MAGNEZIJ: POVIJEST, STRUKTURA, SVOJSTVA, REAKCIJE, UPORABE - KEMIJA - 2025

Magnezija je zemnoalkalni metal koji pripada skupini 2 periodičkog. Njegov atomski broj je 12 i predstavljen je kemijskim simbolom Mg. To je osmi najbogatiji element u zemljinoj kori, oko 2,5%.

Ovaj metal se, poput njegovih kongenera i alkalnih metala, ne nalazi u prirodi u svom izvornom stanju, ali se kombinira s drugim elementima kako bi tvorio brojne spojeve prisutne u stijenama, morskoj vodi i u salamuri.

Svakodnevni predmeti napravljeni od magnezija. Izvor: Firetwister iz Wikipedije.

Magnezij je dio minerala kao što su dolomit (kalcij i magnezijev karbonat), magnezit (magnezijev karbonat), karnalit (magnezijev i kalijev klorid heksahidrat), brucit (magnezijev hidroksid), te u silikatima kao što su talk i olivina.

Njegov najbogatiji prirodni izvor za proširenje je more koje ima obilje 0,13%, iako Veliko slano jezero (1,1%) i Mrtvo more (3,4%) imaju veću koncentraciju magnezija. Postoje slane otopine s velikim sadržajem, koje se koncentriraju isparavanjem.

Naziv magnezij vjerojatno potječe od magnezita, pronađenog u Magneziji, u regiji Tesalije, drevnoj Grčkoj. Iako je istaknuto da su u istoj regiji pronađeni magnetit i mangan.

Magnezij snažno reagira s kisikom na temperaturama iznad 645 ° C. U međuvremenu, magnezij u prahu sagorijeva na suhom zraku emitirajući intenzivno bijelo svjetlo. Zbog toga je u fotografiji korišten kao izvor svjetlosti. Trenutno se ovo svojstvo još uvijek koristi u pirotehničkim sredstvima.

To je bitan element za živa bića. Poznato je da je kofaktor za više od 300 enzima, uključujući nekoliko enzima glikolize. Ovo je vitalni proces za živa bića zbog njegove veze s proizvodnjom ATP-a, glavnog staničnog izvora energije.

Isto tako, dio je kompleksa sličnog hemoglobinu hemoglobina koji je prisutan u klorofilu. Ovo je pigment koji sudjeluje u realizaciji fotosinteze.

Povijest

Priznanje

Joseph Black, škotski kemičar, 1755. prepoznao je to kao element, pokazujući eksperimentalno da je različit od kalcija, metala s kojim su ga zbunjivali.

U vezi s tim, Black je napisao: "Već eksperimentom vidimo da je magnezita alba (magnezijev karbonat) spoj osebujne zemlje i nepokretnog zraka."

Izolacija

1808. Sir Humprey Davy uspio je izolirati elektrolizom kako bi se proizveo amalgam magnezija i žive. To je učinilo elektroliziranjem vlažne sulfatne soli uz upotrebu žive kao katode. Nakon toga, isparavanjem žive iz malgama zagrijavanjem je ostao magnezijev ostatak.

A. Bussy, francuski znanstvenik, uspio je proizvesti prvi metalni magnezij 1833. godine. Da bi to učinio, Bussy je proizveo redukciju rastopljenog magnezijevog klorida s metalnim kalijem.

1833., britanski znanstvenik Michael Faraday prvi put je koristio elektrolizom magnezijevog klorida za izoliranje ovog metala.

Proizvodnja

Godine 1886. njemačka tvrtka Aluminij und Magnesiumfabrik Hemelingen koristi elektrolizom rastaljenog carnalite (MgCl ₂ · KCl · 6H ₂ O) za proizvodnju magnezija.

Hemelingen je u partnerstvu s industrijskim kompleksom Farbe (IG Farben) uspio razviti tehniku ​​za proizvodnju velikih količina rastaljenog magnezijevog klorida za elektrolizu za proizvodnju magnezija i klora.

Tijekom Drugog svjetskog rata, Dow Chemical Company (SAD) i Magnesium Elektron LTD (UK) započeli su elektrolitičkom redukcijom morske vode; pumpa iz zaljeva Galveston u Teksasu i Sjevernom moru do Hartlepoola u Engleskoj, za proizvodnju magnezija.

U isto vrijeme, Ontario (Kanada) stvara tehniku ​​za proizvodnju na temelju LM Pidgeon procesa. Tehnika se sastoji od termičke redukcije magnezijevog oksida silikatima u retorti s vanjskim paljenjem.

Struktura i elektronska konfiguracija magnezija

Magnezij se kristalizira u kompaktnoj šesterokutnoj strukturi, gdje je svaki njegov atom okružen s dvanaest susjeda. Zbog toga je gušće od ostalih metala, poput litija ili natrija.

Njegova elektronička konfiguracija je 3s ², s dva valentna elektrona i deset unutarnje ljuske. Imajući dodatni elektron u odnosu na natrij njegova metalna veza postaje jača.

To je zato što je atom manji i njegova jezgra ima još jedan proton; prema tome, oni imaju veći učinak privlačenja na elektrone susjednih atoma, što skuplja udaljenosti među njima. Također, budući da postoje dva elektrona, rezultirajući 3s pojas je pun i moći će još više osjetiti privlačnost jezgara.

Zatim, Mg-atomi završavaju položivši gusti šesterokutni kristal s jakom metalnom vezom. To objašnjava njegovu znatno višu talište (650 ºC) od natrija (98 ºC).

Sve 3-e orbitale svih atoma i njihovih dvanaest susjeda preklapaju se u svim smjerovima unutar kristala, a dva elektrona odlaze kako dolaze dva druga; i tako dalje, bez da Mg ²⁺ kationi mogu nastati.

Oksidacijski brojevi

Magnezij može izgubiti dva elektrona kada formira spojeve i postane Mg ²⁺ kation, koji je izoelektronski prema plemenitom neonskom plinu. Kada uzmemo u obzir njegovu prisutnost u bilo kojem spoju, oksidacijski broj magnezija je +2.

S druge strane, i iako je manje uobičajen, može se stvoriti Mg ⁺ kation, koji je izgubio samo jedan od svoja dva elektrona i izoelektronski je do natrija. Kad se pretpostavi da je u spoju njegova prisutnost, za magnezij se kaže da ima oksidacijski broj +1.

Svojstva

Fizički izgled

Sjajna bijela krutina u svom čistom stanju, prije oksidacije ili reakcije s vlažnim zrakom.

Atomska masa

24.304 g / mol.

Talište

650 ° C.

Vrelište

1.091 ° C.

Gustoća

1,738 g / cm ³ na sobnoj temperaturi. Y 1,584 g / cm ³ pri temperaturi taljenja; to jest, tekuća faza je manje gusta od krute, kao što je slučaj s velikom većinom spojeva ili tvari.

Toplina fuzije

848 kJ / mol.

Toplina isparavanja

128 kJ / mol.

Molarni kalorijski kapacitet

24.869 J / (mol · K).

Tlak pare

Na 701 K: 1 Pa; to jest, njegov parni tlak je vrlo nizak.

Elektronegativnost

1,31 na Paulingovoj skali.

Energija ionizacije

Prva razina ionizacije: 1.737,2 kJ / mol (Mg ⁺ plin)

Druga razina ionizacije: 1.450,7 kJ / mol (Mg ²⁺ plina i potrebno je manje energije)

Treća razina ionizacije: 7,732,7 kJ / mol (Mg ³⁺ plina, i zahtijeva puno energije).

Atomski radio

160 sati.

Kovalentni polumjer

141 ± 17 sati

Atomski volumen

13,97 cm ³ / mol.

Toplinsko širenje

24,8 µm / m · K pri 25 ° C.

Toplinska vodljivost

156 W / m K.

Električni otpor

43,9 nΩ · m na 20 ° C.

Električna vodljivost

22,4 × 10 ⁶ S cm ³.

Tvrdoća

2,5 na Mohsovoj skali.

Nomenklatura

Metalni magnezij nema druga atribuirana imena. Njegovi spojevi, budući da se smatra da većinom imaju oksidacijski broj +2, spominju se korištenjem nomenklature osnovnog materijala bez potrebe za izražavanjem navedenog broja u zagradama.

Na primjer, MgO je magnezijev oksid, a ne magnezijev (II) oksid. Prema sustavnoj nomenklaturi, prethodni spoj je: magnezijev monoksid, a ne monomagnezijev monoksid.

S druge strane tradicionalne nomenklature, ista se stvar događa s nomenklaturom dionica: nazivi spojeva završavaju se na isti način; dakle sufiksom –ico. Prema tome, MgO je magnezijev oksid, u skladu s ovom nomenklaturom.

