MAGNESIUM: HISTORIE, STRUKTUR, EGENSKAPER, REAKSJONER, BRUK - KJEMI - 2026

Den magnesium er alkaliske jordmetall tilhørende gruppe 2 i det periodiske system. Dets atomnummer er 12 og det er representert med det kjemiske symbolet Mg. Det er det åttende rikeste elementet i jordskorpen, omtrent 2,5% av den.

Dette metallet, som dets kongenerer og alkalimetaller, finnes ikke i naturen i sin opprinnelige tilstand, men kombineres med andre elementer for å danne mange forbindelser som er til stede i bergarter, sjøvann og i saltlake.

Hverdagsgjenstander laget med magnesium. Kilde: Firetwister fra Wikipedia.

Magnesium er en del av mineraler som dolomitt (kalsium og magnesiumkarbonat), magnesitt (magnesiumkarbonat), karnalitt (magnesium og kaliumkloridheksahydrat), brucitt (magnesiumhydroksyd) og i silikater som talkum og olivin.

Den rikeste naturlige kilden på grunn av utvidelsen er havet, som har en overflod på 0,13%, selv om Great Salt Lake (1,1%) og Dødehavet (3,4%) har en høyere konsentrasjon av magnesium. Det er saltlaker med et høyt innhold av det, som konsentreres ved fordampning.

Navnet magnesium stammer sannsynligvis fra magnesitt, funnet i Magnesia, i regionen Thessali, det gamle Hellas-regionen. Selv om det er blitt påpekt at magnetitt og mangan ble funnet i samme region.

Magnesium reagerer sterkt med oksygen ved temperaturer over 645 ° C. I mellomtiden brenner magnesiumpulver i tørr luft og gir et intenst hvitt lys. Av denne grunn ble den brukt som en lyskilde i fotografering. Foreløpig er denne eiendommen fortsatt brukt i pyroteknikk.

Det er et essensielt element for levende vesener. Det er kjent å være en kofaktor for mer enn 300 enzymer, inkludert flere glykolysenzymer. Dette er en viktig prosess for levende vesener på grunn av dens forhold til produksjonen av ATP, den viktigste cellulære energikilden.

På samme måte er det en del av et kompleks som ligner på hemmegruppen av hemoglobin, til stede i klorofyll. Dette er et pigment som tar del i realiseringen av fotosyntesen.

Historie

Anerkjennelse

Joseph Black, en skotsk kjemiker, anerkjente den i 1755 som et element, og viste eksperimentelt at den var forskjellig fra kalsium, et metall som de forvekslet det med.

I denne forbindelse skrev Black: "Vi ser allerede ved eksperiment at magnesia alba (magnesiumkarbonat) er en forbindelse av en særegen jord og fast luft."

Isolering

I 1808 lyktes Sir Humprey Davy å isolere den ved hjelp av elektrolyse for å produsere et amalgam av magnesium og kvikksølv. Det gjorde dette ved å elektrolysere det våte sulfatsaltet ved bruk av kvikksølv som katode. Deretter fordampet det kvikksølvet fra malgam ved oppvarming, og etterlot magnesiumresten.

A. Bussy, en fransk vitenskapsmann, klarte å produsere det første metalliske magnesiumet i 1833. For å gjøre dette produserte Bussy reduksjon av smeltet magnesiumklorid med metallisk kalium.

I 1833 brukte den britiske forskeren Michael Faraday elektrolyse av magnesiumklorid for første gang for å isolere dette metallet.

Produksjon

I 1886 brukte det tyske selskapet Aluminium und Magnesiumfabrik Hemelingen elektrolyse av smeltet karnalitt (MgCl ₂ · KCl · 6H ₂ O) for å produsere magnesium.

Hemelingen lyktes i samarbeid med Farbe Industrial Complex (IG Farben) å utvikle en teknikk for å produsere store mengder smeltet magnesiumklorid for elektrolyse for produksjon av magnesium og klor.

Under andre verdenskrig begynte Dow Chemical Company (USA) og Magnesium Elektron LTD (UK) den elektrolytiske reduksjonen av sjøvann; pumpet fra Galveston Bay, Texas og i Nordsjøen til Hartlepool, England, for produksjon av magnesium.

Samtidig lager Ontario (Canada) en teknikk for å produsere den basert på LM Pidgeon-prosessen. Teknikken består av termisk reduksjon av magnesiumoksyd med silikater i eksternt fyrte retorter.

