MAGNEZIJ: ZGODOVINA, STRUKTURA, LASTNOSTI, REAKCIJE, UPORABE - KEMIJA - 2026

Magnezijev je zemeljsko alkalijske kovine, ki spada v skupino 2 periodnega sistema. Njegova atomska številka je 12 in je predstavljena s kemijskim simbolom Mg. Je osmi najpogostejši element v zemeljski skorji, približno 2,5%.

Ta kovina, podobno kot njene kongenere in alkalne kovine, v naravi ne najdemo v naravi, ampak se kombinira z drugimi elementi, da tvori številne spojine, prisotne v kamninah, morski vodi in slanici.

Vsakodnevni predmeti iz magnezija. Vir: Firetwister iz Wikipedije.

Magnezij je del mineralov, kot so dolomit (kalcijev in magnezijev karbonat), magnezit (magnezijev karbonat), karnalit (magnezijev in kalijev klorid heksahidrat), brucit (magnezijev hidroksid) ter v silikatih, kot je talk in olivin.

Njen najbogatejši naravni vir za razširitev je morje, ki ga obiluje 0,13%, čeprav imata Veliko slano jezero (1,1%) in Mrtvo morje (3,4%) večjo koncentracijo magnezija. Obstajajo slanice z visoko vsebnostjo le-te, ki se koncentrirajo z izhlapevanjem.

Ime magnezij verjetno izvira iz magnezita, ki ga najdemo v Magneziji v regiji Tesalija, starodavna Grčija. Čeprav je bilo poudarjeno, da sta bila v isti regiji najdena magnetit in mangan.

Magnezij močno reagira s kisikom pri temperaturah nad 645 ° C. Medtem magnezijev prah gori na suhem zraku in oddaja močno belo svetlobo. Zaradi tega so ga uporabili kot vir svetlobe v fotografiji. Trenutno se ta lastnost še vedno uporablja v pirotehniki.

Je bistven element živih bitij. Znano je, da je kofaktor za več kot 300 encimov, vključno z več encimi za glikolizo. To je vitalni proces živih bitij zaradi njegove povezanosti s proizvodnjo ATP, glavnega celičnega vira energije.

Prav tako je del kompleksa, podobnega hemoglobinu heme skupine, ki je prisoten v klorofilu. To je pigment, ki sodeluje pri realizaciji fotosinteze.

Zgodovina

Priznanje

Joseph Black, škotski kemik, ga je leta 1755 prepoznal kot element, pri čemer je eksperimentalno pokazal, da je drugačen od kalcija, kovine, s katero so ga zamenjali.

V zvezi s tem je Black zapisal: "Z eksperimentom že vidimo, da je magnezita alba (magnezijev karbonat) spojina svojevrstne zemlje in nepremičnega zraka."

Izolacija

Leta 1808 ga je sir Humprey Davy uspel izolirati z elektrolizo, da je ustvaril amalgam iz magnezija in živega srebra. To je storila z elektrolizo svoje vlažne sulfatne soli z uporabo živega srebra kot katode. Nato je živo srebro iz malga izhlapilo s segrevanjem, pri čemer je ostal magnezijev ostanek.

A. Bussyju, francoskemu znanstveniku, je leta 1833 uspelo izdelati prvi kovinski magnezij. Za to je Bussy ustvaril redukcijo staljenega magnezijevega klorida s kovinskim kalijem.

Leta 1833 je britanski znanstvenik Michael Faraday prvič uporabil elektrolizo magnezijevega klorida za izolacijo te kovine.

Proizvodnja

Leta 1886 je nemško podjetje Aluminium und Magnesiumfabrik Hemelingen uporabilo elektrolizo staljenega karnalita (MgCl ₂ · KCl · 6H ₂ O) za proizvodnjo magnezija.

Hemelingen je v sodelovanju z industrijskim kompleksom Farbe (IG Farben) uspel razviti tehniko za proizvodnjo velikih količin staljenega magnezijevega klorida za elektrolizo za proizvodnjo magnezija in klora.

Med drugo svetovno vojno sta podjetji Dow Chemical Company (ZDA) in Magnesium Elektron LTD (UK) začeli elektrolitično reduciranje morske vode; črpalka iz zaliva Galveston v Teksasu in Severnem morju do Hartlepola v Angliji za proizvodnjo magnezija.

Hkrati Ontario (Kanada) ustvari tehniko za njegovo izdelavo, ki temelji na postopku LM Pidgeon. Tehnika je sestavljena iz toplotne redukcije magnezijevega oksida s silikati v retortih z zunanjim izgorevanjem.

