Mangan är inte ett särskilt giftigt mineral. Faktiskt, människor behöver lite i sin kost för att förbli friska.

Forskning vid Washington University i St. Louis har dock visat, att i kombination med vissa andra kemikalier, naturligt förekommande mangan kan leda till stora förändringar i vattnet i blyrör. Beroende på vilka desinfektionsmedel som används i vattnet, dessa förändringar kan få betydande – till och med farliga – konsekvenser.

Resultaten publicerades nyligen i Miljövetenskap och teknik .

Forskningen fokuserar på en unik form av bly, PbO2 eller blydioxid (bly i plus-4 oxidationstillstånd). Blydioxid har en mycket låg vattenlöslighet - den löser sig inte lätt enbart i vatten. Det är också ovanligt i naturen, till skillnad från den mer välbekanta PbCO3, blykarbonatet som utgör fjällen som tenderar att bildas på rör.

"Du hittar inte PbO ₂ i miljön eftersom det inte finns något starkt oxidationsmedel, sa Daniel Giammar, Walter E. Browne professor i miljöteknik vid McKelvey School of Engineering. "Men bra desinfektionsmedel är ofta bra oxidationsmedel."

Klor är ett utmärkt desinfektionsmedel, så mycket att det används ofta i dricksvatten i Amerika och över hela världen. Det är också ett bra oxidationsmedel och främjar omvandlingen av blykarbonat till blydioxid.

Det visar sig, dock, att processen inte är särskilt snabb, ett faktum som jibbar med vissa verkliga system, men, till synes, inte med andra.

"Om du tittar på ett system som har blyrör och fritt klor, sedan gör du beräkningarna, du kan förvänta dig att varenda en skulle ha blydioxid på rören, " sa Giammar. "Men det ser vi inte. Det får oss att tänka:Något annat påverkar huruvida ett visst system slutar med blydioxid på sin inre yta eller inte.

"Det är där mangan kommer in."

I närvaro av oxidanter, mangan kan lätt ändra oxidationstillstånd; om mangan kommer i kontakt med klor, det är oxiderat, förvandlas till manganoxid. Både i datormodeller och i experiment som efterliknade vattenrör – kompletta med konstgjort kranvatten – fann Giammars labb att manganoxiden fungerade som en katalysator, öka omvandlingshastigheten från blykarbonat till blydioxid med två storleksordningar.

"Kloret är fortfarande reaktanten som driver blyomvandlingen, men manganoxiden fungerar som en katalysator för att göra det snabbare, " sa Giammar.

Denna forskning kan mycket väl hjälpa till att informera om hur andra kemiska interaktioner påverkar hastigheten för omvandling av bly. "Vilka andra saker som inte är bly kan påverka dessa priser?" frågade Giammar. "Gör järnoxider det? Aluminium är något vi kommer att studera, för."

Ytterligare forskning om att förstå vilka reaktioner som påverkar blyomvandlingshastigheten och i övrigt påverkar tillgängligheten av bly i vatten kommer att leda till mer än genombrott i labbet. De kommer att få verkliga konsekvenser för hälsan.

Ta Washington, D.C. år 2000, till exempel.

Distriktets vatten- och avloppsmyndighet bytte från ett klordesinfektionsmedel till ett mindre starkt som heter kloramin eftersom kloret skapade några obehagliga biprodukter. Men det blev en oförutsedd konsekvens.

"När vattenmyndigheten bytte desinfektionsmedel, blydioxiden i rörvågen var inte längre stabil, ", sade han. "Det löste sig snabbt och genererade höga koncentrationer av bly i kranvattnet."

Händelserna i D.C. gjorde att andra system som använder fritt klor började ställa frågor om huruvida de skulle oroa sig för blydioxid om de skulle byta till kloramin. Intressant många system observerar blydioxid i vågen på blyledningar, men andra system gör det inte. Varierande koncentrationer av mangan bland offentliga vattensystem skulle potentiellt kunna förklara dessa skillnader.

"Hur du ska behandla ditt vatten beror på källan och dess sammansättning, även din infrastruktur, " sa Giammar. "Det finns ingen storlek som passar alla."

Denna upptäckt var en olycka.

Laboratoriet körde ytterligare ett experiment med konstgjort kranvatten i blyrör och behandlade det med klor för att se om de kunde skapa blydioxid.

De inkluderade ämnen som vanligtvis finns i kranvatten:kalcium, magnesium, natrium och klorid. "Det var en ny student som arbetade med projektet och, istället för att tillsätta magnesium, hon tillsatte mangan, " sa Giammar.

Sedan blev det konstigt. "Vattnet hade varit klart, helt plötsligt var det molnigt och svart."

Det kom mycket blynederbörd under några veckor, men sedan slocknade det.

"Vi öppnade rören och tittade, "Sade Giammar. "Åh, vi har blydioxiden vi försökte göra." Manganet påskyndade bara processen.