Struktur og elektronkonfigurasjon av magnesium

Magnesium krystalliserer seg i en kompakt sekskantet struktur, der hvert av atomene er omgitt av tolv naboer. Dette gjør det tettere enn andre metaller, for eksempel litium eller natrium.

Den elektroniske konfigurasjonen er 3s ² , med to valenselektroner og ti av det indre skallet. Ved å ha et ekstra elektron sammenlignet med natrium, blir dens metalliske binding sterkere.

Dette er fordi atomet er mindre og kjernen har ett proton til. derfor utøver de en større tiltrekningseffekt på elektronene til nabomater, som trekker sammen avstandene mellom dem. Siden det er to elektroner, er det resulterende 3-båndet fullt, og det er i stand til å føle kjernenes attraksjon enda mer.

Deretter ender Mg-atomene med å legge en tett sekskantet krystall med en sterk metallisk binding. Dette forklarer det mye høyere smeltepunktet (650 ºC) enn det for natrium (98 ºC).

Alle 3-tallets orbitaler i alle atomer og deres tolv naboer overlapper hverandre i alle retninger innenfor krystallen, og de to elektronene går ut når to andre kommer; så videre, uten at Mg ²⁺ -kationene kan komme fra .

Oksidasjonsnummer

Magnesium kan miste to elektroner når det danner forbindelser og blir Mg ²⁺ -kation , som er isoelektronisk for edelgass-neonet. Når man vurderer sin tilstedeværelse i en hvilken som helst forbindelse, er oksidasjonsantallet magnesium +2.

På den annen side, og selv om det er mindre vanlig, kan Mg ⁺ -kationen dannes , som bare har mistet en av de to elektronene og er isoelektronisk til natrium. Når dens tilstedeværelse antas i en forbindelse, sies magnesium å ha et oksidasjonsnummer på +1.

Egenskaper

Fysisk utseende

Strålende hvitt, fast stoff i ren tilstand, før det oksideres eller reagerer med fuktig luft.

Atommasse

24,304 g / mol.

Smeltepunkt

650 ° C.

Kokepunkt

1.091 ° C.

tetthet

1,738 g / cm ³ ved romtemperatur. Y 1,584 g / cm ³ ved smeltetemperatur; det vil si at væskefasen er mindre tett enn den faste, som er tilfellet med de aller fleste forbindelser eller stoffer.

Fusjonsvarme

848 kJ / mol.

Fordampingsvarme

128 kJ / mol.

Molær kalorikapasitet

24,869 J / (mol · K).

Damptrykk

Ved 701 K: 1 Pa; det vil si at damptrykket er veldig lavt.

elektro

1,31 på Pauling-skalaen.

Ioniseringsenergi

Første ioniseringsnivå: 1 737,2 kJ / mol (Mg ⁺ gass)

Andre ioniseringsnivå: 1450,7 kJ / mol (Mg ²⁺ gass, og krever mindre energi)

Tredje ioniseringsnivå: 7 732,7 kJ / mol (Mg ³⁺ gass, og krever mye energi).

Atomradio

160 kl.

Kovalent radius

141 ± 17 kl

Atomvolum

13,97 cm ³ / mol.

Termisk ekspansjon

24,8 um / m · K ved 25 ° C.

Termisk ledningsevne

156 W / m K.

Elektrisk resistivitet

43,9 nΩ · m ved 20 ° C.

Elektrisk ledningsevne

22,4 × 10 ⁶ S cm ³ .

hardhet

2,5 på Mohs-skalaen.

nomenklatur

Metallisk magnesium har ingen andre navn. Fordi dets forbindelser, fordi det anses at de har et oksidasjonsnummer på +2, blir nevnt ved bruk av stamnomenklaturen uten behov for å uttrykke nevnte antall i parentes.

For eksempel er MgO magnesiumoksyd og ikke magnesium (II) oksyd. I følge den systematiske nomenklaturen er den forrige forbindelsen: magnesiummonoksid og ikke monomagnesiummonoksid.

På siden av den tradisjonelle nomenklaturen skjer det samme med aksjenomenklaturen: navnene på forbindelsene slutter på samme måte; det vil si med suffikset –ico. Dermed er MgO magnesiumoksyd, i henhold til denne nomenklaturen.

Ellers kan eller ikke ha de andre forbindelsene vanlige eller mineralogiske navn, eller bestå av organiske molekyler (organomagnesiumforbindelser), hvis nomenklatur avhenger av molekylstrukturen og alkyl (R) eller aryl (Ar) substituenter.

Når det gjelder organomagnesiumforbindelser, er nesten alle Grignard-reagenser med den generelle formelen RMgX. For eksempel, BrMgCH ₃ er metylmagnesiumbromid. Merk at nomenklaturen ikke virker så komplisert i en første kontakt.

figurer

legeringer

Magnesium brukes i legeringer fordi det er et lett metall, og brukes hovedsakelig i legeringer med aluminium, noe som forbedrer de mekaniske egenskapene til dette metallet. Det har også blitt brukt i legeringer med jern.

Bruken i legeringer har imidlertid avtatt på grunn av tendensen til å korrodere ved høye temperaturer.

Mineraler og forbindelser

På grunn av dens reaktivitet finnes den ikke i jordskorpen i sin naturlige eller elementære form. Snarere er det en del av en rekke kjemiske forbindelser, som igjen ligger i omtrent 60 kjente mineraler.

Blant de vanligste mineralene av magnesium er:

-Dolomitt, et karbonat av kalsium og magnesium, MgCO ₃ CaCO ₃

-Magnesitt, et magnesiumkarbonat, CaCO ₃

-Brucite, et magnesiumhydroksyd, Mg (OH) ₂

-carnalite, et magnesium-kalium-klorid, MgCl ₂ · KCl-H ₂ O.

Det kan også være i form av andre mineraler som:

-Kieserite, et magnesiumsulfat, MgSO ₄ H ₂ O

-Forsterite, et magnesiumsilikat, MgSiO ₄

-Chrisotyl eller asbest, en annen magnesiumsilikat, Mg ₃ Si ₂ O ₅ (OH) ₄

Talkum, Mg ₃ Si ₁₄ O ₁₁₀ (OH) ₂ .

isotoper

Magnesium finnes i naturen som en kombinasjon av tre naturlige isotoper: ²⁴ mg, med 79% overflod; ²⁵ mg, med 11% overflod; og ²⁶ mg, med 10% overflod. I tillegg er det 19 kunstige radioaktive isotoper.

Biologisk rolle

glykolyse

Magnesium er et essensielt element for alle levende ting. Mennesker har et daglig inntak på 300 - 400 mg magnesium. Kroppsinnholdet er mellom 22 og 26 g hos et voksent menneske, hovedsakelig konsentrert i beinskjelettet (60%).

Glykolyse er en reaksjonssekvens hvor glukose omdannes til pyruvinsyre, med en nettoproduksjon av 2 ATP-molekyler. Pyruvatkinase, heksokinase og fosfofruktkinase er enzymer, blant andre, av glykolyse som bruker Mg som aktivator.

DNA

DNA består av to nukleotidkjeder som har negativt ladede fosfatgrupper i deres struktur; derfor gjennomgår DNA-strengene elektrostatisk frastøtning. Na ⁺ , K ⁺ og Mg ²⁺ ionene nøytraliserer de negative ladningene og forhindrer dissosiasjon av kjedene.

ATP

ATP-molekylet har fosfatgrupper med negativt ladede oksygenatomer. En elektrisk frastøtning oppstår mellom nærliggende oksygenatomer som kan spalte ATP-molekylet.

Dette skjer ikke fordi magnesium samhandler med nærliggende oksygenatomer og danner et chelat. ATP-Mg sies å være den aktive formen for ATP.

Fotosyntese

Magnesium er essensielt for fotosyntesen, en sentral prosess i bruk av energi fra planter. Det er en del av klorofyll, som i sitt indre har en struktur som ligner på heme-gruppen av hemoglobin; men med et magnesiumatom i sentrum i stedet for et jernatom.

Klorofyll tar opp lysenergi og bruker den i fotosyntesen for å omdanne karbondioksid og vann til glukose og oksygen. Glukose og oksygen brukes senere i produksjonen av energi.

organisme

En reduksjon i plasma-magnesiumkonsentrasjonen er assosiert med muskelspasmer; hjerte- og karsykdommer, for eksempel hypertensjon; diabetes, osteoporose og andre sykdommer.

Magnesiumion er involvert i å regulere funksjonen av kalsiumkanaler i nerveceller. Ved høye konsentrasjoner blokkerer den kalsiumkanalen. Tvert imot, en reduksjon i kalsium gir en aktivering av nerven ved å la kalsium komme inn i cellene.

Dette vil forklare spasmen og sammentrekningen av muskelcellene i veggene i de viktigste blodkarene.

Hvor du finner og produserer

Magnesium finnes ikke i naturen i en grunntilstand, men er en del av omtrent 60 mineraler og mange forbindelser, som ligger i havet, bergarter og saltlaker.

Havet har en magnesiumkonsentrasjon på 0,13%. På grunn av sin størrelse er havet verdens viktigste magnesiumreservoar. Andre magnesiumreservoarer er Great Salt Lake (USA), med en magnesiumkonsentrasjon på 1,1%, og Dødehavet, med en konsentrasjon på 3,4%.

Magnesiummineraler, dolomitt og magnesitt, trekkes ut fra venene ved bruk av tradisjonelle gruvedriftsmetoder. I mellomtiden brukes i karnalittløsninger som lar de andre saltene heve seg til overflaten, og holde karnalitten i bakgrunnen.

Saltlaker som inneholder magnesium konsentreres i dammer ved bruk av solvarme.

Magnesium oppnås ved to metoder: elektrolyse og termisk reduksjon (Pidgeon-prosess).

elektrolyse

Smeltede salter som inneholder enten vannfritt magnesiumklorid, delvis dehydrert vannfritt magnesiumklorid eller det vannfrie mineralstoffet brukes i elektrolyseprosessene. I noen tilfeller brukes den kunstige for å unngå forurensning av den naturlige karnalitten.

Magnesiumklorid kan også oppnås ved å følge fremgangsmåten designet av Dow-selskapet. Vannet blandes i en flokkulator med den lett kalsinerte mineraldolomitten.

Magnesiumkloridet som er tilstede i blandingen blir transformert til Mg (OH) ₂ ved tilsetning av kalsiumhydroksyd i henhold til følgende reaksjon:

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

Det utfelte magnesiumhydroksyd behandles med saltsyre, og produserer magnesiumklorid og vann i henhold til den skisserte kjemiske reaksjonen:

Mg (OH) ₂ + 2 HCl → MgCl ₂ + 2 H ₂ O

Deretter underkastes magnesiumkloridet en dehydratiseringsprosess inntil den oppnår 25% hydrering, og fullfører dehydrering under smelteprosessen. Elektrolyse utføres ved en temperatur som varierer mellom 680 til 750 ºC.

MgCl ₂ → Mg + Cl ₂

Diatomisk klor dannes ved anoden og smeltet magnesium flyter til toppen av saltene, hvor det samles opp.

Termisk reduksjon

Magnesiumkrystaller avsatt fra dampene. Kilde: Warut Roonguthai I Pidgeon-prosessen blandes malt og kalsinert dolomitt med finmalt ferrosilisium og plasseres i sylindrisk nikkel-krom-jernretorter. Retortene er plassert inne i en ovn og er i serie med kondensatorer plassert utenfor ovnen.

Reaksjonen skjer ved en temperatur på 1200 ° C og et lavt trykk på 13 Pa. Magnesiumkrystallene fjernes fra kondensatorene. Den produserte slaggen blir samlet fra bunnen av retortene.

2 CaO + 2 MgO + Si → 2 Mg (gassformet) + Ca ₂ SiO ₄ (slagg)

Kalsium og magnesiumoksider produseres ved kalsinering av kalsium og magnesiumkarbonater som er til stede i dolomitt.

reaksjoner

Magnesium reagerer kraftig med syrer, spesielt okssyre. Reaksjonen med salpetersyre gir magnesiumnitrat, Mg (NO ₃ ) ₂ . På samme måte reagerer den med saltsyre for å produsere magnesiumklorid og hydrogengass.

Magnesium reagerer ikke med alkalier, for eksempel natriumhydroksyd. Ved romtemperatur er den dekket med et lag magnesiumoksyd, uoppløselig i vann, som beskytter det mot korrosjon.

Det danner kjemiske forbindelser, blant andre elementer, med klor, oksygen, nitrogen og svovel. Den er svært reaktiv med oksygen ved høye temperaturer.

applikasjoner

- Elementært magnesium

legeringer

Magnesiumlegeringer har blitt brukt i fly og biler. Sistnevnte har som krav for kontroll av forurensende gassutslipp, en reduksjon i vekten på motorvogner.

Magnesiumanvendelser er basert på dens lave vekt, høye styrke og enkle å lage legeringer. Bruksområder inkluderer håndverktøy, sportsutstyr, kameraer, apparater, bagasjerammer, bildeler, gjenstander for romfartsindustrien.

Magnesiumlegeringer brukes også til fremstilling av fly, raketter og rom-satellitter, så vel som i fotoetsing for å produsere en rask og kontrollert gravering.

metallurgi

Magnesium tilsettes i en liten mengde til støpt hvitt jern, noe som forbedrer styrken og formbarheten. I tillegg injiseres magnesium blandet med kalk i flytende masovn, noe som forbedrer stålets mekaniske egenskaper.

Magnesium er involvert i produksjonen av titan, uran og hafnium. Det fungerer som et reduksjonsmiddel på titantetraklorid i Kroll-prosessen for å gi opphav til titan.

Elektro

Magnesium brukes i en tørr celle, som fungerer som anoden og sølvklorid som katoden. Når magnesium kommer i elektrisk kontakt med stål i nærvær av vann, korroderer det, og lar stålet være intakt.

Denne typen stålbeskyttelse er til stede i skip, lagringstanker, varmtvannsberedere, brokonstruksjoner, etc.

pyroteknikk

Magnesium i pulver- eller stripeform brenner, og gir et veldig intenst hvitt lys. Denne egenskapen har blitt brukt i militær pyroteknikk til å sette opp branner eller tenne ved fakler.

Det finfordelte faste stoffet har blitt brukt som brenselkomponent, spesielt i faste rakettdrivemidler.

- Forbindelser

Magnesiumkarbonat

Den brukes som varmeisolator for kjeler og rør. Ettersom det er hygroskopisk og løselig i vann, brukes det for å forhindre at vanlig salt komprimerer seg i saltristene og ikke flyter ordentlig under krydderingen av maten.

Magnesiumhydroksyd

Den har anvendelse som brannhemmende. Oppløst i vann, det danner den kjente magnesia-melken, en hvitaktig suspensjon som har blitt brukt som antacida og avføringsmiddel.

Magnesiumklorid

Det brukes til fremstilling av høys styrke gulvsement, samt et tilsetningsstoff i fremstilling av tekstiler. I tillegg brukes den som flokkulerende middel i soyamelk for produksjon av tofu.

Magnesiumoksid

Det brukes til fremstilling av ildfaste murstein for å motstå høye temperaturer og som en termisk og elektrisk isolator. Det brukes også som avføringsmiddel og antacida.

Magnesiumsulfat

Det brukes industrielt til å lage sement og gjødsel, soling og farging. Det er også et tørkemiddel. Epsom salt, MgSO ₄ · 7H ₂ O, anvendes som et avføringsmiddel.

- Mineraler

talkumspulver

Den er tatt som den minste hardhetsstandarden (1) på Mohs-skalaen. Det fungerer som et fyllstoff i produksjonen av papir og papp, i tillegg til å forhindre irritasjon og fuktighet i huden. Det brukes til fremstilling av varmebestandige materialer og som base for mange pulver som brukes i kosmetikk.

Chrysotile eller asbest

Den har blitt brukt som varmeisolator og i byggebransjen for fremstilling av tak. Foreløpig brukes den ikke på grunn av lungekreftfibrene.

referanser

1. Mathews, CK, van Holde, KE og Ahern, KG (2002). Biokjemi. 3 ^var utgave. Redaksjonell Pearson Educación, SA
2. Wikipedia. (2019). Magnesium. Gjenopprettet fra: en.wikipedia.org
3. Clark J. (2012). Metallisk liming. Gjenopprettet fra: chemguide.co.uk
4. Hull AW (1917). Krystallstrukturen av magnesium. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, 3 (7), 470–473. doi: 10.1073 / pnas.3.7.470
5. Timothy P. Hanusa. (7. februar 2019). Magnesium. Encyclopædia Britannica. Gjenopprettet fra: britannica.com
6. Hangzhou LookChem Network Technology Co. (2008). Magnesium. Gjenopprettet fra: lookchem.com