MAGNÉZIUM: TÖRTÉNELEM, SZERKEZET, TULAJDONSÁGOK, REAKCIÓK, FELHASZNÁLÁSOK - KÉMIA - 2025

A magnézium a periódusos rendszer 2. csoportjába tartozó alkáliföldfémek. Atomszám 12, és az Mg kémiai szimbólum jelöli. Ez a földkéreg nyolcadik legszélesebb körű eleme, ennek körülbelül 2,5% -a.

Ez a fém, hasonlóan rokonaihoz és alkálifémeihez, nem található meg a természetben a natív állapotában, hanem más elemekkel kombinálva számos vegyületet képez a sziklákban, tengervízben és sós lében.

Mindennapi tárgyak magnéziummal. Forrás: Firetwister a Wikipedia-ból.

A magnézium része az ásványoknak, például a dolomitnak (kalcium- és magnézium-karbonát), a magnezitnek (magnézium-karbonát), karnalitnak (magnézium- és kálium-klorid-hexahidrát), brucitnek (magnézium-hidroxid), és a szilikátoknak, például a talkumnak és olivin.

Meghosszabbításának leggazdagabb természetes forrása a tenger, amelynek bősége 0,13%, bár a Nagy Sós-tó (1,1%) és a Holt-tenger (3,4%) magasabb magnézium-koncentrációval rendelkezik. Vannak sós sók, amelyekben magas a tartalom, amelyet bepárlással koncentrálnak.

A magnézium valószínűleg a magnezitből származik, amelyet Magnesia-ban találtak, Thesszália régiójában, az ókori Görögországban. Ugyanakkor hangsúlyozták, hogy a magnetitet és a mangánt ugyanabban a régióban találták.

A magnézium erőteljesen reagál oxigénnel 645 ° C feletti hőmérsékleten. Eközben a magnézium por száraz levegőben ég, intenzív fehér fényt bocsát ki. Ezért fényforrásként használták a fényképezésben. Jelenleg ezt a tulajdonságot továbbra is használják a pirotechnikában.

Ez az élőlények alapvető eleme. Ismert, hogy több mint 300 enzim kofaktora, ideértve több glikolízis enzimet is. Ez az élőlények számára létfontosságú folyamat, mivel kapcsolatban áll az ATP, a fő sejtes energiaforrás előállításával.

Hasonlóképpen, egy olyan komplex része, amely hasonló a hemoglobin hemcsoportjához, jelen van a klorofillben. Ez egy pigment, amely részt vesz a fotoszintézis megvalósításában.

Történelem

Elismerés

Joseph Black, a skót vegyész 1755-ben elismerte elemét, kísérletileg megmutatva, hogy különbözik a kalciumtól, egy fémetől, amellyel összekeverik.

Ebben a tekintetben Black írta: "Kísérlettel már láthatjuk, hogy az alba-magnézium (magnézium-karbonát) egy sajátos föld és rögzített levegő vegyülete."

Elkülönítés

1808-ban Sir Humprey Davynek elektrolízissel sikerült elválasztania azt magnézium és higany amalgámjának előállítására. Ezt úgy végezte, hogy nedves szulfát-sóját elektrolizálta katódként higany felhasználásával. Ezt követően a higanyt elpárologtatta a malgamból melegítés közben, így a magnéziummaradék maradt.

A. Bussy, egy francia tudós, 1833-ban sikerült előállítani az első fémes magnéziumot. Ehhez a Bussy előállította az olvadt magnézium-klorid metál káliummal történő redukcióját.

Michael Faraday brit tudós 1833-ban először a magnézium-klorid elektrolízisét alkalmazta e fém izolálására.

Termelés

1886-ban a német Aluminium und Magnesiumfabrik Hemelingen cég az olvadt karnalit (MgCl ₂ · KCl · 6H ₂ O) elektrolízisével végzett magnézium előállítására.

A Hemelingennek, a Farbe ipari komplexummal (IG Farben) együttműködve, sikerült kifejlesztenie egy olyan módszer kidolgozását, amely nagy mennyiségű olvadt magnézium-klorid előállítását célozza elektrolízis céljából magnézium és klór előállításához.

A második világháború alatt a Dow Chemical Company (USA) és a Magnesium Elektron LTD (Egyesült Királyság) megkezdte a tengervíz elektrolitikus redukcióját; a texasi Galveston-öbölből és az Északi-tengertől az angliai Hartlepoolba pumpálják magnézium előállítása céljából.

