Magneziu

Magneziu
←  Sodiu | Aluminiu  →
12 Fi ↑ Mg ↓ Ca 12 mg
Aspectul unei substanțe simple
cristale de magneziu
Proprietățile atomului
Nume, simbol, număr	Magneziu/Magneziu (Mg), 12
Grup , punct , bloc	2 (învechit 2), 3, s-element
Masa atomica ( masa molara )	[24.304; 24.307] [com 1] [1]  a. e. m.  ( g / mol )
Configuratie electronica	[Ne] 3s 2 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2
Raza atomului	ora 160
Proprietăți chimice
raza covalentă	ora 136
Raza ionică	66 (+2e)  pm
Electronegativitatea	1.31 (Scara Pauling)
Potențialul electrodului	-2,37 V
Stări de oxidare	0, +2
Energia de ionizare (primul electron)	737,3 (7,64)  kJ / mol  ( eV )
Proprietățile termodinamice ale unei substanțe simple
Densitate (la n.a. )	1,738 [2]  g/cm³
Temperatură de topire	650 °C (923 K) [2]
Temperatura de fierbere	1090 °C (1363 K) [2]
Oud. căldură de fuziune	9,20 kJ/mol
Oud. căldură de evaporare	131,8 kJ/mol
Capacitate de căldură molară	24,90 [3]  J/(K mol)
Volumul molar	14,0  cm³ / mol
Rețeaua cristalină a unei substanțe simple
Structura de zăbrele	Hexagonal
Parametrii rețelei	a = 0,32029 nm, c = 0,52000 nm
raport c / a	1.624
Debye temperatura	318K  _
Alte caracteristici
Conductivitate termică	(300 K) 156 W/(m K)
numar CAS	7439-95-4
Spectrul de emisie
izotopii cei mai longevivi
Izotop Prevalență _ Jumătate de viață Canal de dezintegrare Produs de degradare 24 mg 79,0% grajd - - 25 mg 10,0% grajd - - 26 mg 11,0% grajd - -

Magneziul ( simbol chimic  - Mg , din lat.  Magneziul ) este un element chimic al grupului 2 (conform clasificării învechite  - subgrupul principal al celui de-al doilea grup, IIA), a treia perioadă a sistemului periodic de elemente chimice din D. I. Mendeleev , cu număr atomic 12.

Substanța simplă magneziu este un metal alcalino -pământos  ușor, maleabil, alb-argintiu .

Istoricul descoperirilor

În 1695, sarea a fost izolată din apa minerală a izvorului Epsom din Anglia , care avea un gust amar și efect laxativ. Apoticarii au numit-o „sare amară”, precum și „engleză” sau „ sare Epsom ”. Mineralul epsomit este un sulfat de magneziu hidratat și are formula chimică MgSO 4 · 7H 2 O. Denumirea latină a elementului provine de la numele orașului antic Magnesia din Asia Mică , în vecinătatea căruia se află depozite de magnesit mineral .

În 1792, Anton von Ruprecht a izolat un metal necunoscut din magnezia albă prin reducere cu cărbune, pe care l-a numit austria . Ulterior s-a descoperit că „ Austriul ” este magneziu de puritate extrem de scăzută, deoarece materia primă a fost puternic contaminată cu fier [4] .

În 1809 , chimistul englez Humphrey Davy , folosind electroliza unui amestec umezit de magnezie și oxid de mercur , a obținut un amalgam dintr-un metal necunoscut, căruia i-a dat numele de „magneziu”, care a supraviețuit până astăzi în multe țări. În Rusia, din 1831, denumirea de „magneziu” a fost adoptată. În 1829, chimistul francez A. Bussy a obținut magneziu prin reducerea clorurii sale topite cu potasiu metal . În 1830, M. Faraday a obținut magneziu prin electroliza clorurii de magneziu topită .

Izotopi

Magneziul natural constă dintr-un amestec de 3 izotopi stabili 24 Mg, 25 Mg și 26 Mg cu o concentrație molară în amestec de 78,6%, 10,1% și, respectiv, 11,3%.

Toți ceilalți 19 izotopi sunt instabili, cel mai longeviv fiind de 28 Mg cu un timp de înjumătățire de 20,915 ore.