Zgradba in elektronska konfiguracija magnezija

Magnezij kristalizira v kompaktni šesterokotni strukturi, kjer je vsak njegov atom obdan z dvanajstimi sosedi. Zaradi tega je gostejša od drugih kovin, kot sta litij ali natrij.

Njegova elektronska konfiguracija je 3s ² z dvema valenčnimi elektroni in desetimi notranjimi lupinami. Z dodatnim elektronom v primerjavi z natrijem postane njegova kovinska vez močnejša.

To je zato, ker je atom manjši, njegovo jedro pa ima še en proton; zato izvajajo večji učinek privlačnosti na elektrone sosednjih atomov, kar krči razdalje med njimi. Ker sta dva elektrona, je nastali 3s pas poln in lahko še bolj začuti privlačnost jeder.

Nato atomi Mg na koncu položijo gosto šesterokoten kristal z močno kovinsko vezjo. To pojasnjuje njegovo veliko višje tališče (650 ° C) kot natrijevo (98 ° C).

Vse 3-e orbitale vseh atomov in njihovih dvanajst sosedov se prekrivajo v vseh smereh znotraj kristala in dva elektrona odhajata, ko prideta dva; tako naprej, ne da bi lahko nastali kationi Mg ²⁺ .

Oksidacijske številke

Magnezij lahko izgubi dva elektrona, ko tvori spojine in ostane kot Mg ²⁺ kation , ki je izoelektronski do žlahtnega plinskega neona. Če upoštevamo njegovo prisotnost v kateri koli spojini, je oksidacijsko število magnezija +2.

Po drugi strani in čeprav manj pogost, lahko nastane kation Mg ⁺ , ki je izgubil le enega od svojih dveh elektronov in je izoelektronski do natrija. Ko se domneva, da je v spojini prisotna, ima magnezij oksidacijsko število +1.

Lastnosti

Fizični videz

Briljantna bela trdna snov v svojem čistem stanju, preden oksidira ali reagira z vlažnim zrakom.

Atomska masa

24.304 g / mol.

Tališče

650 ° C.

Vrelišče

1.091 ° C.

Gostota

1,738 g / cm ³ pri sobni temperaturi. Y 1,584 g / cm ³ pri temperaturi tališča; Z drugimi besedami, tekoča faza je manj gosta od trdne, kar velja za veliko večino spojin ali snovi.

Vročina fuzije

848 kJ / mol.

Toplota izparevanja

128 kJ / mol.

Molarna kalorična zmogljivost

24.869 J / (mol · K).

Parni tlak

Pri 701 K: 1 Pa; torej je njegov parni tlak zelo nizek.

Elektronegativnost

1,31 po Paulingovi lestvici.

Ionizacijska energija

Prva stopnja ionizacije: 1,737,2 kJ / mol (Mg ⁺ plin)

Druga stopnja ionizacije: 1.450,7 kJ / mol (Mg ²⁺ plina in potrebuje manj energije)

Tretja raven ionizacije: 7,732,7 kJ / mol (Mg ³⁺ plina in zahteva veliko energije).

Atomski radio

160 popoldne.

Kovalentni polmer

141 ± 17.00

Atomska prostornina

13,97 cm ³ / mol.

Toplotno raztezanje

24,8 µm / m · K pri 25 ° C.

Toplotna prevodnost

156 W / m K.

Električni upor

43,9 nΩ · m pri 20 ° C.

Električna prevodnost

22,4 × 10 ⁶ S cm ³ .

Trdota

2,5 na Mohsovi lestvici.

Nomenklatura

Kovinski magnezij nima drugih pripisanih imen. Njene spojine, saj velja, da imajo večino oksidacijske številke +2, omenimo z uporabo nomenklature zalog, ne da bi bilo treba v oklepajih izraziti navedeno število.

Na primer, MgO je magnezijev oksid in ne magnezijev (II) oksid. Po sistematični nomenklaturi je prejšnja spojina: magnezijev monoksid in ne monomagnezijev monoksid.

Na strani tradicionalne nomenklature se isto dogaja z nomenklaturo zalog: imena spojin se končajo enako; torej s pripono –ico. Tako je MgO v skladu s to nomenklaturo magnezijev oksid.

V nasprotnem primeru lahko druge spojine imajo ali nimajo skupnih ali mineraloških imen ali so sestavljene iz organskih molekul (organomagnezijeve spojine), katerih nomenklatura je odvisna od molekulske strukture in alkilov (R) ali aril (Ar) substituentov.

Kar zadeva organomagnezijeve spojine, so skoraj vsi Grignardovi reagenti s splošno formulo RMgX. Na primer, BrMgCH ₃ metil magnezijev bromid. Upoštevajte, da se nomenklatura v prvem stiku ne zdi tako zapletena.

Oblike

Zlitine

Magnezij se uporablja v zlitinah, ker je lahka kovina, saj se uporablja predvsem v zlitinah z aluminijem, kar izboljšuje mehanske lastnosti te kovine. Uporabljali so ga tudi v zlitinah z železom.

Vendar se je njegova uporaba v zlitinah zmanjšala zaradi nagnjenosti k koroziji pri visokih temperaturah.

Minerali in spojine

Zaradi reaktivnosti ga v naravni ali prvinski obliki ne najdemo v zemeljski skorji. Namesto tega je del številnih kemičnih spojin, ki se nahajajo v približno 60 znanih mineralih.

Med najpogostejšimi minerali magnezija sodijo:

-Dolomit, karbonat kalcija in magnezija, MgCO ₃ CaCO ₃

-Magnezit, magnezijev karbonat, CaCO ₃

-Brucit, magnezijev hidroksid, Mg (OH) ₂

-carnalite, magnezijeva kalijev klorid, MgCl ₂ · KCI · H ₂ O.

Prav tako je lahko v obliki drugih mineralov, kot so:

-Kieserite, magnezijeva sulfat, MgSO ₄ H ₂ O

-Forsterite, magnezijeva silikat, MgSiO ₄

-Krizotil ali azbest, drug magnezijev silikat, Mg ₃ Si ₂ O ₅ (OH) ₄

-Talc, Mg ₃ Si ₁₄ 0 ₁₁₀ (OH) ₂ .

Izotopi

Magnezij najdemo v naravi kot kombinacijo treh naravnih izotopov: ²⁴ Mg, z 79% številčnostjo; ²⁵ mg, z 11% številčnostjo; in ²⁶ Mg, z 10% številčnostjo. Poleg tega obstaja 19 umetnih radioaktivnih izotopov.

Biološka vloga

Glikoliza

Magnezij je bistven element za vsa živa bitja. Ljudje imajo dnevni vnos 300 - 400 mg magnezija. Njegova telesna vsebnost je pri odraslem človeku med 22 in 26 g, koncentrirana predvsem v kostnem okolju (60%).

Glikoliza je zaporedje reakcij, pri katerih se glukoza pretvori v pirvično kislino, pri čemer se ustvari 2 molekula ATP. Piruvatkinaza, hekokinaza in foshofrukt kinaza so med drugim encimi glikolize, ki Mg uporabljajo kot aktivator.

DNK

DNA je sestavljena iz dveh nukleotidnih verig, ki imata v svoji strukturi negativno nabiti fosfatne skupine; zato se prameni DNA podvržejo elektrostatični odbojnosti. Ioni Na ⁺ , K ⁺ in Mg ²⁺ nevtralizirajo negativne naboje in preprečujejo disociacijo verig.

ATP

Molekula ATP ima fosfatne skupine z negativno nabitimi kisikovimi atomi. Med sosednjimi atomi kisika se pojavi električna odbojnost, ki bi lahko cepila molekulo ATP.

To se ne zgodi, ker magnezij posega v sosednje atome kisika in tvori kelat. ATP-Mg naj bi bil aktivna oblika ATP.

Fotosinteza

Magnezij je ključnega pomena za fotosintezo, ki je osrednji postopek pri uporabi energije rastlin. Je del klorofila, ki ima v svoji notranjosti strukturo, podobno skupini hemoglobina. toda z atomom magnezija v sredini namesto z železovim atomom.

Klorofil absorbira svetlobno energijo in jo uporablja pri fotosintezi za pretvorbo ogljikovega dioksida in vode v glukozo in kisik. Glukoza in kisik se kasneje uporabljata pri proizvodnji energije.

Organizem

Zmanjšanje koncentracije magnezija v plazmi je povezano z mišičnimi krči; bolezni srca in ožilja, kot je hipertenzija; diabetes, osteoporoza in druge bolezni.

Magnezijev ion sodeluje pri uravnavanju delovanja kalcijevih kanalov v živčnih celicah. V visokih koncentracijah blokira kalcijev kanal. Nasprotno, zmanjšanje kalcija povzroči aktivacijo živca, tako da kalcij omogoči vstop v celice.

To bi razložilo spazem in krčenje mišičnih celic v stenah glavnih krvnih žil.

Kje najti in izdelati

Magnezija se v naravi ne nahaja v elementarnem stanju, ampak je del približno 60 mineralov in številnih spojin, ki se nahajajo v morju, kamninah in slanicah.

V morju je koncentracija magnezija 0,13%. Zaradi svoje velikosti je morje glavni rezervoar magnezija na svetu. Drugi rezervoarji magnezija so Veliko slano jezero (ZDA) s koncentracijo magnezija 1,1% in Mrtvo morje s koncentracijo 3,4%.

Magnezijevi minerali, dolomit in magnezit, se pridobivajo iz njegovih žil s tradicionalnimi metodami rudarjenja. Medtem se v raztopinah karnalita uporabljajo, ki omogočajo, da se druge soli dvignejo na površino, karnalit pa ostane v ozadju.

Slanice, ki vsebujejo magnezij, so koncentrirane v ribnikih s sončnim ogrevanjem.

Magnezij dobimo po dveh metodah: elektrolizi in toplotni redukciji (Pidgeon-ov postopek).

Elektroliza

V postopkih elektrolize se uporabljajo staljene soli, ki vsebujejo bodisi brezvodni magnezijev klorid, delno dehidrirani brezvodni magnezijev klorid bodisi mineralni brezvodni karnalit. V nekaterih okoliščinah se izognemo onesnaženju naravnega karnalita z umetnim.

Magnezijev klorid lahko dobite tudi po postopku, ki ga je zasnovalo podjetje Dow. Voda se v flokulatorju zmeša z rahlo kalciniranim mineralnim dolomitom.

Magnezijev klorid, prisoten v mešanici, se z dodatkom kalcijevega hidroksida pretvori v Mg (OH) ₂ v skladu z naslednjo reakcijo:

MgCl ₂ + Ca (OH) ₂ → Mg (OH) ₂ + CaCl ₂

Oborjeni magnezijev hidroksid obdelamo s klorovodikovo kislino, pri čemer dobimo magnezijev klorid in vodo v skladu z začrtano kemijsko reakcijo:

Mg (OH) ₂ + 2 HCl → MgCl ₂ + 2H ₂ O

Nato se magnezijev klorid podvrže postopku dehidracije, dokler ne dosežemo 25% hidratacije, dokončanje dehidracije med postopkom taljenja. Elektroliza poteka pri temperaturi, ki se giblje med 680 in 750 ºC.

MgCl ₂ → Mg + Cl ₂

Na anodi nastane diatomski klor in staljeni magnezij plava na vrhu soli, kjer se zbira.

Toplotna redukcija

Kristali magnezija se odlagajo iz njegovih hlapov. Vir: Warut Roonguthai V procesu Pidgeon zmeljemo in kalciniran dolomit zmešamo s fino mletim ferosilicijem in ga damo v valjasta retorta nikelj-krom. Retorji so nameščeni znotraj pečice in so v nizu s kondenzatorji, nameščenimi zunaj pečice.

Reakcija poteka pri temperaturi 1200 ° C in nizkem tlaku 13 Pa. Iz kondenzatorjev se odstranijo magnezijevi kristali. Proizvedena žlindra se zbira z dna retortov.

2 CaO + 2 MgO + Si → 2 Mg (plinasti) + Ca ₂ SiO ₄ (žlindra)

Kalcijevi in ​​magnezijevi oksidi nastajajo s kalcinacijo kalcijevih in magnezijevih karbonatov, ki so prisotni v dolomitu.

Reakcije

Magnezij burno reagira s kislinami, zlasti z oksicidi. Njegova reakcija z dušikovo kislino povzroči magnezijev nitrat, Mg (NO ₃ ) ₂ . Na enak način reagira s klorovodikovo kislino, da ustvari magnezijev klorid in vodikov plin.

Magnezij ne reagira z alkalijami, kot je natrijev hidroksid. Pri sobni temperaturi je prekrit s plastjo magnezijevega oksida, netopnega v vodi, ki ga ščiti pred korozijo.

Med drugimi elementi tvori kemične spojine s klorom, kisikom, dušikom in žveplom. Je visoko reaktiven s kisikom pri visokih temperaturah.

Prijave

- Elementarni magnezij

Zlitine

Magnezijeve zlitine se uporabljajo v letalih in avtomobilih. Slednji imajo kot obveznost nadzora nad emisijami onesnaževal plina zmanjšanje teže motornih vozil.