Ugyanakkor az Ontario (Kanada) létrehoz egy technikát annak előállítására az LM Pidgeon eljárás alapján. A technika magában foglalja a magnézium-oxid szilikátokkal történő hőredukcióját külsőleg égethető utókorrekciókban.

A magnézium szerkezete és elektronkonfigurációja

A magnézium kristályosodik egy kompakt hatszögletű szerkezetben, ahol minden atomját tizenkét szomszéd veszi körül. Ez sűrűbbé teszi a többi fémet, mint például a lítium vagy a nátrium.

Elektronikus konfigurációja 3s ², két valencia elektrontal és tíz belső héjjal. Azáltal, hogy egy extra elektrontal rendelkezik a nátriumhoz képest, fémkötése erősebbé válik.

Ennek oka az, hogy az atom kisebb, és magjában még egy proton van; ezért nagyobb vonzóhatást gyakorolnak a szomszédos atomok elektronjaira, amelyek összehúzzák a távolságot. Mivel két elektron is van, a kapott 3s-sáv tele van, és még jobban képes érzékelni a magok vonzódását.

Ezután az Mg-atomok sűrű hatszögletű kristályt képeznek erős fémkötéssel. Ez magyarázza sokkal magasabb olvadáspontját (650 ºC), mint a nátriumé (98 ºC).

Az atomok mindhárom másodperces pályája és tizenkét szomszédjuk minden irányban átfedésben van a kristályon belül, és a két elektron távozik, amint két másik jön; így tovább, anélkül, hogy az Mg ²⁺ kationok származnának.

Oxidációs számok

A magnézium elveszíthet két elektronot, amikor vegyületeket képez, és Mg ²⁺ kationvá válhat, amely izoelektronikus a nemesgáz neonhoz. Ha figyelembe vesszük annak jelenlétét bármely vegyületben, a magnézium oxidációs száma +2.

Másrészt, és bár kevésbé gyakori, képződhet az Mg ⁺ kation, amely csak elvesztette két elektronját és izoelektronikus a nátriumhoz képest. Ha feltételezzük, hogy jelen van egy vegyületben, akkor a magnézium oxidációs száma +1.

Tulajdonságok

Fizikai megjelenés

Briliáns fehér szilárd anyag tiszta állapotban, mielőtt oxidálódik vagy reagál a nedves levegővel.

Atomtömeg

24,304 g / mol.

Olvadáspont

650 ° C

Forráspont

1091 ° C

Sűrűség

1,738 g / cm ³, szobahőmérsékleten. Y 1,584 g / cm ³ a olvadási hőmérséklet; azaz a folyékony fázis kevésbé sűrű, mint a szilárd fázis, mint ahogy a legtöbb vegyület vagy anyag esetében.

A fúziós hő

848 kJ / mol.

A párolgás hője

128 kJ / mol.

Moláris kalóriakapacitás

24,869 J / (mol · K).

Gőznyomás

701 K-nál: 1 Pa; vagyis gőznyomása nagyon alacsony.

elektronegativitás

1.31 a Pauling skálán.

Ionizációs energia

Az ionizáció első szintje: 1 737,2 kJ / mol (Mg ⁺ gáz)

Az ionizáció második szintje: 1450,7 kJ / mol (Mg ²⁺ gáz, kevesebb energiát igényel)

Az ionizáció harmadik szintje: 7,732,7 kJ / mol (Mg ³⁺ gáz, és sok energiát igényel).

Atomic radio

160 órakor.

Kovalens sugár

141 ± 17 óra

Atomi térfogat

13,97 cm ³ / mol.

Hőtágulás

24,8 µm / m · K 25 ° C-on.

Hővezető

156 W / m K.

Elektromos ellenállás

43,9 nΩ · m 20 ° C-on.

Elektromos vezetőképesség

22,4 × 10 ⁶ S cm ³.

Keménység

2,5 a Mohs skálán.

Elnevezéstan

A fém-magnéziumnak nincs más hozzárendelt neve. Vegyületeit, mivel úgy ítélik meg, hogy az oxidációs számuk többségében +2, az állomány-nómenklatúrát használják, anélkül, hogy az említett számot zárójelben kellene megadni.

Például az MgO magnézium-oxid, és nem a magnézium (II) -oxid. A szisztematikus nómenklatúra szerint az előző vegyület magnézium-monoxid, nem pedig magnézium-monoxid.

A hagyományos nómenklatúra oldalán ugyanez történik az állomány-nómenklatúrával: a vegyületek neve ugyanúgy végződik; vagyis a –ico utótaggal. Így az MgO ezen nómenklatúra szerint magnézium-oxid.