Inače, ostali spojevi mogu ili ne moraju imati uobičajena ili mineraloška imena ili se sastoje od organskih molekula (organomagnezijevi spojevi) čija nomenklatura ovisi o molekularnoj strukturi i alkil (R) ili aril (Ar) supstituentima.

Što se tiče organomagnezijevih spojeva, gotovo svi su Grignardovi reagensi opće formule RMgX. Na primjer, BrMgCH ₃ je metil magnezijev bromid. Napominjemo da se nomenklatura ne čini toliko kompliciranom u prvom kontaktu.

oblici

legure

Magnezij se koristi u legurama jer je lagan metal, a koristi se uglavnom u legurama s aluminijom, što poboljšava mehaničke karakteristike ovog metala. Također se koristi u legurama s željezom.

Međutim, njegova upotreba u legurama je smanjena zbog njegove sklonosti korodiranju na visokim temperaturama.

Minerali i spojevi

Zbog svoje reaktivnosti ne nalazi se u zemljinoj kori u svom izvornom ili elementarnom obliku. Ona je dio brojnih kemijskih spojeva koji se zauzvrat nalaze u oko 60 poznatih minerala.

Među najčešćim mineralima magnezija spadaju:

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

-Magnezit, magnezijev karbonat, CaCO ₃

-Brucit, magnezijev hidroksid, Mg (OH) ₂

-carnalite, magnezijeva kalijev klorid, MgClz ₂ · KCl · H ₂ O.

Također, može biti u obliku drugih minerala kao što su:

-Kieserite, magnezij sulfat, MgSO ₄ H ₂ O

-Forsterite, magnezij silikat, MgSiO ₄

-Chrisotyl ili azbest, drugi magnezijev silikat, Mg ₃ Si ₂ O ₅ (OH) ₄

-Talc, Mg ₃ Si ₁₄ O ₁₁₀ (OH) ₂.

izotopi

Magnezij se u prirodi nalazi kao kombinacija tri prirodna izotopa: ²⁴ Mg, s 79% obilja; ²⁵ mg, s 11% obilja; i ²⁶ mg, s 10% obilja. Pored toga, postoji 19 umjetnih radioaktivnih izotopa.

Biološka uloga

glikoliza

Magnezij je bitan element za sva živa bića. Ljudi svakodnevno unose 300 - 400 mg magnezija. Njegov tjelesni sadržaj se sastoji u 22 do 26 g odraslog čovjeka koncentriranog uglavnom u koštanom kostiju (60%).

Glikoliza je niz reakcija u kojima se glukoza pretvara u piruičnu kiselinu, s neto proizvodnjom 2 molekule ATP-a. Piruvat kinaza, hekokinaza i foshofrukt kinaza između ostalog su enzimi glikolize koji koriste Mg kao aktivator.

DNA

DNA se sastoji od dva nukleotidna lanca koji u svojoj strukturi imaju negativno nabijene fosfatne skupine; prema tome, DNA lanci podvrgavaju se elektrostatičkoj odbojnosti. Ioni Na ⁺, K ⁺ i Mg2 ⁺ neutraliziraju negativne naboje, sprječavajući disocijaciju lanaca.

ATP

ATP molekula ima fosfatne skupine s negativno nabijenim atomima kisika. Dolazi do električnog odbijanja između susjednih atoma kisika koji bi mogli cijepati ATP molekulu.

To se ne događa jer magnezij stupa u interakciju sa susjednim atomima kisika, tvoreći helat. Za ATP-Mg se kaže da je aktivni oblik ATP-a.

Fotosinteza

Magnezij je ključan za fotosintezu, središnji proces u korištenju energije biljaka. Dio je klorofila koji u svojoj unutrašnjosti ima strukturu sličnu hemoglobinoj skupini hemoglobina; ali s atomom magnezija u sredini umjesto atoma željeza.

Klorofil apsorbira svjetlosnu energiju i koristi ga u fotosintezi za pretvaranje ugljičnog dioksida i vode u glukozu i kisik. Glukoza i kisik koriste se kasnije u proizvodnji energije.

Organizam

Smanjenje koncentracije magnezija u plazmi povezano je s mišićnim grčevima; kardiovaskularne bolesti, poput hipertenzije; dijabetes, osteoporoza i druge bolesti.

Magnezijev ion sudjeluje u regulaciji funkcioniranja kalcijevih kanala u živčanim stanicama. U visokim koncentracijama blokira kalcijev kanal. Suprotno tome, smanjenje kalcija stvara aktivaciju živa dopuštajući kalcijumu da uđe u stanice.

To bi objasnilo grč i kontrakciju mišićnih stanica u zidovima glavnih krvnih žila.

Gdje pronaći i producirati

Magnezij se u prirodi ne nalazi u elementarnom stanju, ali je dio otprilike 60 minerala i mnogobrojnih spojeva, smještenih u moru, stijenama i slanim otopinama.

U moru je koncentracija magnezija 0,13%. Zbog svoje veličine, more je glavni svjetski rezervoar magnezija. Ostali rezervoari magnezija su Veliko slano jezero (SAD), s koncentracijom magnezija 1,1%, i Mrtvo more, s koncentracijom od 3,4%.

Minerali magnezija, dolomit i magnezit, izvlače se iz njegovih vena tradicionalnim metodama rudarstva. U međuvremenu se koriste otopine karnalita koje dopuštaju da se ostale soli uzdižu na površinu, zadržavajući karnalit u pozadini.

Slanice koje sadrže magnezij koncentrirane su u ribnjacima solarnim grijanjem.

Magnezij se dobiva na dvije metode: elektrolizom i toplinskom redukcijom (Pidgeon-ov postupak).

Elektroliza

U postupcima elektrolize koriste se staljene soli koje sadrže ili bezvodni magnezijev klorid, djelomično dehidrirani bezvodni magnezijev klorid ili mineralni bezvodni karnalit. U nekim okolnostima, kako bi se izbjegla kontaminacija prirodnog karnalita, koristi se umjetni.

Magnezijev klorid se može dobiti i slijedeći postupak koji je osmislila tvrtka Dow. Voda se miješa u flokulatoru s blago kalciniranim mineralnim dolomitima.

Magnezijev klorid prisutan u smjesi pretvara se u Mg (OH) ₂ dodavanjem kalcijevog hidroksida, prema sljedećoj reakciji:

MgClz ₂ + Ca (OH) ₂ → Mg (OH) ₂ + CaClz ₂

Istaloženi magnezijev hidroksid obrađuje se klorovodičnom kiselinom, čime nastaje magnezijev klorid i voda, u skladu s naznačenom kemijskom reakcijom:

Mg (OH) ₂ + 2 HCl → MgClz ₂ + 2 H ₂ O

Zatim se magnezijev klorid podvrgne procesu dehidracije do postizanja 25% hidratacije, završavajući dehidracijom tijekom taljenja. Elektroliza se vrši pri temperaturi koja varira od 680 do 750 ºC.

MgClz ₂ → Mg + Cl ₂

Dijatomski klor nastaje na anodi, a rastopljeni magnezij dospije na vrh soli, gdje se skuplja.

Toplinska redukcija

Kristali magnezija nataloženi iz njegovih para. Izvor: Warut Roonguthai U procesu Pidgeona, mljeveni i kalcinirani dolomit se pomiješa s fino mljevenim ferosilicijom i stavi u cilindrične retorte nikla-kroma-željeza. Retorti su postavljeni unutar pećnice i serijski su sa kondenzatorima koji se nalaze izvan pećnice.

Reakcija se odvija pri temperaturi od 1200 ° C i niskom tlaku od 13 Pa. Kristali magnezija uklanjaju se iz kondenzatora. Proizvedena šljaka sakuplja se s dna retorta.

2 CaO + 2 MgO + Si → 2 Mg (plinovit) + Ca ₂ SiO ₄ (šljaka)

Kalcijevi i magnezijevi oksidi nastaju kalcinacijom kalcijevih i magnezijevih karbonata prisutnih u dolomitima.

reakcije

Magnezij snažno reagira s kiselinama, posebno s oksacidima. Njegova reakcija s dušičnom kiselinom stvara magnezijev nitrat, Mg (NO ₃) ₂. Na isti način reagira s klorovodičnom kiselinom, čime nastaje magnezijev klorid i plin vodik.

Magnezij ne reagira s alkalijama, poput natrijevog hidroksida. Na sobnoj je temperaturi prekriven slojem magnezijevog oksida, netopljivog u vodi, koji ga štiti od korozije.

Među ostalim elementima tvori kemijske spojeve s klorom, kisikom, dušikom i sumporom. Vrlo je reaktivan s kisikom na visokim temperaturama.

