Der Mangangehalt in Meerwasser liegt bei durchschnittlich 0,03-2 ppb, ist jedoch relativ stark variabel. Bei Flusswasser liegt dieser Wert bei etwa 5 ppb. Phytoplankton enthält normalerweise Konzentrationen von 6-14 ppm (trockenmassebezogen) oder auch mehr. Hieraus lässt sich ein Biokonzentrationsfaktor von circa 104 gegenüber Meerwasser ableiten. Meeresfische enthalten 0,3-4,6 ppm Mangan und Austerngewebe etwa 17 ppm (trockenmassebezogen). Einige Weichtiere können das Element stark anreichern.
In gelöster Form kommt Mangan vor allem als Mn2+ vor, in Salzwasser spielt jedoch auch MnCl+ eine wichtige Rolle.
Mangan reagiert unter normalen Umständen nicht mit reinem Wasser. Es kann jedoch, vergleichbar mit Eisen bei zusätzlichem Kontakt mit Sauerstoff, rosten.
Vor allem die häufig vorkommenden oxidierten Formen von Mangan, wie beispielsweise Mangan(IV)oxid, sind in Wasser meist schlecht bis unlöslich. Mangan(II)sulfat ist ein Beispiel für eine Manganverbindung, die gut wasserlöslich ist. Die Löslichkeit der hydratisierten Form dieser Verbindung beträgt 652 g/L.
Löslichkeit und wie diese beeinflusst werden kann Mangan ist nach Eisen das zweithäufigste Metall und kommt in der Natur in einigen Mineralien, wie Pyrolusit oder Manganit, sowie in Eisenerzen vor. Auf dem Meeresboden der Tiefsee, aber auch von Küstengebieten und sogar manchen Süßwasserseen, befinden sich zudem sogenannte Manganknollen, die das Element zu 27% enthalten, schwarz und meist faustgroß sind. In Grundwasser sind eigentlich immer oft ungewünschte Spuren von Mangan zu finden.
Zu kommerziellen Zwecken werden sowohl in der Natur bestehende, als auch industriell hergestellte Manganverbindungen verwendet. Die bedeutendsten Verwendungszwecke finden sich wohl in der Herstellung von Stahl für beispielsweise Eisenbahnschienen, einigen anderen Legierungen, mit unter anderem Aluminium, und Batterien. Auch Magnetkerne, etwa für Schaltkarten in Fernsehern und Computern, werden mit Hilfe von Mangan hergestellt. Andere, oft organische Manganverbindungen, werden als Fungizide und Antiklopfmittel verwendet. Zur Mangandüngung benutzt man häufig Mangansulfat. Zudem wird diese Verbindung gerne Tierfutter hinzugefügt.
Auch in Gummi und Keramik sind Manganverbindungen zu finden. Altbekannt ist die Methode, mit Hilfe von Mangan den natürlichen leicht grünen Farbton von Glas zu entfernen. Es dient außerdem als Pigment und Katalysator in der Industrie.
Kaliumpermanganat ist ein starker Oxidator, der Bakterien abtötet und deswegen gerne in der Abwasserbehandlung und Trinkwasserbereitung verwendet wird.
Mangan ist für alle Organismen essentiell. Umweltschäden durch das Element sind bisher eigentlich nicht bekannt, und es gilt als relativ untoxisch.
In normalen lufttrockenen Böden sind etwa 20-3000 ppm Mangan enthalten. Für Pflanzen ist es von Belang, weil es unter anderem für die Fotosynthese benötigt wird. Sie enthalten normalerweise 10-200 ppm (trockenmassebezogen), wobei die Extreme zwischen 1 und 700 ppm Mangan liegen. Das Auftreten von sowohl Mangelerscheinungen als Vergiftungssymptomen ist dennoch sehr selten. Am ehesten kann Toxizität durch Mangan in sauren Böden erreicht werden, da seine Löslichkeit hier am höchsten ist. Auch die Düngung mit kompostierter Baumrinde erhöht den Mangangehalt im Boden, und durch Dämpfen der Erde zur Schädlingsbekämpfung wird mehr Mangan im Bodenwasser gelöst. Ab einem Mangangehalt von 500 ppm in der Trockenmasse von Pflanzen sind toxische Effekte üblich. Während der seltenen Manganmangel zu Wachstumsstörungen führt, verursacht ein Überschuss Chlorose.
Von dem durch Warmblüter aufgenommenen Mangan werden nur etwa 3% resorbiert, wobei sich diese Rate bei Eisenmangel erhöht. Dennoch kommt Manganmangel normalerweise höchsten bei auf manganarmen Weiden grasenden Tieren vor. Auch relativ große Überdosen können ohne schwerwiegendere Folgen vertragen werden. Das Element wird vor allem in mitochondrienreichen Organen, sowie Muskeln und Haarpigmenten gespeichert.
Während das Mn2+-Ion als ungiftig gilt, ist das Permangantion, MnO4-, toxisch. Mn3+ ist die biologisch aktive Form des Elements, die jedoch recht instabil ist. Einige Manganverbindungen, wie etwa Mangan(II)chlorid und Mangan(II)sulfat, wiesen bei Versuchstieren eine karzinogene Wirkung auf.
Manganazid ist eine der wenigen Manganverbindungen, die für Umweltprobleme sorgen kann und als stark wassergefährdend gilt. In Gewässern lebende Manganbakterien sind übrigens in der Lage, Mangan(II)- und Eisen(II)salze zu Mangan(III)- und Eisen(III)salzen zu oxidieren.
Von Natur aus hat Mangan ein einziges stabiles Isotop. Inzwischen gibt es jedoch auch neun radioaktive Isotope dieses Elements.
Mangan ist auch für den Menschen ein essentielles Element. Trotz der geringen Resorptionsrate von etwa 5%, kommen bei der üblichen täglichen Einnahme von durchschnittlich etwa 2-4 mg Mangelerkrankungen so gut wie nie vor. Auch relativ große Einnahmen können meist ohne größere Probleme vertragen werden. Täglich wird eine Einnahme von bis zu 5 mg als ungefährlich angesehen.
Mangan ist zu etwa 0,2 ppm im menschlichen Körper enthalten und wird vor allem in Leber, Nieren und anderen mitochondrienreichen Organen, sowie der Muskulatur und Haarpigmenten gespeichert. Es aktiviert zahlreiche Enzyme oder ist ein Bestandteil dieser.
Bei den selten auftretenden Vergiftungen mit Mangan werden vor allem das zentrale Nervensystem und die Nieren geschädigt. Permanganat ist wesentlich giftiger. So können etwa 5-8 g Kaliumpermanganat (KMnO4) für den Menschen tödlich sein. Auch Manganstaub, der zum sogenannten Manganismus führt, und Mangandämpfe gelten als deutlich gefährlicher. Die Abwehrzellen der Lunge können bei Inhalation dieser zerstört werden. Mangansalze wirken wahrscheinlich zum Teil krebserregend.
Obwohl die Umwelt- und Gesundheitseffekte von Mangan sehr begrenzt sind, sind das Element und seine Verbindungen im Wasser oft unerwünscht. Im Trinkwasser beeinflussen erhöhte Konzentrationen Geschmack und Farbe. Auf der Wäsche kann Mangan, das vor allem in sauerstoffarmem Grundwasser, meist zusammen mit Eisen vorkommt, braun-schwarze Flecken hinterlassen. Deswegen wird Mangan auch häufig gemeinsam mit Eisen aus Grundwasser entfernt.
Die Entmanganung kann je nach Verbindung durch Oxidation (Manganoxide sind unlöslich) mit darauffolgender Fällung und Filtration, aber auch mit Hilfe von Ionenaustauschern, Umkehrosmose und Elektrodialyse vorgenommen werden. Filtration ist vor allem bei Nutzung von Braunsteinfiltern effektiv.
Manganbakterien haben die Fähigkeit Mangan(II)- und Eisen(II)salze zu Mangan(III)- und Eisen(III)salzen zu oxidieren.
Kaliumpermanganat wird wegen seiner stark oxidierenden, bakteriziden Wirkung selbst gerne in der Wasserbehandlung verwendet. Die EU-Trinkwasserrichtlinie gesteht eine Mangankonzentration von maximal 0,05 mg/L zu. Dieser Wert wurde auch in der deutschen Trinkwasserverordnung übernommen. Quellenangaben
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