Ellenkező esetben a többi vegyületnek közönséges vagy ásványtani elnevezése lehet, vagy nem, vagy szerves molekulákból (szerves magnéziumvegyületekből) állhat, amelyek nómenklatúrája a molekuláris szerkezetetől és az alkil (R) vagy aril (Ar) szubsztituensektől függ.

Ami a szerves magnéziumvegyületeket illeti, szinte mindegyik Grignard-reagens, RMgX általános képlettel. Például, BrMgCH ₃ jelentése metil-magnézium-bromid. Vegye figyelembe, hogy az első kapcsolatfelvétel során a nómenklatúra nem tűnik olyan bonyolultnak.

alakzatok

ötvözetek

A magnéziumot az ötvözetekben használják, mert könnyű fém, főleg alumíniumötvözetekben használják, ami javítja a fém mechanikai tulajdonságait. Vasal ötvözetekben is használták.

Az ötvözetekben való felhasználása azonban csökkent, mivel hajlamos korrodálódni a magas hőmérsékleten.

Ásványok és vegyületek

Reaktivitása miatt nem található meg a földkéregben natív vagy elemi formájában. Inkább sok kémiai vegyület részét képezi, amelyek körülbelül 60 ismert ásványból állnak.

A magnézium leggyakoribb ásványi anyagai a következők:

-Dolomit, kalcium- és magnézium-karbonát, MgCO ₃ CaCO ₃

-Magnesit, magnézium-karbonát, CaCO ₃

-Brucit, magnézium-hidroxid, Mg (OH) ₂

-karnalit, magnézium-kálium-klorid, MgCl ₂ · KCl · H ₂ O

Ez más ásványok formájában is lehet, például:

-Kieserite, magnézium-szulfát, magnézium-szulfát felett ₄ H ₂ O

-Forsterite, magnézium-szilikát, MgSiO ₄

-Krisiszotil vagy azbeszt, másik magnézium-szilikát, Mg ₃ Si ₂ O ₅ (OH) ₄

Talkum, Mg ₃ Si ₁₄ O ₁₁₀ (OH) ₂.

Izotóp

A magnézium a természetben három természetes izotóp kombinációjaként található meg: ²⁴ Mg, 79% -os bőséggel; ²⁵ Mg, 11% -os bőséggel; és ²⁶ Mg, 10% -os bőséggel. Ezen kívül 19 mesterséges radioaktív izotóp van.

Biológiai szerepe

glikolízis

A magnézium nélkülözhetetlen elem minden élőlényben. Az emberek napi 300–400 mg magnézium-bevitelt kapnak. Testtartalma 22–26 g, felnőtt emberben, főleg a csontvázban koncentrálva (60%).

A glikolízis egy olyan reakciósorozat, amelyben a glükóz piruvsavvá alakul át, 2 ATP molekula nettó termelésével. A piruvát-kináz, a hexokináz és a foszfofrukt-kináz többek között a glikolízis enzimei, amelyek Mg-t használnak aktivátorként.

DNS

A DNS két nukleotidláncból áll, amelyek szerkezetében negatív töltésű foszfátcsoportok vannak; ezért a DNS-szálak elektrosztatikus repulción mennek keresztül. A Na ⁺, K ⁺ és Mg ²⁺ ionok semlegesítik a negatív töltéseket, megakadályozva a láncok disszociációját.

ATP

Az ATP molekula foszfátcsoportokat tartalmaz negatív töltésű oxigénatomokkal. Elektromos visszatérés következik be a szomszédos oxigénatomok között, amelyek lebonthatják az ATP-molekulát.

Ez nem történik meg, mert a magnézium kölcsönhatásba lép a szomszédos oxigénatomokkal, kelátot képezve. Az ATP-Mg-ről azt mondják, hogy az ATP aktív formája.

Fotoszintézis

A magnézium nélkülözhetetlen a fotoszintézishez, amely a növények energiafelhasználásának központi folyamata. Ez a klorofill része, amelynek belső felépítése hasonló a hemoglobin hemcsoportjához; de a közepén egy magnézium-atommal, mint egy vas-atommal.

A klorofill abszorbeálja a könnyű energiát, és fotoszintézisben felhasználja azt, hogy a szén-dioxidot és a vizet glükózzá és oxigénné alakítsa. A glükózt és az oxigént később felhasználják az energia előállításához.

Szervezet

A plazma magnézium koncentrációjának csökkenése izomgörcsökkel jár; szív- és érrendszeri betegségek, például hipertónia; cukorbetegség, csontritkulás és más betegségek.