Fiind în natură

Magneziu clark - 1,98% (19,5 kg / t). Acesta este unul dintre cele mai comune elemente ale scoarței terestre . Cantități mari de magneziu se găsesc în apa de mare sub formă de soluție de sare. Principalele minerale cu un conținut ridicat de magneziu:

• apă de mare  - (0,12-0,13%),
• carnalit  - MgCl 2 • KCl • 6H 2 O (8,7%),
• bischofit  - MgCl 2 • 6H 2 O (11,9%),
• kieserit -  MgS04 • H2O (17,6%),
• epsomit  - MgS04 • 7H2O ( 9,9%) ,
• kainită  - KCl • MgSO 4 • 3H 2 O (9,8%),
• magnezit  - MgCO 3 (28,7%),
• dolomit  - CaCO3MgCO3 ( 13,1 % ) ,
• brucit  - Mg (OH) 2 (41,6%).

Sărurile de magnezie se găsesc în cantități mari în zăcămintele de sare ale lacurilor auto-susținute . În multe țări se găsesc depozite de carnalită de origine sedimentară.

Magnezitul se formează predominant în condiții hidrotermale și legat de depozitele hidrotermale de temperatură medie . Dolomitul este, de asemenea, o materie primă importantă de magneziu. Zăcămintele dolomitice sunt larg răspândite, rezervele lor sunt uriașe. Ele sunt înrudite genetic cu straturile sedimentare carbonatice și majoritatea sunt de vârstă geologică precambriană sau permienă . Depozitele de dolomit se formează prin sedimentare, dar pot apărea și atunci când calcarul este expus la soluții hidrotermale , ape subterane sau de suprafață.

Un mineral extrem de rar este magneziul nativ, care se formează în reducerea fluxurilor de gaz și a fost descoperit pentru prima dată în 1991 în zăcămintele de coastă din Chona (Siberia de Est) [5] [6] , iar apoi în lave din South Gissar (Tadjikistan) [7] .

Surse naturale de magneziu

• Zacaminte minerale fosile (carbonati de magnezie si potasiu-magnezie : dolomita , magnezit ) .
• Apa de mare.
• Murături ( saramura de lacuri sărate).

În 1995, cea mai mare parte a producției mondiale de magneziu era concentrată în Statele Unite (43%), țările CSI (26%) și Norvegia (17%), în timp ce cota de piață a Chinei este în creștere [8] [9] .

Obținerea

Metoda industrială obișnuită pentru obținerea magneziului metalic este electroliza unui amestec de cloruri de magneziu anhidre MgCl 2 ( bischofit ), NaCl de sodiu și KCl de potasiu . Clorura de magneziu suferă o reducere electrochimică în topitură:

Metalul topit este prelevat periodic din baia de electroliză și i se adaugă noi porțiuni de materii prime care conțin magneziu. Deoarece magneziul obținut în acest mod conține o cantitate relativ mare (aproximativ 0,1%) de impurități, dacă este necesar, magneziul „brut” este supus unei purificări suplimentare. În acest scop, se utilizează rafinarea electrolitică, topirea în vid cu utilizarea aditivilor speciali - fluxuri , care îndepărtează impuritățile din magneziu sau distilarea ( sublimarea ) metalului în vid. Puritatea magneziului rafinat atinge 99,999% și mai mult.

S-a dezvoltat și o altă metodă de obținere a magneziului - termică. În acest caz, se utilizează siliciu sau cocs pentru a reduce oxidul de magneziu la temperatură ridicată :

Utilizarea siliciului face posibilă obținerea magneziului din materii prime precum CaCO 3 ·MgCO 3 dolomita fără separarea prealabilă a magneziului și calciului. Reacțiile se desfășoară cu participarea dolomitei, primul dolomit este tras:

Apoi încălzire puternică cu siliciu:

Avantajul procesului termic este că face posibilă obținerea de magneziu de puritate mai mare. Pentru a obține magneziu, se folosesc nu numai materii prime minerale , ci și apă de mare.

Proprietăți fizice

Magneziul este un metal alb-argintiu cu o rețea hexagonală , are un luciu metalic; grupa spațială P 6 3 / mmc , parametrii rețelei a = 0,32029 nm, c = 0,52000 nm, Z = 2. În condiții normale, suprafața de magneziu este acoperită cu o peliculă protectoare destul de puternică de oxid de magneziu MgO, care este distrus când este încălzită în aer la 560 °C [1] , după care metalul arde cu o flacără albă orbitoare formând oxid și nitrură de magneziu Mg 3 N 2 . Rata de aprindere a magneziului este mult mai mare decât viteza de retragere a mâinii, prin urmare, atunci când magneziul este incendiat, o persoană nu are timp să-și retragă mâna și se arde . . Este recomandabil să priviți arderea magneziului numai prin ochelari sau sticlă închisă la culoare, deoarece în caz contrar există riscul de a obține o arsură ușoară a retinei și de a orbi pentru o perioadă.

Densitatea magneziului la 20 °C este de 1,738 g/cm³, punctul de topire este de 650 °C, punctul de fierbere este de 1090 °C [2] , conductivitatea termică la 20 °C este de 156 W/(m K).

Magneziul de înaltă puritate este ductil, bine presat, laminat și prelucrabil.

Tranziție de fază la starea supraconductoare

La o temperatură T c \u003d 0,0005 K, magneziul (Mg) trece în starea supraconductoare .

Proprietăți chimice

Când este încălzit în aer, magneziul arde pentru a forma un oxid și o cantitate mică de nitrură. În acest caz, se eliberează o cantitate mare de căldură și lumină:

Magneziul arde bine chiar și în dioxid de carbon:

Magneziul fierbinte reacționează puternic cu apa, ca urmare a arderii magneziului nu poate fi stins cu apă:

De asemenea, este posibil să reacționați:

Alcaliile nu acționează asupra magneziului, se dizolvă în acizi cu eliberare rapidă de hidrogen:

Un amestec de pulbere de magneziu reacționează exploziv cu agenți oxidanți puternici, cum ar fi permanganatul de potasiu uscat .

De asemenea, trebuie menționate reactivii Grignard , adică halogenuri de alchil sau arii magneziu:

Unde Hal = I, Br, rar Cl.

Magneziul metal este un agent reducător puternic utilizat în industrie pentru a reduce titanul în metal din tetraclorură de titan și uraniu metal din tetrafluorura sa.

Aplicație

Se folosește la obținerea aliajelor de turnare ușoare și ultra-uşoare (construcții de aeronave, producție de automobile), precum și în pirotehnică și afaceri militare pentru fabricarea rachetelor de iluminat și incendiare. Din a doua jumătate a secolului al XX-lea, magneziul în formă pură și ca parte a unui aliaj de siliciu cu fier - magneziu ferosiliciu, a devenit utilizat pe scară largă în turnătoriile de fier datorită descoperirii capacității sale de a influența forma grafitului din turnare. fier, care a făcut posibilă crearea de noi materiale structurale unice pentru inginerie mecanică - fontă de înaltă rezistență (fontă cu grafit sferic - ChShG și fontă cu formă vermiculară de grafit - ChVG), combinând proprietățile fontei și oțelului.

Aliaje

Aliajele pe bază de magneziu sunt un material structural important în industria aerospațială, aviație și auto, datorită ușurinței și rezistenței lor. Carterurile motorului motoferăstrăului Druzhba și mașinii Zaporozhets , precum și o serie de alte mașini, au fost fabricate din aliaj de magneziu. Acum jantele din aliaj sunt produse din acest aliaj.

Surse de curent chimic

Magneziul sub formă de metal pur, precum și compușii săi chimici (bromură, perclorat) sunt utilizați pentru producerea de baterii electrice de rezervă consumatoare de energie (de exemplu, celulă de perclorat de magneziu, celula de sulf-magneziu , clorură de plumb). celulă de magneziu, celulă clorură de argint-magneziu, celulă clorură de cupru-magneziu , element magneziu-vanadiu etc.) și elemente uscate ( element mangan-magneziu , element bismut-magneziu , element magneziu-m-DNB etc.). Sursele de curent chimic pe bază de magneziu se caracterizează prin valori foarte mari ale caracteristicilor energetice specifice și EMF ridicate .

Conexiuni

Hidrura de magneziu  este unul dintre cele mai încăpătoare acumulatoare de hidrogen utilizate pentru depozitarea și producția sa compactă.

Materiale refractare

Oxidul de magneziu MgO este utilizat ca material refractar pentru producerea de creuzete și căptușeli speciale în cuptoarele metalurgice.

Perclorat de magneziu, