МАГНЕЗИЙ: ИСТОРИЯ, СТРУКТУРА, СВОЙСТВА, РЕАКЦИИ, УПОТРЕБИ - ХИМИЯ - 2025

На магнезий е алкалоземен метал, принадлежащ към група 2 от периодичната таблица. Атомният му номер е 12 и е представен с химическия символ Mg. Той е осмият най-разпространен елемент в земната кора, около 2,5% от него.

Този метал, подобно на неговите конгенери и алкални метали, не се среща в природата в родното му състояние, но се комбинира с други елементи, за да образува множество съединения, присъстващи в скали, морска вода и в саламура.

Ежедневни предмети, направени с магнезий. Източник: Firetwister от Wikipedia.

Магнезият е част от минерали като доломит (калций и магнезиев карбонат), магнезит (магнезиев карбонат), карналит (магнезиев и калиев хлорид хексахидрат), бруцит (магнезиев хидроксид) и в силикати като талк и оливин.

Най-богатият му природен източник за разширението му е морето, което има изобилие от 0,13%, въпреки че Голямото солено езеро (1,1%) и Мъртво море (3,4%) имат по-висока концентрация на магнезий. Има саламури с високо съдържание на него, което се концентрира чрез изпаряване.

Наименованието магнезий вероятно произлиза от магнезит, намерен в Магнезия, в района на Тесалия, древен регион на Гърция. Въпреки че, беше посочено, че магнетит и манган са били открити в един и същ регион.

Магнезият реагира силно с кислорода при температури над 645 ° C. Междувременно магнезиевият прах гори на сух въздух, излъчвайки интензивна бяла светлина. Поради тази причина той е използван като източник на светлина във фотографията. В момента това свойство все още се използва в пиротехниката.

Той е съществен елемент за живите същества. Известно е, че е кофактор за повече от 300 ензима, включително няколко ензима гликолиза. Това е жизненоважен процес за живите същества поради връзката му с производството на АТФ, основния клетъчен източник на енергия.

По същия начин той е част от комплекс, подобен на групата на хемогена на хемоглобина, присъстваща в хлорофила. Това е пигмент, който участва в реализирането на фотосинтезата.

история

признаване

Джозеф Блек, шотландски химик, през 1755 г. го разпознава като елемент, като експериментално показва, че е различен от калция, метал, с който го объркват.

В тази връзка, Блек пише: "Вече чрез експеримент виждаме, че магнезия алба (магнезиев карбонат) е съединение на особена земна и неподвижна атмосфера."

Изолация

През 1808 г. сър Хъмпрей Дейви успява да го изолира с помощта на електролиза, за да произведе амалгама от магнезий и живак. Това направи, като електролизира влажната си сулфатна сол с използването на живак като катод. Впоследствие изпарява живака от малгамата чрез нагряване, оставяйки магнезиевия остатък.

А. Бъси, френски учен, успява да произведе първия метален магнезий през 1833г. За да направи това, Bussy произвежда редукцията на разтопен магнезиев хлорид с метален калий.

През 1833 г. британският учен Майкъл Фарадей използва за първи път електролизата на магнезиев хлорид, за да изолира този метал.

производство

През 1886 г. немската компания Aluminium und Magnesiumfabrik Hemelingen използва електролизата на разтопен карналит (MgCl ₂ · KCl · 6H ₂ O) за получаване на магнезий.

Hemelingen, в партньорство с Индустриалния комплекс Farbe (IG Farben), успя да разработи техника за производство на големи количества разтопен магнезиев хлорид за електролиза за производството на магнезий и хлор.

По време на Втората световна война Dow Chemical Company (САЩ) и Magnesium Elektron LTD (UK) започват електролитичното редуциране на морската вода; изпомпва се от залива Галвестън, Тексас и в Северно море до Хартълпул, Англия, за производството на магнезий.

В същото време Онтарио (Канада) създава техника за производството му въз основа на процеса LM Pidgeon. Техниката се състои в термично редуциране на магнезиев оксид със силикати във външно изпарени реторти.