Uporaba magnezija temelji na njegovi majhni teži, visoki trdnosti in enostavnosti izdelave zlitin. Prijave vključujejo ročno orodje, športno opremo, kamere, aparate, okvirje za prtljago, avtomobilske dele, predmete za vesoljsko industrijo.

Magnezijeve zlitine se uporabljajo tudi pri izdelavi letal, raket in vesoljskih satelitov, pa tudi pri foto-jedkanju za izdelavo hitrega in nadzorovanega graviranja.

Metalurgija

Magnezij se doda v majhni količini, da vliva belo železo, kar izboljšuje njegovo trdnost in kovnost. Poleg tega se magnezijev zmešan z apnom vbrizga v tekoče železo, ki izboljšuje mehanske lastnosti jekla.

Magnezij sodeluje pri proizvodnji titana, urana in hafnija. Deluje kot redukcijsko sredstvo na tetrakloridu titana v procesu Kroll, da ustvari titan.

Elektrokemija

Magnezij se uporablja v suhi celici, ki deluje kot anoda, srebrni klorid pa kot katoda. Ko magnezij v prisotnosti vode pride v električni stik z jeklom, žrtveno korodira, pusti jeklo nedotaknjeno.

Ta vrsta jeklene zaščite je prisotna na ladjah, rezervoarjih, grelnikih vode, mostnih konstrukcijah itd.

Pirotehnika

Magnezij v prahu ali traku tvori opekline in oddaja zelo intenzivno belo svetlobo. Ta lastnost je bila uporabljena v vojaški pirotehniki za nastavljanje požarov ali razsvetljave z žarnicami.

Njegova fino razdeljena trdna snov je bila uporabljena kot sestavina goriva, zlasti v raketnih pogonskih trdnih snoveh.

- Spojine

Magnezijev karbonat

Uporablja se kot toplotni izolator za kotle in cevi. Ker je higroskopen in topen v vodi, ga uporabljamo za preprečevanje, da se običajna sol stisne v stresalcih soli in da med začinjanjem hrane ne teče pravilno.

Magnezijev hidroksid

Uporablja se kot protipožarno sredstvo. Raztopljen v vodi tvori dobro znano magnezijsko mleko, belkasto suspenzijo, ki se je uporabljala kot protikacidno in odvajalo.

Magnezijev klorid

Uporablja se pri proizvodnji visoko trdnega talnega cementa, kot dodatek pri izdelavi tekstila. Poleg tega se uporablja kot flokulant v sojinem mleku za proizvodnjo tofua.

Magnezijev oksid

Uporablja se pri izdelavi ognjevzdržnih opek za odpornost na visoke temperature in kot toplotni in električni izolator. Uporablja se tudi kot odvajalo in antacid.

Magnezijev sulfat

Industrijsko se uporablja za izdelavo cementa in gnojil, strojenje in barvanje. Je tudi sredstvo za sušenje. Epsom sol, MgSO ₄ · 7H ₂ O se uporablja kot odvajalo.

- Minerali

talkov prah

Za Mohsovo lestvico jo jemljemo kot standard najmanj trdote (1). Služi kot polnilo pri izdelavi papirja in kartona ter preprečuje draženje in hidracijo kože. Uporablja se pri izdelavi toplotno odpornih materialov in kot osnova številnih praškov, ki se uporabljajo v kozmetiki.

Krizotil ali azbest

Uporabljajo se kot toplotni izolator in v gradbeništvu za izdelavo stropov. Trenutno se ne uporablja zaradi vlaken raka pljuč.

Reference

1. Mathews, CK, van Holde, KE in Ahern, KG (2002). Biokemija. 3 ^{je bila} izdaja. Uredništvo Pearson Educación, SA
2. Wikipedija. (2019). Magnezij. Pridobljeno: en.wikipedia.org
3. Clark J. (2012). Kovinsko lepljenje. Pridobljeno: chemguide.co.uk
4. Hull AW (1917). Kristalna struktura magnezija. Zbornik Nacionalne akademije znanosti Združenih držav Amerike, 3 (7), 470–473. doi: 10.1073 / pnas.3.7.470
5. Timotej P. Hanusa. (7. februarja 2019). Magnezij. Encyclopædia Britannica. Pridobljeno: britannica.com
6. Hangzhou LookChem Network Technology Co (2008). Magnezij. Pridobljeno: lookchem.com