Prijave

- Elementarni magnezij

legure

Magnezijeve legure korištene su u zrakoplovima i automobilima. Potonji imaju kao uvjet za kontrolu emisije zagađujućih plinova, smanjenje težine motornih vozila.

Primjene magnezija temelje se na njegovoj maloj težini, visokoj čvrstoći i jednostavnosti izrade legura. Aplikacije uključuju ručni alat, sportsku robu, fotoaparate, uređaje, okvire za prtljagu, auto dijelove, predmete za zrakoplovnu industriju.

Magnezijeve legure također se koriste u proizvodnji aviona, raketa i svemirskih satelita, kao i u foto-jetrenju za proizvodnju brzog i kontroliranog graviranja.

Metalurgija

Magnezij se dodaje u maloj količini za lijevanje bijelog željeza, što poboljšava njegovu čvrstoću i gipkost. Uz to, magnezij pomiješan s vapnom ubrizgava se u tekuće željezo, poboljšavajući mehanička svojstva čelika.

Magnezij je uključen u proizvodnju titana, urana i hafnija. Djeluje kao redukcijsko sredstvo na tetrakloridu titana, u procesu Kroll, dajući titan.

Elektrokemija

Magnezij se koristi u suvoj ćeliji, djelujući kao anoda, a srebrni klorid kao katoda. Kad magnezij u prisustvu vode dođe u električni kontakt sa čelikom, on žrtveno korodira, ostavljajući čelik netaknut.

Ova vrsta zaštite od čelika prisutna je u brodovima, spremnicima, bojlerima, mostovnim konstrukcijama itd.

Pirotehnika

Magnezij u prahu ili obliku trake gori, emitira vrlo intenzivno bijelo svjetlo. Ovo se imanje koristi u vojnoj pirotehnici za postavljanje požara ili osvjetljenje bakljama.

Njegova fino usitnjena kruta tvar upotrebljava se kao gorivna komponenta, posebno u raketnim gorivima sa čvrstim raketama.

- Spojevi

Magnezijev karbonat

Koristi se kao toplinski izolator za kotlove i cijevi. Budući da je higroskopan i topiv u vodi, koristi se da spriječi da se obična sol zgusne u tresalicama soli i da ne istječe pravilno tijekom začina hrane.

Magnezijev hidroksid

Primjena je kao protivpožarno sredstvo. Otopljeno u vodi, tvori poznato mlijeko od magnezije, bjelkastu suspenziju koja je korištena kao antacid i laksativ.

Magnezijev klorid

Koristi se u proizvodnji poda čvrstog cementa visoke čvrstoće, kao i dodatak u proizvodnji tekstila. Osim toga, koristi se kao flokulant u sojinom mlijeku za proizvodnju tofua.

Magnezijev oksid

Koristi se u proizvodnji vatrostalnih opeka za otpornost na visoke temperature i kao toplinski i električni izolator. Također se koristi kao laksativ i antacid.

Magnezijev sulfat

Industrijski se koristi za proizvodnju cementa i gnojiva, štavljenje i bojenje. Također je sredstvo za sušenje. Epsom sol, MgSO ₄ · 7H ₂ O, koristi se kao purgativ.

- Minerali

puder od talka

Uzima se kao standard najmanje tvrdoće (1) na Mohsovoj skali. Služi kao punilo u proizvodnji papira i kartona, kao i sprječava iritaciju i hidrataciju kože. Koristi se u proizvodnji materijala otpornih na toplinu i kao osnova mnogih pudera koji se koriste u kozmetici.

Krizotil ili azbest

Koristi se kao toplinski izolator i u građevinarstvu za izradu stropova. Trenutno se ne koristi zbog vlakana raka pluća.

Reference

1. Mathews, CK, van Holde, KE i Ahern, KG (2002). Biokemija. 3 je ^bilo izdanje. Uredništvo Pearson Educación, SA
2. Wikipedia. (2019). Magnezij. Oporavilo sa: en.wikipedia.org
3. Clark J. (2012). Metalno lijepljenje. Oporavak od: chemguide.co.uk
4. Hull AW (1917). Kristalna struktura magnezija. Zbornik radova Nacionalne akademije znanosti Sjedinjenih Američkih Država, 3 (7), 470–473. doi: 10.1073 / pnas.3.7.470
5. Timothy P. Hanusa. (7. veljače 2019.). Magnezij. Encyclopædia Britannica. Oporavilo od: britannica.com
6. Hangzhou LookChem Network Technology Co (2008). Magnezij. Oporavilo od: lookchem.com