Структура и електронна конфигурация на магнезий

Магнезият кристализира в компактна шестоъгълна структура, където всеки от неговите атоми е заобиколен от дванадесет съседи. Това го прави по-гъст от други метали, като литий или натрий.

Електронната му конфигурация е 3s ², с два валентни електрона и десет от вътрешната обвивка. Като има допълнителен електрон в сравнение с натрий, неговата метална връзка става по-силна.

Това е така, защото атомът е по-малък и ядрото му има още един протон; следователно те упражняват по-голям ефект на привличане върху електроните на съседните атоми, което свива разстоянията между тях. Освен това, тъй като има два електрона, получената 3s лента е пълна и тя е в състояние да усети още повече привличането на ядрата.

Тогава Mg атомите в крайна сметка полагат плътен шестоъгълен кристал със силна метална връзка. Това обяснява неговата много по-висока точка на топене (650 ºC) от тази на натрия (98 ºC).

Всички 3s орбитали на всички атоми и дванадесетте им съседи се припокриват във всички посоки в кристала, а двата електрона напускат, когато идват други два; и така нататък, без катионите Mg ²⁺ да могат да произхождат.

Окислителни числа

Магнезият може да загуби два електрона, когато образува съединения и да остане като катион Mg ²⁺, който е изоелектронно за благородния газов неон. Когато се има предвид присъствието му във всяко съединение, окислителният брой на магнезия е +2.

От друга страна и макар и по-рядко срещан, може да се образува Mg ⁺ катион, който е загубил само един от двата си електрона и е изоелектронно до натрий. Когато се предполага, че присъствието му е в съединение, тогава се казва, че магнезият има окислително число +1.

Имоти

Външен вид

Брилянтно бяло твърдо вещество в чисто състояние, преди да се окисли или реагира с влажен въздух.

Атомна маса

24.304 g / mol.

Точка на топене

650 ° С.

Точка на кипене

1 091 ° C.

плътност

1,738 g / cm ³ при стайна температура. Y 1.584 гр / см ³ при температура на топене; тоест течната фаза е по-малко плътна от твърдата, както е в случая с огромното мнозинство от съединения или вещества.

Топлина от синтез

848 kJ / mol.

Топлина от изпаряване

128 kJ / mol.

Моларен калоричен капацитет

24.869 J / (mol · K).

Парно налягане

При 701 К: 1 Па; тоест налягането му на пара е много ниско.

Електроотрицателност

1.31 по скалата на Полинг.

Йонизационна енергия

Първо ниво на йонизация: 1,737,2 kJ / mol (Mg ⁺ газ)

Второ ниво на йонизация: 1450,7 kJ / mol (Mg ²⁺ газ и изисква по-малко енергия)

Трето ниво на йонизация: 7,732,7 kJ / mol (Mg ³⁺ газ и изисква много енергия).

Атомно радио

160 вечерта.

Ковалентен радиус

141 ± 17 вечерта

Атомен обем

13,97 см ³ / мол.

Термично разширение

24,8 µm / m · K при 25 ° С.

Топлопроводимост

156 W / m K.

Електрическо съпротивление

43,9 nΩ · m при 20 ° C.

Електрическа проводимост

22,4 × 10 ⁶ S cm ³.

твърдост

2.5 по скалата на Mohs.

номенклатура

Металният магнезий няма други приписвани имена. Неговите съединения, тъй като се счита, че по-голямата част от тях имат окислително число +2, се споменават с помощта на номенклатурата на запасите, без да е необходимо да се изразява посоченото число в скоби.

Например, MgO е магнезиев оксид, а не магнезиев (II) оксид. Според системната номенклатура предишното съединение е: магнезиев моноксид, а не мономагнезиев моноксид.

От страната на традиционната номенклатура същото се случва с номенклатурата на акциите: имената на съединенията завършват по същия начин; тоест със суфикса –ico. По този начин MgO е магнезиев оксид, съгласно тази номенклатура.

