oceánicos, que pueden contener aproximadamente un 24% de manganeso.⁴ Aunque actualmente menos explotados, estos nódulos sugieren una futura diversificación de la cadena de suministro. Esta posible expansión hacia la minería de aguas profundas podría aliviar las dependencias geopolíticas actuales, pero al mismo tiempo plantearía desafíos tecnológicos, económicos y ambientales significativos para su explotación a gran escala, incluyendo el impacto en los ecosistemas marinos.

2.2. Procesos de Extracción Industrial

La extracción de los minerales de manganeso se realiza comúnmente mediante minería a cielo abierto.⁸ Una vez extraído, el mineral puede ser mejorado mediante lavado, y los minerales de tamaño inferior pueden ser aglomerados por sinterización.⁸ Los principales métodos para la obtención industrial de manganeso son la pirometalurgia y la hidrometalurgia.⁷

2.2.1. Pirometalurgia (Reducción Carbotérmica)

Este proceso implica la fundición de los minerales de manganeso en un alto horno o, más comúnmente, en un horno eléctrico, utilizando carbono como agente reductor.⁴ La pirometalurgia se emplea principalmente para producir ferroaleaciones de manganeso, como el ferromanganeso con alto contenido de carbono (que típicamente contiene entre 76% y 80% de manganeso, 12% a 15% de hierro y hasta 7.5% de carbono) y el silicomanganeso.⁸

El proceso de reducción carbotérmica es termodinámicamente complejo. Los óxidos superiores de manganeso (MnO2, Mn2O3 y Mn3O4) se reducen inicialmente a óxido manganoso (MnO) mediante monóxido de carbono (CO). Posteriormente, este óxido inferior solo puede reducirse a manganeso metálico a temperaturas elevadas, utilizando carbono.⁸ Las etapas típicas de este proceso incluyen precalentamiento del mineral, su paso por un horno rotatorio a temperaturas de alrededor de 900 °C para la reducción, y finalmente el enfriamiento del producto.²¹

2.2.2. Hidrometalurgia

La hidrometalurgia es considerada la técnica más adecuada para la extracción y purificación de manganeso, especialmente cuando se busca obtener productos de alta pureza, superando en este aspecto a procesos como la biometalurgia y la pirometalurgia.⁷ Este método implica la disolución del mineral de manganeso en una solución ácida, generalmente ácido sulfúrico, para formar una solución de sulfato de manganeso.⁷

La elección entre pirometalurgia e hidrometalurgia no es arbitraria; está determinada por la pureza requerida del producto final y su aplicación específica. La pirometalurgia es eficiente para la producción a gran escala de ferroaleaciones de menor pureza, que son adecuadas para la industria siderúrgica, donde un cierto contenido de carbono es aceptable. Por el contrario, la hidrometalurgia, especialmente cuando culmina en la electrólisis, es indispensable para obtener manganeso de alta pureza. Este manganeso de alta pureza es crítico para la fabricación de aleaciones especiales y para el creciente y exigente mercado de baterías, donde incluso trazas de impurezas pueden degradar significativamente el rendimiento y la vida útil del producto final.

2.3. Etapas Clave en la Purificación

Los procesos hidrometalúrgicos para la obtención de manganeso de alta pureza constan de varias etapas cruciales. La primera es la preparación del mineral, que incluye la conminución (chancado y molienda) para reducir el tamaño de las partículas y optimizar la eficiencia de la extracción.²¹ A esto le sigue la lixiviación, donde el mineral se disuelve en un solvente, comúnmente ácido sulfúrico. Para mejorar la eficiencia de la lixiviación, se pueden utilizar agentes reductores como dióxido de azufre (SO2), sales de sulfito o ácidos orgánicos como el ácido oxálico.⁸

Una vez obtenida la solución lixiviada, la purificación es un paso crítico para eliminar las impurezas. El hierro y el aluminio se precipitan mediante la adición de amoníaco, mientras que otros metales como arsénico, cobre, zinc, plomo, cobalto y molibdeno se precipitan con sulfuro de hidrógeno.⁸ Otras técnicas de purificación incluyen el ajuste del pH, la adición de reactivos específicos, el intercambio iónico, la extracción por solventes y el uso de membranas permeables.²²

Finalmente, la solución purificada de sulfato de manganeso se alimenta a una celda electrolítica. Mediante el paso de corriente eléctrica, el manganeso se deposita en capas sobre un cátodo de acero inoxidable.⁴ Este proceso permite obtener manganeso metálico de muy alta pureza, superior al 99.9%.⁸ En algunas variantes de la electrólisis, el dióxido de manganeso también puede recuperarse en el ánodo.²²

La necesidad de múltiples y complejas etapas de purificación en la hidrometalurgia resalta los desafíos tecnológicos y los costos asociados con la producción de manganeso de alta pureza. Esta complejidad representa un factor limitante y, al mismo tiempo, un área activa de investigación y desarrollo. El enfoque se centra en optimizar estos procesos para satisfacer la creciente demanda de manganeso de grado batería, donde incluso trazas mínimas de impurezas pueden degradar significativamente el rendimiento y la vida útil del producto final, haciendo que la pureza sea un requisito innegociable.

3. Propiedades Físicas del Manganeso

3.1. Apariencia, Dureza y Fragilidad

El manganeso es un metal que se presenta con un color que varía del blanco plateado al grisáceo, y su apariencia es similar a la del hierro.² Una de sus características físicas más destacadas es su dureza, con un valor de 6 en la escala de Mohs.³ Sin embargo, a pesar de su dureza, el manganeso puro es un metal muy quebradizo.²

Esta combinación de dureza y extrema fragilidad es una propiedad crucial que explica por qué el manganeso puro no se utiliza como material estructural independiente.⁸ Su valor reside, en cambio, en su capacidad para impartir estas propiedades (dureza y resistencia al desgaste) a otras aleaciones, especialmente al acero. Al integrarse en matrices metálicas más dúctiles, el manganeso transforma sus limitaciones inherentes en una ventaja sinérgica, mejorando las características mecánicas del material resultante. Esta particularidad impulsa su uso principal como agente de aleación en la metalurgia.

3.2. Puntos de Fusión y Ebullición, Densidad

El manganeso posee puntos de fusión y ebullición relativamente altos. Su punto de fusión se sitúa aproximadamente entre 1244 °C y 1246 °C (2271-2275 °F).³ El punto de ebullición es considerablemente más elevado, oscilando entre 2061 °C y 2095 °C (3742-3803 °F).³ En cuanto a su densidad, el manganeso es un metal relativamente denso, con valores que van desde 7.21 g/cm³ hasta 7.43 g/cm³.³

3.3. Alótropos y Propiedades Magnéticas

El manganeso es un elemento que exhibe alotropía, lo que significa que puede existir en varias formas estructurales sólidas. Se conocen cuatro alótropos de manganeso: alfa (α), beta (β), gamma (γ) y delta (δ), que se presentan a temperaturas sucesivamente más altas.⁶ Todas estas formas son metálicas, estables a presión estándar y poseen una red cristalina cúbica, aunque varían significativamente en sus estructuras atómicas internas.⁶

En su forma pura, el manganeso no es ferromagnético, pero sí presenta propiedades paramagnéticas.³ Sin embargo, puede exhibir propiedades magnéticas cuando se alea con otros metales, como el antimonio, el cobre y el aluminio, formando aleaciones magnéticas.⁷ Esta versatilidad estructural y la capacidad de influir en las propiedades magnéticas de las aleaciones contribuyen a su diversidad de aplicaciones. La existencia de múltiples alótropos permite que el manganeso se adapte a diferentes condiciones de procesamiento y aplicaciones, mientras que su influencia en las propiedades magnéticas de otras aleaciones abre puertas a materiales con funcionalidades específicas, como aquellos utilizados en la fabricación de componentes electrónicos o en aplicaciones donde se requiere una respuesta magnética controlada.

4. Propiedades Químicas del Manganeso

4.1. Reactividad y Estados de Oxidación Comunes

El manganeso es un elemento químicamente reactivo, especialmente cuando se expone al aire y la humedad.³ Se empaña lentamente en el aire y se oxida («oxida») de manera similar al hierro en agua que contiene oxígeno disuelto.⁶ Reacciona con todos los halógenos y con la mayoría de los ácidos fuertes.³

Una de las propiedades químicas más distintivas del manganeso es su capacidad para formar múltiples estados de oxidación. Aunque se han encontrado compuestos con números de oxidación que van desde +1 hasta +7, los estados más comunes y estables son +2, +3, +4, +6 y +7.³ Los compuestos en los que el manganeso presenta un estado de oxidación +7, como el permanganato de potasio (KMnO4), son agentes oxidantes muy enérgicos.³

La clave de la versatilidad química del manganeso reside precisamente en su capacidad para exhibir múltiples estados de oxidación. Esta propiedad le permite participar en una amplia gama de reacciones redox, actuando tanto como oxidante (en estados de oxidación más altos) como reductor (en estados más bajos). Esta flexibilidad es lo que impulsa su diversidad de roles en la química industrial, desde catalizadores hasta agentes blanqueadores y desinfectantes, y también es fundamental para su función en los sistemas biológicos, donde participa en procesos metabólicos complejos que implican transferencia de electrones.

4.2. Reacciones Típicas

El manganeso participa en diversas reacciones químicas que reflejan su reactividad y su capacidad para cambiar de estado de oxidación.

Con oxígeno: El manganeso reacciona con el oxígeno para formar una variedad de óxidos, incluyendo el dióxido de manganeso (MnO2), el trióxido de dimanganeso (Mn2O3), el tetraóxido de trimanganeso (Mn3O4) y el heptóxido de dimanganeso (Mn2O7).⁶ Por ejemplo, el manganeso puro se quema en presencia de oxígeno para formar Mn3O4.¹⁰
Con agua: El manganeso se descompone lentamente en agua a bajas temperaturas, y en agua que contiene oxígeno disuelto, se oxida de manera similar al hierro, formando «óxido».⁶
Con ácidos: El manganeso se disuelve fácilmente en soluciones ácidas diluidas.⁷ Por ejemplo, en ácido clorhídrico, la reacción puede ser exotérmica.⁹
Con halógenos: El manganeso reacciona fácilmente con los halógenos, como el cloro, el bromo, el yodo y el flúor, siendo particularmente reactivo con el cloro para formar, por ejemplo, MnCl2.³
Con nitrógeno: El manganeso también puede reaccionar con el nitrógeno para formar nitruros, como el Mn3N2.¹⁰

La facilidad con la que el manganeso cambia de estados de oxidación, es decir, su capacidad para participar en reacciones redox, es fundamental para su utilidad industrial. Esta propiedad le permite actuar como un agente oxidante potente, como se observa en el permanganato de potasio, que se utiliza en el tratamiento de agua y como desinfectante. Del mismo modo, su capacidad para actuar como agente reductor es indispensable en procesos como la siderurgia, donde ayuda a eliminar impurezas. Esta característica química es la base de su valor en una amplia gama de procesos químicos y de fabricación.

5. Compuestos de Manganeso

El manganeso forma una amplia variedad de compuestos, cada uno con propiedades y aplicaciones específicas, lo que refleja la versatilidad de sus estados de oxidación.