A magnézium-ion részt vesz az idegsejtek kalciumcsatornáinak működésében. Magas koncentrációban blokkolja a kalciumcsatornát. Éppen ellenkezőleg, a kalcium csökkenése az ideg aktivációját eredményezi, mivel lehetővé teszi a kalcium belépését a sejtekbe.

Ez megmagyarázza az izomsejtek görcsét és összehúzódását a fő erek falában.

Hol található és gyártás

A magnézium nem található meg a természetben elemi állapotban, hanem körülbelül 60 ásványi anyag és számos vegyület részét képezi, amelyek a tengerben, a sziklákban és a sós lében találhatóak.

A tenger magnéziumkoncentrációja 0,13%. Mérete miatt a tenger a világ legfontosabb magnézium-tározója. Egyéb magnézium tározók a Nagy Sós-tó (USA) 1,1% magnézium-koncentrációval és a Holt-tenger, amelynek koncentrációja 3,4%.

A magnézium-ásványokat, a dolomitot és a magnezitet az ereiben hagyományos bányászati ​​módszerekkel nyerik ki. Eközben a karnalit oldatokat használnak, amelyek megengedik a többi sónak a felületre emelkedését, miközben a karnalitet a háttérben tartják.

A magnéziumtartalmú sós sót a tavakban napsugárzással koncentrálják.

A magnézium két módszerrel nyerhető: elektrolízissel és hőredukcióval (Pidgeon-folyamat).

Elektrolízis

Az elektrolízis során vízmentes magnézium-kloridot, részlegesen dehidratált vízmentes magnézium-kloridot vagy ásványi vízmentes karnalitet tartalmazó olvadt sókat használnak. Bizonyos körülmények között a természetes karnalit szennyeződésének elkerülése érdekében a mesterségeset használják.

A magnézium-klorid a Dow cég által kidolgozott eljárás követésével is előállítható. A vizet flokkulátorban keverjük össze az enyhén kalcinált ásványi dolomittal.

A keverékben lévő magnézium-kloridot kalcium-hidroxid hozzáadásával Mg (OH) ₂ -vé alakítják a következő reakció szerint:

MgCI ₂ + Ca (OH) ₂ → Mg (OH) ₂ + CaCI ₂

A kicsapódott magnézium-hidroxidot sósavval kezeljük, magnézium-kloridot és vizet állítva elő a vázolt kémiai reakció szerint:

Mg (OH) ₂ + 2 HCI → MgCI ₂ + 2 H ₂ O

Ezután a magnézium-kloridot dehidrációs folyamatnak vetik alá, amíg a hidratáció el nem éri a 25% -ot, és a dehidráció befejeződik az olvasztási folyamat során. Az elektrolízist 680-750 ° C hőmérsékleten hajtják végre.

MgCI ₂ → Mg + Cl ₂

Az anódon diattóm-klór képződik, és az olvadt magnézium a sók tetejére lebeg, ahol összegyűjtésre kerül.

Hőcsökkentés

A gőzéből lerakódott magnéziumkristályok. Forrás: Warut Roonguthai. A Pidgeon eljárás során az őrölt és kalcinált dolomitot finoman őrölt ferroszilíciummal keverik össze, majd hengeres nikkel-króm-vas utókorrekcióba helyezik. A retuszok egy sütő belsejében vannak elhelyezve, és sorban vannak a sütőn kívüli kondenzátorokkal.

A reakció 1200 ° C hőmérsékleten és 13 Pa alacsony nyomáson megy végbe. A magnézium kristályokat eltávolítják a kondenzátorokból. Az előállított salakot a retusok aljáról gyűjtik össze.

2 CaO + 2 MgO + Si → 2 Mg (gáznemű) + Ca ₂ SiO ₄ (salak)

A kalcium- és magnézium-oxidokat a dolomitban található kalcium- és magnézium-karbonátok kalcinálásával állítják elő.

reakciók

A magnézium erőteljesen reagál savakkal, különösen az oxidokkal. Salétromsavval való reakciója magnézium-nitrátot eredményez, Mg (NO ₃) ₂. Ugyanígy reagál sósavval magnézium-klorid és hidrogén-gáz előállítása céljából.

A magnézium nem reagál lúgokkal, például nátrium-hidroxiddal. Szobahőmérsékleten egy vízben oldhatatlan magnézium-oxid réteggel borítják, amely megóvja a korróziótól.

Vegyi vegyületeket képez, többek között, klórral, oxigénnel, nitrogénnel és kénnel. Magas hőmérsékleten erősen reagál oxigénnel.

Alkalmazások

- Elemi magnézium

ötvözetek

A magnéziumötvözeteket használták repülőgépekben és autókban. Ez utóbbi követelmény a szennyező gázok kibocsátásának csökkentésére, a gépjárművek súlyának csökkentésére.

A magnézium felhasználása alacsony súlyán, nagy szilárdságán és könnyű ötvözetek előállításán alapul. Az alkalmazások között szerepelnek kéziszerszámok, sportcikkek, kamerák, készülékek, poggyászkeretek, autóalkatrészek, repülőgépipar.

A magnéziumötvözeteket használnak repülőgépek, rakéták és űr műholdak gyártásában, valamint fotómaratásban is egy gyors és ellenőrzött gravírozás előállításához.

Kohászat

Kis mennyiségben adnak magnéziumot az öntött fehér vashoz, ami javítja szilárdságát és alakíthatóságát. Ezenkívül a mészhez kevert magnéziumot folyékony kohó vasba injektálják, javítva az acél mechanikai tulajdonságait.

A magnézium részt vesz a titán, urán és hafnium előállításában. Redukálószerként működik a titán-tetrakloridon a Kroll-eljárásban, és így titánt eredményez.

Elektrokémia

A magnéziumot száraz cellában, anódként, ezüst-kloridot pedig katódként használják. Amikor a magnézium elektromos érintkezésbe kerül acéllel víz jelenlétében, akkor áldozatul korrodálódik, és az acél sértetlen marad.

Ez az acélvédelem megtalálható a hajókban, tárolótartályokban, vízmelegítőkben, hídszerkezetekben stb.

Pirotechnika

Porban vagy szalagban lévő magnézium ég, nagyon intenzív fehér fényt bocsát ki. Ezt a tulajdonságot katonai pirotechnikában használják tüzek felgyulladására vagy lángok megvilágítására.

Finom eloszlású szilárd anyagot tüzelőanyag-összetevőként használták, különösen a szilárd rakétahajtóanyagokban.

- Vegyületek

Magnézium-karbonát

Kazánok és csövek hőszigetelőjeként használják. Mivel higroszkópos és vízben oldódik, azt arra használják, hogy megakadályozzák a közönséges só összenyomódását a sós rázókban, és nem folynak megfelelően az ételek fűszerezése során.

Magnézium-hidroxid

Tűzállóként alkalmazható. Vízben feloldva a közismert magnézium-tejet képezi, amely fehéres szuszpenzió, amelyet savmegkötő és hashajtóként használtak.

Magnézium-klorid

Nagy szilárdságú padlócement gyártásához, valamint adalékanyagként a textilgyártásban használják. Ezen túlmenően flokkuláló szerként szolgálnak a szója tejben tofu előállításához.

Magnézium-oxid

Tűzálló téglák gyártásához használják, hogy ellenálljanak a magas hőmérsékleten, valamint hő- és elektromos szigetelő anyagként. Hashajtóként és savmegkötő szerként is felhasználják.

Magnézium-szulfát

Iparban használják cement és műtrágyák előállításához, cserzéshez és festéshez. Szárítószer is. A Epsom só, MgSO ₄ · 7H ₂ O, használják hashajtóként.

- Ásványok

hintőpor

Ez a legkevesebb keménységű standard (1) a Mohs-skála szerint. Töltőanyagként szolgál a papír és karton gyártásában, valamint megelőzi a bőr irritációját és hidratálódását. Hőálló anyagok gyártásához és sok kozmetikumokban használt por alapjául szolgálnak.

Krizotil vagy azbeszt

Hőszigetelőként és az építőiparban mennyezetek gyártásához használták. Jelenleg a tüdőrákos rostok miatt nem használják.

Irodalom

1. Mathews, CK, van Holde, KE és Ahern, KG (2002). Biokémia. 3 ^volt Edition. Szerkesztõ Pearson Educación, SA
2. Wikipedia. (2019). Magnézium. Helyreállítva: en.wikipedia.org
3. Clark J. (2012). Fémes kötés. Helyreállítva: chemguide.co.uk
4. Hull AW (1917). A magnézium kristályszerkezete. Az Amerikai Egyesült Államok Nemzeti Tudományos Akadémia folyóiratai, 3 (7), 470–473. doi: 10.1073 / pnas.3.7.470
5. Timothy P. Hanusa. (2019. február 7.) Magnézium. Encyclopædia Britannica. Helyreállítva: britannica.com
6. Hangzhou LookChem Network Technology Co. (2008). Magnézium. Helyreállítva: lookchem.com