МАГНЕЗИЈУМ: ИСТОРИЈА, СТРУКТУРА, СВОЈСТВА, РЕАКЦИЈЕ, УПОТРЕБЕ - ХЕМИЈА - 2025

Магнезијум је земноалкалних метала припадају групи 2 периодног система. Његов атомски број је 12 и представљен је хемијским симболом Мг. То је осми најбогатији елемент у земљиној кори, око 2,5%.

Овај метал, попут његових конгенера и алкалних метала, не налази се у природи у свом родном стању, већ се комбинује са другим елементима да би формирао бројна једињења присутна у камењу, морској води и у саламури.

Свакодневни предмети направљени од магнезијума. Извор: Фиретвистер из Википедије.

Магнезијум је део минерала као што су доломит (калцијум и магнезијум карбонат), магнезит (магнезијум карбонат), карналит (магнезијум и калијум хлорид хексахидрат), бруцит (магнезијум хидроксид), те у силикатима као што су талк и оливине.

Њен најбогатији природни извор због његовог ширења је море које има обиље 0,13%, мада Велико слано језеро (1,1%) и Мртво море (3,4%) имају већу концентрацију магнезијума. Постоје сланици са високим садржајем, који се концентришу испаравањем.

Назив магнезијум вероватно потиче од магнезита, који се налази у Магнезији, у региону Тесалије, древној Грчкој. Иако је истакнуто да су у истој регији пронађени магнетит и манган.

Магнезијум снажно реагује са кисеоником на температурама изнад 645 ° Ц. У међувремену, магнезијум у праху сагорева на сувом ваздуху, емитујући интензивно бело светло. Из тог разлога је коришћен као извор светлости у фотографији. Тренутно се ово својство и даље користи у пиротехничким средствима.

То је суштински елемент живих бића. Познато је да је кофактор за више од 300 ензима, укључујући неколико ензима гликолизе. Ово је витални процес за жива бића због његове везе са производњом АТП-а, главног ћелијског извора енергије.

Исто тако, део је комплекса сличног хемо-групи хемоглобина, присутне у хлорофилу. Ово је пигмент који учествује у реализацији фотосинтезе.

Историја

Препознавање

Јосепх Блацк, шкотски хемичар, 1755. године препознао је то као елемент, експериментално показујући да се разликује од калцијума, метала са којим су га мешали.

С тим у вези, Блацк је написао: "Већ експериментом видимо да је магнезита алба (магнезијум карбонат) једињење осебујне земље и фиксног ваздуха."

Изолација

1808. Сир Хумпреи Дави је успео да га изолише електролизом како би произвео амалгам магнезијума и живе. То су учинили електролизом влажне сулфатне соли уз употребу живе као катоде. Након тога, испаравањем живе из малгама грејањем, остављајући остатак магнезијума.

А. Бусси, француски научник, успео је да произведе први метални магнезијум 1833. године. Да би то учинио, Бусси је произвео редукцију растопљеног магнезијум-хлорида са металним калијумом.

Британски научник Мицхаел Фарадаи је 1833. године први пут користио електролизом магнезијум хлорида да би изоловао овај метал.

Производња

Године 1886. немачка компанија Алуминијум унд Магнесиумфабрик Хемелинген користили електролизом растопљеног царналите (МгЦлз ₂ · КЦИ · 6Х ₂ О) за производњу магнезијум.

Хемелинген је у партнерству са индустријским комплексом Фарбе (ИГ Фарбен) успео да развије технику за производњу великих количина растопљеног магнезијум хлорида за електролизу за производњу магнезијума и хлора.

Током Другог светског рата, Дов Цхемицал Цомпани (САД) и Магнесиум Електрон ЛТД (УК) започели су електролитичку редукцију морске воде; испумпава се из залива Галвестон у Тексасу и Северном мору у Хартлепоол у ​​Енглеској, за производњу магнезијума.

У исто време, Онтарио (Канада) креира технику за производњу на основу ЛМ Пидгеон процеса. Техника се састоји од термичке редукције магнезијумовог оксида са силикатима у реторти са спољним паљењем.

Структура и електронска конфигурација магнезијума

Магнезијум кристализира у компактној шестерокутној структури, где је сваки од његових атома окружен са дванаест суседа. То га чини гушћим од осталих метала, попут литијума или натријума.

Његова електронска конфигурација је 3с ² , са два валентна електрона и десет унутрашње љуске. Имајући додатни електрон у односу на натријум, његова метална веза постаје јача.

То је зато што је атом мањи и његово језгро има још један протон; према томе, они имају већи ефекат привлачења на електроне суседних атома, што уговара удаљеност између њих. Такође, пошто постоје два електрона, резултирајући 3с опсег је пун и он је у стању да још више осети привлачност језгара.

Затим, атоми Мг на крају полажу густи шестерокутни кристал са јаком металном везом. Ово објашњава његову знатно већу тачку топљења (650 ºЦ) од натријума (98 ºЦ).

Све 3с орбитале свих атома и њихових дванаест суседа преклапају се у свим смеровима унутар кристала, а два електрона одлазе како долазе два друга; тако даље, без постојања Мг ²⁺ катиона .

Оксидациони бројеви

Магнезијум може изгубити два електрона када формира једињења и остати као Мг ²⁺ катион , који је изоелектронски неону племенитих гасова. Када се узме у обзир његово присуство у било ком једињењу, оксидациони број магнезијума је +2.

Са друге стране и иако је мање уобичајен, може се формирати Мг ⁺ катион , који је изгубио само један од своја два електрона и изоелектронски је до натријума. Када се претпостави да у једињењу постоји његово присуство, тада се каже да магнезијум има оксидациони број +1.

Својства

Физичка присутност

Сјајна бијела чврста супстанца у свом чистом стању, пре оксидације или реакције са влажним ваздухом.

Атомска маса

24.304 г / мол.

Тачка топљења

650 ° Ц.

Тачка кључања

1.091 ° Ц.

Густина

1.738 г / цм ³ на собној температури. И 1.584 г / цм ³ при температури топљења; то јест, течна фаза је мање густа од круте, као што је случај са огромном већином једињења или супстанци.

Топлина фузије

848 кЈ / мол.

Топлина испаравања

128 кЈ / мол.

Моларни калоријски капацитет

24.869 Ј / (мол · К).

Притисак паре

При 701 К: 1 Па; то јест, његов парни притисак је врло низак.

Електронегативност

1,31 по Паулинг-овој скали.

Енергија јонизације

Први ниво јонизације: 1,737,2 кЈ / мол (Мг ⁺ гас)

Други ниво јонизације: 1.450,7 кЈ / мол (Мг ²⁺ гаса и захтева мање енергије)

Трећи ниво јонизације: 7,732,7 кЈ / мол (Мг ³⁺ гаса и захтева пуно енергије).

Атомски радио

160 пм.

Ковалентни радијус

141 ± 17 сати

Атомска запремина

13,97 цм ³ / мол.

Термално ширење

24,8 µм / м · К на 25 ° Ц.

Топлотна проводљивост

156 В / м К.

Електрична отпорност

43,9 нΩ · м на 20 ° Ц.

Електрична проводљивост

22,4 × 10 ⁶ С цм ³ .

Тврдоћа

2,5 на Мохсовој скали.

Номенклатура

Метални магнезијум нема друга приписана имена. Његова једињења, пошто се сматра да у већини њих имају оксидациони број +2, помињу се коришћењем номенклатуре основног материјала без потребе да се наведени заграде изразе у заградама.

На пример, МгО је магнезијум оксид, а не магнезијум (ИИ) оксид. Према систематској номенклатури, претходно једињење је: магнезијум моноксид, а не мономагнезијум моноксид.

На страни традиционалне номенклатуре, иста ствар се догађа и са номенклатуром залиха: називи једињења завршавају се на исти начин; то јест са суфиксом –ицо. Према томе, МгО је магнезијум оксид, према овој номенклатури.

Иначе, друга једињења могу или не морају имати заједничка или минералошка имена или се састоје од органских молекула (органомагнезијумова једињења), чија номенклатура зависи од молекулске структуре и супституената алкил (Р) или арил (Ар).

Што се тиче органомагнезијумових једињења, скоро сва су Григнардови реагенси опште формуле РМгКс. На пример, БрМгЦХ ₃ је метил магнезијум бромид. Имајте на уму да номенклатура не делује тако компликовано у првом контакту.

Облици

Легуре

Магнезијум се користи у легурама јер је лаган метал, а користи се углавном у легурама са алуминијумом, што побољшава механичке карактеристике овог метала. Такође се користи у легурама са гвожђем.

Међутим, његова употреба у легурама је опала због његове склоности кородирању на високим температурама.

Минерали и једињења

Због своје реактивности, не налази се у земљиној кори у свом изворном или елементарном облику. Уместо тога, део је бројних хемијских једињења која су заузврат смештена у око 60 познатих минерала.

Међу најчешћим минералима магнезијума су:

-Доломит, карбонат калцијума и магнезијума, МгЦО ₃ ЦаЦО ₃

-Магнезит, магнезијум карбонат, ЦаЦО ₃

-Бруцит, магнезијум хидроксид, Мг (ОХ) ₂

-царналите, магнезијума калијум хлорид, МгЦ ₂ · КЦИ · Х ₂ О.

Такође, може бити у облику других минерала као што су:

-Киесерите, а магнезијум сулфат, МгСО ₄ Х ₂ О

-Форстерите, а магнезијум силикат, МгСиО ₄

-Цхрисотил или азбест, други магнезијум силикат, Мг ₃ Си ₂ О ₅ (ОХ) ₄

-Талц, Мг ₃ Си ₁₄ О ₁₁₀ (ОХ) ₂ .

Изотопи

Магнезијум се у природи налази као комбинација три природна изотопа: ²⁴ Мг, са 79% обиља; ²⁵ мг, са 11% обиља; и ²⁶ мг, са 10% обиља. Поред тога, постоји 19 вештачких радиоактивних изотопа.

Биолошка улога

Гликолиза

Магнезијум је суштински елемент за сва жива бића. Људи имају дневни унос од 300 - 400 мг магнезијума. Његов телесни садржај садржи између 22 и 26 г, у одраслог човека, концентрисаног углавном у коштаном костију (60%).

Гликолиза је низ реакција у којима се глукоза трансформише у пируичну киселину, са нето производњом 2 молекула АТП. Пируваткиназа, хекокиназа и фосхофрукт киназа су ензими, између осталог, гликолизе која користи Мг као активатор.

ДНК

ДНК се састоји од два нуклеотидна ланца који у својој структури имају негативно набијене фосфатне групе; према томе, ланци ДНК су подвргнути електростатичкој одбојности. Јони На ⁺ , К ⁺ и Мг ²⁺ неутрализирају негативне набоје, спречавајући дисоцијацију ланаца.

АТП

АТП молекул има фосфатне групе са негативно наелектрисаним атомима кисеоника. Долази до електричног одбијања између суседних атома кисеоника који би могли да цепају АТП молекул.

То се не догађа зато што магнезијум делује у интеракцији са суседним атомима кисеоника, формирајући хелат. За АТП-Мг се каже да је активни облик АТП-а.

Фотосинтеза

Магнезијум је неопходан за фотосинтезу, централни процес у кориштењу енергије биљака. Део је хлорофила, који у својој унутрашњости има структуру сличну хемо групи хемоглобина; али са атомом магнезијума у ​​средини уместо атома гвожђа.

Хлорофил апсорбује светлосну енергију и користи је у фотосинтези како би претворио угљен диоксид и воду у глукозу и кисеоник. Глукоза и кисеоник се касније користе у производњи енергије.

Организам

Смањење концентрације магнезијума у ​​плазми повезано је са мишићним грчевима; кардиоваскуларне болести, попут хипертензије; дијабетес, остеопороза и друге болести.

Јон магнезијума је укључен у регулисање функционисања калцијумових канала у нервним ћелијама. У високим концентрацијама блокира калцијумов канал. Супротно томе, смањење калцијума производи активацију нерва омогућавајући калцијуму да уђе у ћелије.

Ово би објаснило спазам и контракцију мишићних ћелија у зидовима главних крвних судова.

Где се могу наћи и продуцирати

Магнезијум се у природи не налази у елементарном стању али је део од око 60 минерала и многобројних једињења, који се налазе у мору, стијенама и сланици.

Море има концентрацију магнезијума од 0,13%. Због своје величине, море је главни резервоар магнезијума на свету. Остала резервоара магнезијума су Велико слано језеро (САД), са концентрацијом магнезијума од 1,1%, и Мртво море, са концентрацијом од 3,4%.

Минерали магнезијума, доломит и магнезит, извлаче се из његових вена традиционалним методама рударства. У међувремену се користе карналитни раствори који омогућавају да се остале соли уздижу на површину, одржавајући карналит у позадини.

Раствори који садрже магнезијум су концентровани у базама помоћу соларног грејања.

Магнезијум се добија двема методама: електролизом и термичком редукцијом (Пидгеон-ов процес).

Електролиза

У поступцима електролизе користе се стаљене соли које садрже или безводни магнезијум хлорид, делимично дехидрирани безводни магнезијум хлорид или минерални безводни карналит. У неким околностима, да би се избегла контаминација природног карналита, користи се вештачки.

Магнезијум хлорид се такође може добити следећи поступак који је дизајнирала компанија Дов. Вода се меша у флокулатору са благо калцинираним минералним доломитима.

Магнезијум хлорид присутан у смеши се трансформише у Мг (ОХ) ₂ додавањем калцијумовог хидроксида, према следећој реакцији:

МгЦ ₂ + Ца (ОХ) ₂ → Мг (ОХ) ₂ + ЦаЦб ₂

Исталожени магнезијум хидроксид се третира хлороводоничном киселином, стварајући магнезијум хлорид и воду, у складу са назначеном хемијском реакцијом:

Мг (ОХ) ₂ + 2 ХЦл → МгЦ ₂ + 2 Х ₂ О

Затим се магнезијум хлорид подвргава процесу дехидрације до постизања 25% хидратације, завршавајући дехидрацију током процеса топљења. Електролиза се врши на температури која варира између 680 и 750 ºЦ.

МгЦ ₂ → Мг + Цл ₂

Диатомски хлор настаје на аноди, а растопљени магнезијум лебди на врху соли, где се скупља.

Термичка редукција

Кристали магнезијума наталожени из његових пара. Извор: Варут Роонгутхаи У процесу Пидгеона, млевени и калцинирани доломит се меша са фино млевеним феросилицијумом и ставља у цилиндричне реторте никла-хром-гвожђе. Реторти су постављени унутар рерне и серијски су са кондензаторима који се налазе изван рерне.

Реакција се одвија на температури 1200 ° Ц и ниском притиску од 13 Па. Кристали магнезијума се уклањају из кондензатора. Произведена шљака сакупља се са дна реторта.

2 ЦаО + 2 МгО + Си → 2 Мг (гасовити) + Ца ₂ СиО ₄ (шљака)

Калцијум и магнезијум оксиди настају калцинацијом калцијум и магнезијум карбоната присутних у доломитима.

Реакције

Магнезијум бурно реагује са киселинама, посебно оксицидима. Његова реакција са азотном киселином ствара магнезијум нитрат, Мг (НО ₃ ) ₂ . На исти начин реагује са хлороводоничном киселином да би се створио магнезијум хлорид и гас водоник.

Магнезијум не реагује са алкалијама, као што је натријум хидроксид. На собној температури прекривен је слојем магнезијумовог оксида, нерастворљивог у води, који га штити од корозије.

Он између осталих елемената формира хемијска једињења, са хлором, кисеоником, азотом и сумпором. Врло је реактиван са кисеоником на високим температурама.

Апликације

- Елементарни магнезијум

Легуре

Легуре магнезијума се користе у авионима и аутомобилима. Потоњи захтеви за контролу емисије загађујућих гасова, смањење тежине моторних возила.

Примјене магнезијума заснивају се на малој тежини, високој чврстоћи и лакоћи прављења легура. Апликације укључују ручни алат, спортску робу, камере, уређаје, оквире за пртљаг, ауто делове, предмете за ваздухопловну индустрију.

Легуре магнезијума се такође користе у производњи авиона, ракета и свемирских сателита, као и у јетрењу фотографија за производњу брзог и контролисаног гравирања.

Металургија

Магнезијум се додаје у малој количини ливеног белог гвожђа, што побољшава његову чврстину и копеност. Поред тога, магнезијум помешан са кречом убризгава се у течно гвожђе, побољшавајући механичка својства челика.

Магнезијум је укључен у производњу титанијума, уранијума и хафнијума. Делује као редуктивно средство на тетраклориду титана у процесу Кролл, дајући титан.

Електрохемија

Магнезијум се користи у сувој ћелији, делује као анода, а сребрни хлорид као катода. Када магнезијум у присуству воде дође у електрични контакт са челиком, он жртвено кородира, остављајући челик нетакнут.

Ова врста заштите од челика постоји у бродовима, резервоарима за грејање, грејачима воде, мостовским конструкцијама итд.

Пиротехника

Магнезијум у праху или траци сагорева, емитујући веома интензивно бело светло. Ова имовина је коришћена у војној пиротехници за постављање пожара или осветљење помоћу пламена.

Његова фино подељена крута супстанца користи се као компонента горива, посебно у ракетним горивима са чврстим ракетама.

- Једињења

Магнезијум карбонат

Користи се као топлотни изолатор за котлове и цеви. Како је хигроскопна и растворљива у води, користи се да спречи да се обична сол сабије у шејкерима соли и да не истекне правилно током зачина хране.

Магнезијум хидроксид

Има примену као средства за заштиту од пожара. Растворен у води, формира надалеко познато магнезијско млеко, белкасту суспензију која је коришћена као антацид и лаксатив.

Магнезијум хлорид

Користи се у производњи пода чврстог цемента, као и додатак у производњи текстила. Поред тога, користи се као флокулант у сојином млеку за производњу тофуа.

Магнезијум оксид

Користи се у производњи ватросталних опека за отпорност на високе температуре и као топлотни и електрични изолатор. Такође се користи као лаксатив и антацид.

Магнезијум сулфат

Индустријски се користи за производњу цемента и ђубрива, штављење и бојење. Такође је средство за сушење. Епсом соли, МгСО ₄ · 7Х ₂ О, се користи као пургатив.

- Минерали

пудер од талка

Узима се као стандард најмање тврдоће (1) на Мохсовој скали. Служи као пунило за производњу папира и картона, као и спречава иритацију и хидратацију коже. Користи се у производњи материјала отпорних на топлоту и као основа многих пудера који се користе у козметици.

Хризотил или азбест

Коришћен је као топлотни изолатор и у грађевинарству за производњу плафона. Тренутно се не користи због влакана рака плућа.

Референце

1. Матхевс, ЦК, ван Холде, КЕ и Ахерн, КГ (2002). Биохемија. 3 ^{је било} издање. Редакција Пеарсон Едуцацион, СА
2. Википедиа. (2019). Магнезијум. Опоравак од: ен.википедиа.орг
3. Цларк Ј. (2012). Метално лепљење. Опоравак од: цхемгуиде.цо.ук
4. Хулл АВ (1917). Кристална структура магнезијума. Зборник радова Националне академије наука Сједињених Америчких Држава, 3 (7), 470–473. дои: 10.1073 / пнас.3.7.470
5. Тимотхи П. Хануса (7. фебруара 2019). Магнезијум. Енцицлопӕдиа Британница. Опоравак од: британница.цом
6. Хангзхоу ЛоокЦхем Нетворк Тецхнологи Цо. (2008). Магнезијум. Опоравак од: лоокцхем.цом