В противен случай другите съединения могат или не могат да имат общи или минералогични наименования или да се състоят от органични молекули (органомагнезиеви съединения), чиято номенклатура зависи от молекулната структура и алкил (R) или арил (Ar) заместители.

Що се отнася до органомагнезиевите съединения, почти всички те са Grignard реагенти с обща формула RMgX. Например, BrMgCH ₃ е метил магнезиев бромид. Обърнете внимание, че номенклатурата не изглежда толкова сложна при първи контакт.

Shapes

сплави

Магнезият се използва в сплави, тъй като е лек метал, използва се главно в сплави с алуминий, което подобрява механичните характеристики на този метал. Използва се и в сплави с желязо.

Използването му в сплави обаче намалява поради склонността му да корозира при високи температури.

Минерали и съединения

Поради своята реактивност той не се намира в земната кора в естествената си или елементарна форма. По-скоро е част от множество химически съединения, които от своя страна са разположени в около 60 известни минерали.

Сред най-разпространените минерали на магнезий са:

-Dolomite, карбонат на калций и магнезий, MgCO ₃ СаСОз ₃

-Магнезит, магнезиев карбонат, СаСО ₃

-Бруцит, магнезиев хидроксид, Mg (OH) ₂

-carnalite, магнезиев калиев хлорид, магнезиев хлорид ₂ · KCl-H ₂ O.

Също така, той може да бъде под формата на други минерали като:

-Kieserite, магнезиев сулфат, магнезиев ₄ H ₂ O

-Forsterite, магнезиев силикат, MgSiO ₄

-Chrisotyl или азбест, друг магнезиев силикат, Mg ₃ Si ₂ О ₅ (OH) ₄

-Talc, Mg ₃ Si ₁₄ О ₁₁₀ (OH) ₂.

Изотопи

Магнезият се среща в природата като комбинация от три естествени изотопа: ²⁴ Mg, с 79% изобилие; ²⁵ Mg, с 11% изобилие; и ²⁶ Mg, с 10% изобилие. Освен това има 19 изкуствени радиоактивни изотопи.

Биологична роля

гликолиза

Магнезият е основен елемент за всички живи същества. Хората имат дневен прием от 300 - 400 mg магнезий. Съдържанието му в тялото е между 22 и 26 g, при възрастен човек, концентриран главно в костния скелет (60%).

Гликолизата е последователност от реакции, при които глюкозата се трансформира в пирувинова киселина с нетно производство на 2 молекули АТФ. Пируват киназа, хексокиназа и фосфофрукт киназа са ензими, наред с други, на гликолизата, които използват Mg като активатор.

ДНК

ДНК е изградена от две нуклеотидни вериги, които имат отрицателно заредени фосфатни групи в структурата си; следователно, ДНК веригите са подложени на електростатично отблъскване. Йони Na ⁺, K ⁺ и Mg ²⁺ неутрализират отрицателните заряди, предотвратявайки дисоциацията на веригите.

ATP

АТФ молекулата има фосфатни групи с отрицателно заредени кислородни атоми. Между съседните кислородни атоми възниква електрическо отблъскване, което би могло да разцепи молекулата на АТФ.

Това не се случва, защото магнезият взаимодейства със съседните кислородни атоми, образувайки хелат. За ATP-Mg се казва, че е активната форма на ATP.

фотосинтеза

Магнезият е от съществено значение за фотосинтезата, централен процес в използването на енергия от растенията. Той е част от хлорофила, който има във вътрешността си структура, подобна на хема групата на хемоглобина; но с магнезиев атом в центъра вместо железен атом.

Хлорофилът поглъща светлината енергия и я използва за фотосинтеза за преобразуване на въглероден диоксид и вода в глюкоза и кислород. Глюкозата и кислородът се използват по-късно при производството на енергия.

организъм

Намаляването на плазмената концентрация на магнезий е свързано с мускулни спазми; сърдечно-съдови заболявания, като хипертония; диабет, остеопороза и други заболявания.