5.1. Óxidos de Manganeso

Dióxido de Manganeso (MnO2): Es el compuesto de manganeso más importante y la principal fuente para la obtención de manganeso y sus derivados.²³ Es un sólido cristalino o polvo negro con un punto de fusión de 535 °C y una densidad de 5.0 g/cm³.¹¹ Es insoluble en agua y, en general, inerte a la mayoría de los ácidos, excepto cuando se calienta, momento en el que puede reaccionar con ácido clorhídrico para liberar cloro.¹¹ El MnO2 se utiliza ampliamente como oxidante químico en síntesis orgánica ²³, como componente clave en la fabricación de baterías (pilas secas, alcalinas y de iones de litio) ⁶, en la producción de cerillas, fuegos artificiales, porcelana y materiales de unión de vidrio.¹¹ También se emplea para dar color amatista al vidrio y como material de partida para la producción de otros compuestos de manganeso.¹¹
Óxido Manganoso (MnO): Se presenta como cristales cúbicos o polvo de color verde.¹¹ Es soluble en ácidos y cloruro de amonio, pero insoluble en agua.¹¹ Sus aplicaciones incluyen la impresión textil, la cerámica, las pinturas, el vidrio coloreado, los piensos para animales, los fertilizantes y la soldadura.¹¹ También se utiliza como catalizador en la fabricación de alcohol alílico y como aditivo alimentario y suplemento dietético.¹¹
Tetraóxido de Trimanganeso (Mn3O4): Este óxido es insoluble en agua y soluble en ácido clorhídrico.¹¹
Sesquióxido de Manganeso (Mn2O3): También es un óxido de manganeso relevante en diversas aplicaciones.²⁷

5.2. Sales de Manganeso

Sulfato de Manganeso (MnSO4): Es una sal soluble en alcohol e insoluble en éter.¹¹ Se utiliza como fungicida ⁶, en esmaltes, barnices, cerámica, tintorería, fertilizantes, flotación de minerales ¹¹, y también en medicamentos y como suplemento nutricional.¹¹
Permanganato de Potasio (KMnO4): Es una sal de color violeta intenso, ampliamente utilizada como un potente agente oxidante.⁶ Es soluble en agua, ácido sulfúrico y acetona.¹¹ Sus aplicaciones incluyen el tratamiento de agua como biocida y desinfectante, como agente antialgas, en la limpieza de metales, en el curtido, el blanqueo y como conservante para flores y frutas frescas.⁶
Carbonato de Manganeso (MnCO3): Se presenta como un polvo higroscópico de color rosa a blanco con una densidad de 3.1 g/cm³.¹¹ Se descompone antes de alcanzar su punto de fusión, es soluble en ácidos diluidos e insoluble en agua, alcohol y amoníaco.¹¹ Se utiliza como pigmento, secante para barnices, en medicamentos, como nutriente vegetal, y en la fabricación de otras sales de manganeso, productos farmacéuticos, piensos para animales y cerámica.¹⁰
Nitrato de Manganeso (Mn(NO3)2): Es un sólido cristalino incoloro o rosa.¹¹ Se emplea como agente colorante en la fabricación de porcelana y cerámica, como catalizador y en la producción de dióxido de manganeso.¹¹
Acetato de Manganeso: Se presenta como cristales marrones, solubles en alcohol y agua, y se descompone en agua fría.¹¹ Se utiliza en el teñido textil, fertilizantes, envases de alimentos, aditivos para piensos y en la fabricación de pinturas y barnices.¹¹
Gluconato de Manganeso: Es un polvo ligero de color rosa o gránulos rosados.¹¹ Es soluble en agua e insoluble en alcohol y benceno.¹¹ Se utiliza como aditivo para piensos y alimentos, y como suplemento dietético.¹¹

5.3. Otros Compuestos y Aleaciones

Ferromanganeso (FeMn) y Silicomanganeso (SiMn): Son los principales productos de los procesos de fundición y son fundamentales en la siderurgia. Se utilizan para mejorar la resistencia, dureza, templabilidad y resistencia a la abrasión del acero.⁷ Por ejemplo, el acero Hadfield, que contiene entre un 10% y un 14% de manganeso, es un acero resistente al desgaste conocido por su capacidad de endurecimiento por trabajo.⁸
Aleaciones con aluminio: El manganeso se alea con aluminio para producir una aleación más resistente a la corrosión.⁹ La mayoría de las latas de aluminio para bebidas contienen entre un 0.8% y un 1.5% de manganeso.⁹
Aleaciones magnéticas: El manganeso forma aleaciones magnéticas cuando se combina con antimonio, cobre y aluminio.¹⁰
Fosfatado de Manganeso: Se utiliza como tratamiento para la prevención de la oxidación y corrosión del acero.⁹
Medios filtrantes de manganeso: Se emplean en el tratamiento de agua potable para eliminar impurezas como hierro, manganeso, arsénico y sulfuro de hidrógeno.²⁷

La diversidad de compuestos de manganeso, cada uno con propiedades químicas y físicas únicas, permite su aplicación en una vasta gama de sectores. Desde el dióxido de manganeso, que actúa como oxidante y material clave en baterías, hasta el sulfato, utilizado como fungicida y fertilizante, o el permanganato, un potente desinfectante, la funcionalidad del manganeso se manifiesta a través de la especificidad de sus compuestos. Esta especificidad impulsa su valor en múltiples sectores industriales y biológicos, destacando cómo la manipulación de sus estados de oxidación y la formación de diferentes enlaces químicos permiten adaptar el manganeso a necesidades muy diversas.

6. Aplicaciones del Manganeso

El manganeso es un elemento con una amplia gama de aplicaciones industriales, que van desde la metalurgia hasta la agricultura y el tratamiento de agua, impulsadas por sus propiedades físicas y químicas únicas.

6.1. Metalurgia y Aleaciones

La aplicación dominante del manganeso se encuentra en la metalurgia, donde representa más del 90% de su consumo global.¹⁴ Es un agente esencial en la fabricación de acero, donde cumple múltiples funciones críticas: elimina impurezas como el azufre y el oxígeno, y confiere propiedades físicas importantes al metal.⁵ El manganeso mejora la resistencia, la dureza, la templabilidad y la resistencia a la abrasión del acero, incrementando la resistencia a la tracción hasta en un 25% y la resistencia a la corrosión en un 18%.⁷

Se utiliza en diversos tipos de acero, incluyendo el acero al carbono, el acero inoxidable (especialmente el de bajo costo), el acero de alta temperatura, el acero para herramientas, el hierro fundido y las superaleaciones.⁵ El ferromanganeso (FeMn) se emplea ampliamente en la fabricación de acero al carbono, mientras que el silicomanganeso (SiMn) es fundamental en el acero estructural.¹⁴ Además, los aceros de baja aleación de alta resistencia (HSLA) con contenido de manganeso se utilizan cada vez más en la fabricación automotriz para producir piezas de vehículos ligeras pero duraderas.¹⁴ Las aleaciones con aluminio, que contienen entre 0.8% y 1.5% de manganeso, se emplean en latas de bebidas por su mayor resistencia a la corrosión.⁹

El manganeso es un pilar insustituible de la industria siderúrgica. Su papel no se limita a la desoxidación y desulfuración del acero, sino que es fundamental por las propiedades mecánicas superiores que confiere a las aleaciones. La mejora de la resistencia, dureza y durabilidad que aporta el manganeso es tan crítica que la demanda de este elemento está directamente ligada al crecimiento global de la producción de acero y al desarrollo de infraestructura. Esto convierte al manganeso en un barómetro económico clave, reflejando la actividad en sectores de construcción y manufactura a nivel mundial.

6.2. Baterías

El uso del manganeso en la fabricación de baterías es un sector en rápida expansión.¹⁴ El dióxido de manganeso (MnO2) es un componente clave en la producción de pilas secas, baterías alcalinas y baterías de iones de litio.⁶ Las químicas de batería NMC (Níquel-Manganeso-Cobalto) y LMO (Óxido de Litio-Manganeso) contienen un contenido significativo de manganeso, que puede oscilar entre el 30% y el 60% (con un promedio de aproximadamente 35%).¹⁴

La demanda de manganeso de grado batería, especialmente del segmento de vehículos eléctricos (VE), ha experimentado un crecimiento notable, con un aumento del 28%.¹⁴ Las baterías con cátodos de óxido de litio-manganeso representan el 40% de los vehículos eléctricos de rango medio.¹⁴ Este aumento en la demanda ha impulsado inversiones significativas en instalaciones de purificación y procesamiento para producir compuestos de manganeso de alta pureza, necesarios para estas aplicaciones avanzadas.¹⁵

El manganeso se está posicionando como un motor crucial en la transición energética global, impulsado por la creciente demanda de vehículos eléctricos y tecnologías de almacenamiento de energía. Su incorporación en las químicas de baterías avanzadas no solo mejora la estabilidad y la eficiencia de costos de las baterías, sino que también contribuye a reducir la dependencia de otros metales más escasos o controvertidos. Esto convierte al manganeso en un componente estratégico para el futuro de la movilidad eléctrica y para el desarrollo de sistemas de energía renovable, subrayando su papel en la configuración de un futuro más sostenible.

6.3. Agricultura y Nutrición

En la agricultura, el manganeso es un micronutriente esencial para las plantas.¹⁸ Desempeña un papel crítico en el metabolismo vegetal, incluyendo la fotosíntesis, la respiración, la asimilación de nitrógeno, la germinación del polen, la elongación de las células radiculares y la resistencia a los patógenos de la raíz.¹⁸ Se utiliza en trazas en fertilizantes, y la demanda de fertilizantes a base de manganeso ha crecido un 12%, especialmente en suelos deficientes en micronutrientes.⁶

Para los seres humanos, el manganeso es un elemento dietético esencial.⁶ El cuerpo humano contiene aproximadamente 12 mg de manganeso, concentrado principalmente en los huesos, pero también presente en el hígado, los riñones y el cerebro.⁶ Actúa como cofactor para numerosas enzimas, incluyendo la glutamina sintetasa en los astrocitos del cerebro.⁶ Es vital para el metabolismo de macronutrientes, la formación ósea, los sistemas de defensa contra radicales libres, la reproducción, la coagulación sanguínea y el mantenimiento de un sistema inmunitario saludable.⁶ Las recomendaciones dietéticas (AI) varían según la edad y el sexo; por ejemplo, los hombres adultos necesitan aproximadamente 2.3 mg/día y las mujeres adultas 1.8 mg/día.¹⁶ Las fuentes dietéticas incluyen granos integrales, mariscos, frutos secos, legumbres, verduras de hoja, algunas frutas, té y especias.¹⁶ La deficiencia de manganeso es poco común, pero puede causar huesos débiles, crecimiento deficiente en niños, erupciones cutáneas y cambios de humor.¹⁶ El manganeso también se utiliza como aditivo en piensos para animales, en formas como gluconato de manganeso, óxido de manganeso y sulfato de manganeso.¹¹

6.4. Tratamiento de Agua

El manganeso tiene aplicaciones importantes en el tratamiento de agua. El permanganato de potasio se utiliza como biocida, desinfectante y agente antialgas.⁶ Además, los medios filtrantes a base de manganeso, como los comercializados bajo la marca Pyrolox®, son eficaces para mejorar la calidad del agua potable al eliminar hierro, manganeso, arsénico y sulfuro de hidrógeno.²⁷

Es importante señalar que la presencia de manganeso en el agua puede generar problemas. Concentraciones superiores a 0.15 mg/L pueden causar turbidez, alterar el sabor del agua y provocar manchas de color marrón en la ropa.¹² Para remover el manganeso disuelto del agua, se pueden emplear diversos procesos, incluyendo la oxidación (mediante aireación y cloración), el uso de catalizadores de dióxido de manganeso en presencia de un oxidante y filtración, el ajuste del pH, y la floculación-coagulación.¹²

6.5. Otras Aplicaciones

Más allá de sus usos principales, el manganeso encuentra aplicación en diversas industrias:

Aditivo para caucho: El óxido de manganeso se utiliza como aditivo en la fabricación de caucho.⁶
Fabricación de vidrio: Se emplea para decolorar el vidrio y en la producción de vidrio de color amatista.⁴
Cerámica: Se usa como pigmento y colorante.⁶
Pinturas y barnices: Actúa como pigmento y secante.⁷
Síntesis orgánica: El dióxido de manganeso es un oxidante químico en síntesis orgánica.²³
Catalizador: Compuestos como el nitrato de manganeso y el óxido de manganeso se utilizan como catalizadores en diversas reacciones químicas.⁷
Aditivos para gasolina: Se ha utilizado como aditivo para mejorar el octanaje de la gasolina.¹³
Pigmentos: Los iones de manganeso, dependiendo de su estado de oxidación, exhiben diferentes colores, lo que permite su uso como pigmentos industriales.⁹

7. Papel Biológico y Efectos Toxicológicos

El manganeso es un elemento que presenta un delicado equilibrio entre ser un micronutriente esencial y un agente tóxico en concentraciones elevadas, lo que impone desafíos significativos en la salud pública y la gestión ambiental.

7.1. Manganeso como Micronutriente Esencial

El manganeso es un micronutriente esencial para todos los organismos vivos conocidos.³ En el cuerpo humano, se estima que hay aproximadamente 12 mg de manganeso, la mayor parte concentrada en los huesos, pero también presente en órganos vitales como el hígado, los riñones y el cerebro.⁶ En el cerebro, el manganeso se une a metaloproteínas específicas, destacando la glutamina sintetasa en los astrocitos.⁶

Este elemento es un componente crítico de docenas de proteínas y enzimas, y actúa como cofactor en varios procesos biológicos.⁶ Es vital para el metabolismo de macronutrientes, la formación ósea, los sistemas de defensa contra radicales libres, la reproducción, la coagulación sanguínea y el mantenimiento de un sistema inmunitario saludable.⁶ En las plantas, el manganeso es crucial para la fotosíntesis, la activación enzimática y la resistencia a enfermedades.²

La deficiencia de manganeso en humanos es rara.¹⁶ Sin embargo, en casos de deficiencia, pueden presentarse problemas como debilidad ósea y crecimiento deficiente en niños, erupciones cutáneas, pérdida del color del cabello en hombres, y cambios de humor o dolores premenstruales más intensos en mujeres.¹⁶ En animales, la deficiencia puede causar deformidades esqueléticas e inhibir la producción de colágeno en la cicatrización de heridas.¹⁷

7.2. Efectos Toxicológicos por Altas Concentraciones

A pesar de su esencialidad, el manganeso puede tener efectos neurotóxicos en grandes cantidades, especialmente cuando se inhala.³ La exposición o ingesta excesiva puede conducir a una condición conocida como manganismo, un trastorno neurodegenerativo que provoca la muerte neuronal dopaminérgica y síntomas similares a los de la enfermedad de Parkinson, incluyendo temblores, dificultad para caminar, debilidad, somnolencia y poco apetito.¹³ Estos daños neurológicos pueden ser graves e incluso irreversibles.⁹

La inhalación de manganeso también puede irritar la nariz, la garganta y los pulmones, causando tos, sibilancias o falta de aire, y puede provocar una enfermedad similar a la gripe conocida como fiebre por humos metálicos.¹³ La exposición prolongada o repetida puede llevar a daño pulmonar permanente, daño hepático y anemia.¹³ En cuanto a los efectos reproductivos, el manganeso podría causar daño a los testículos y disminuir la fertilidad masculina.¹³ La Agencia de Protección Ambiental (EPA) ha concluido que la información científica existente es insuficiente para determinar si el exceso de manganeso puede producir cáncer.¹³

En el medio ambiente, el manganeso puede ser peligroso, especialmente para los organismos acuáticos.¹³ En las plantas, la toxicidad por manganeso se manifiesta inicialmente con necrosis en las puntas y márgenes de las hojas, así como manchas rojizas a marrones en las hojas más viejas.¹⁸ Para los humanos, se han establecido límites superiores de ingesta tolerable (UL); por ejemplo, para adultos, el límite superior es de 11 mg/día.¹⁶

El manganeso presenta un equilibrio crítico entre ser un micronutriente vital y un neurotóxico a concentraciones elevadas. Esta dualidad impone desafíos significativos en la salud pública y la gestión ambiental. Requiere una monitorización cuidadosa en la dieta, en entornos laborales (especialmente en industrias extractivas y metalúrgicas) y en el medio ambiente. La exposición excesiva puede tener consecuencias neurológicas graves e irreversibles, mientras que su deficiencia, aunque rara, también conlleva problemas de salud. Por lo tanto, la gestión del manganeso debe ser precisa para aprovechar sus beneficios sin incurrir en sus riesgos.

8. Conclusiones

El manganeso (Mn) es un elemento químico de transición indispensable, cuya versatilidad se manifiesta en su amplio espectro de aplicaciones industriales y su papel vital en los sistemas biológicos. Desde su aislamiento en el siglo XVIII hasta su rol central en la economía global actual, el manganeso ha demostrado ser un componente fundamental para el desarrollo tecnológico y la vida misma.

Su obtención, principalmente a partir de minerales como la pirolusita, se realiza mediante procesos pirometalúrgicos para ferroaleaciones a gran escala y procesos hidrometalúrgicos más complejos para manganeso de alta pureza, esencial para aplicaciones avanzadas. La concentración de sus yacimientos en unos pocos países subraya la dependencia geopolítica de su suministro, mientras que la existencia de nódulos oceánicos sugiere futuras vías de extracción con sus propios desafíos ambientales.

Las propiedades físicas del manganeso, como su dureza y fragilidad, lo hacen inadecuado como material estructural puro, pero invaluable como agente de aleación, mejorando significativamente las propiedades mecánicas del acero. Químicamente, su capacidad para exhibir múltiples estados de oxidación es la base de su reactividad y su funcionalidad como oxidante, reductor y catalizador en una miríada de compuestos.

En la industria, el manganeso es el pilar de la siderurgia, donde más del 90% de su consumo se destina a mejorar la resistencia y durabilidad del acero. Además, se está convirtiendo en un motor crucial para la transición energética, con una demanda creciente en la fabricación de baterías de vehículos eléctricos. Su importancia se extiende a la agricultura, como micronutriente esencial para las plantas, y al tratamiento de agua, donde sus compuestos actúan como desinfectantes y medios filtrantes.

Sin embargo, la dualidad del manganeso como micronutriente esencial y neurotóxico en altas concentraciones plantea un equilibrio crítico. Si bien es vital para la salud humana y vegetal, la exposición excesiva puede tener consecuencias graves e irreversibles, lo que exige una gestión cuidadosa en entornos laborales y una monitorización ambiental rigurosa.

En resumen, el manganeso es un elemento multifacético cuyas propiedades únicas lo hacen irremplazable en la metalurgia moderna y un componente estratégico en las tecnologías emergentes de energía. Su ciclo de vida, desde la extracción hasta su impacto biológico, requiere una comprensión profunda y una gestión responsable para maximizar sus beneficios y mitigar sus riesgos.

Obras citadas

es.wikipedia.org, fecha de acceso: junio 20, 2025, https://es.wikipedia.org/wiki/Manganeso#:~:text=El%20manganeso%20es%20un%20elemento,y%20se%20simboliza%20como%20Mn.
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