Магнезиевият йон участва в регулирането на функционирането на калциевите канали в нервните клетки. При високи концентрации блокира калциевия канал. Напротив, намалението на калция води до активиране на нерва, като позволява на калция да влиза в клетките.

Това би обяснило спазма и свиването на мускулните клетки в стените на основните кръвоносни съдове.

Къде да намерите и производство

Магнезият не се среща в природата в елементарно състояние, но е част от приблизително 60 минерала и множество съединения, разположени в морето, скалите и саламурите.

Морето е с концентрация на магнезий 0,13%. Поради размерите си морето е основният резервоар за магнезий в света. Други резервоари с магнезий са Голямото солено езеро (САЩ) с концентрация на магнезий 1,1% и Мъртво море с концентрация 3,4%.

Магнезиевите минерали, доломит и магнезит, се извличат от вените му чрез традиционните методи за добив. Междувременно в карналитовите разтвори се използват разтвори, които позволяват на другите соли да се издигнат на повърхността, задържайки карналита на заден план.

Разсолите, съдържащи магнезий, се концентрират в водоеми, използвайки слънчево отопление.

Магнезият се получава по два метода: електролиза и термична редукция (процес на Пиджон).

електролиза

В процесите на електролиза се използват разтопени соли, съдържащи или безводен магнезиев хлорид, частично дехидратиран безводен магнезиев хлорид, или минерален безводен карналит. При някои обстоятелства, за да се избегне замърсяване на природния карналит, се използва изкуственият.

Магнезиев хлорид може да се получи също като следвате процедурата, разработена от компанията Dow. Водата се смесва във флокулатор с леко калцинирания минерален доломит.

Присъстващият в сместа магнезиев хлорид се трансформира в Mg (OH) ₂ чрез добавяне на калциев хидроксид, съгласно следната реакция:

MgCl ₂ + Са (ОН) ₂ → Mg (OH) ₂ + CaCl ₂

Утаеният магнезиев хидроксид се обработва със солна киселина, като се получава магнезиев хлорид и вода, в съответствие с очертаната химическа реакция:

Mg (OH) ₂ + 2 HCl → MgCl ₂ + 2 H ₂ O

След това магнезиевият хлорид се подлага на процес на дехидратация до достигане на 25% хидратация, завършвайки дехидратацията по време на процеса на топене. Електролизата се извършва при температура, която варира между 680 до 750 ºC.

MgCl ₂ → Mg + Cl ₂

Диатомичният хлор се генерира на анода и разтопеният магнезий плува до върха на солите, където се събира.

Топлинна редукция

Магнезиеви кристали, отложени от неговите пари. Източник: Warut Roonguthai В процеса на Pidgeon, смлян и калциниран доломит се смесва с фино смлян феросилиций и се поставя в цилиндрични никел-хром-желязо ретор. Реторите са поставени вътре във фурна и са последователно с кондензатори, разположени извън фурната.

Реакцията протича при температура 1200 ° С и ниско налягане 13 Па. Магнезиевите кристали се отстраняват от кондензаторите. Получената шлака се събира от дъното на реторите.

2 CaO + 2 MgO + Si → 2 Mg (газообразен) + Ca ₂ SiO ₄ (шлака)

Калциевите и магнезиевите оксиди се получават чрез калцинирането на калциеви и магнезиеви карбонати, присъстващи в доломита.

реакции

Магнезият реагира енергично с киселини, особено оксациди. Неговата реакция с азотна киселина произвежда магнезиев нитрат, Mg (NO ₃) ₂. По същия начин той реагира със солна киселина за получаване на магнезиев хлорид и водороден газ.

Магнезият не реагира с основи, като натриев хидроксид. При стайна температура той е покрит със слой магнезиев оксид, неразтворим във вода, който го предпазва от корозия.

Образува химически съединения, наред с други елементи, с хлор, кислород, азот и сяра. Той е силно реактивен с кислород при високи температури.

Приложения

- Елементарен магнезий

сплави

Магнезиевите сплави са били използвани в самолети и автомобили. Последните имат изискване за контрол на емисиите на замърсяващи газове, намаляване на теглото на моторните превозни средства.

Приложенията на магнезий се основават на неговото ниско тегло, висока якост и лекота на получаване на сплави. Приложенията включват ръчни инструменти, спортни стоки, камери, уреди, рамки за багаж, авточасти, артикули за аерокосмическата индустрия.

Магнезиевите сплави се използват и при производството на самолети, ракети и космически спътници, както и при фото-ецване за получаване на бързо и контролирано гравиране.

металургия

Магнезият се добавя в малко количество за отливане на бяло желязо, което подобрява неговата здравина и ковкост. Освен това магнезият, смесен с вар, се инжектира в течно желязо, подобрявайки механичните свойства на стоманата.

Магнезият участва в производството на титан, уран и хафний. Той действа като редуциращ агент на тетрахлорид на титан, в процеса на Kroll, за да доведе до титан.

електрохимия

Магнезият се използва в суха клетка, действа като анод, а сребърен хлорид като катод. Когато магнезият влезе в електрически контакт със стоманата в присъствието на вода, той жертвено корозира, оставяйки стоманата непокътната.

Този тип защита от стомана има в кораби, резервоари за съхранение, бойлери, мостови конструкции и др.

пиротехника

Магнезият на прах или лента образува изгаряне, излъчвайки много интензивна бяла светлина. Този имот е използван във военната пиротехника за поставяне на пожари или осветление чрез пламъци.

Неговото фино разделено твърдо вещество се използва като горивен компонент, особено в твърдите ракетни горива.

- Съединения

Магнезиев карбонат

Използва се като топлоизолатор за котли и тръби. Тъй като е хигроскопичен и разтворим във вода, той се използва, за да се предотврати уплътняването на обикновената сол в солниците и да не тече правилно по време на подправянето на храната.

Магнезиев хидроксид

Има приложение като противопожарно средство. Разтворен във вода, той образува добре познатото магнезиево мляко, белезникава суспензия, която се използва като антиацидно и слабително средство.

Магнезиев хлорид

Използва се при производството на високоякостен подов цимент, както и като добавка при производството на текстил. В допълнение, той се използва като флокулант в соево мляко за производството на тофу.

Магнезиев оксид

Използва се при производството на огнеупорни тухли за устойчивост на високи температури и като топло и електрически изолатор. Използва се също като слабително и антиацидно средство.

Магнезиев сулфат

Използва се промишлено за производство на цимент и торове, дъбене и боядисване. Освен това е десикант. В английска сол, MgSO ₄ · 7Н ₂ О, се използва като пургатив.

- Минерали

талк

Той се приема като стандарт с най-малка твърдост (1) по скалата на Моос. Той служи като пълнител при производството на хартия и картон, както и предотвратява дразнене и хидратация на кожата. Използва се при производството на термоустойчиви материали и като основа на много прахове, използвани в козметиката.

Хризотил или азбест

Използва се като топлоизолатор и в строителната индустрия за производството на покриви. В момента той не се използва поради влакната на рака на белия дроб.

Препратки

1. Mathews, CK, van Holde, KE и Ahern, KG (2002). Биохимия. 3 ^беше издание. Редакция Pearson Educación, SA
2. Wikipedia. (2019). Магнезият. Възстановено от: en.wikipedia.org
3. Кларк Дж. (2012). Метално свързване. Възстановено от: chemguide.co.uk
4. Хъл AW (1917). Кристалната структура на магнезия. Трудове на Националната академия на науките на Съединените американски щати, 3 (7), 470–473. doi: 10.1073 / pnas.3.7.470
5. Тимотей П. Хануса. (7 февруари 2019 г.). Магнезият. Encyclopædia Britannica. Възстановено от: britannica.com
6. Hangzhou LookChem Network Technology Co. (2008). Магнезият. Възстановено от: lookchem.com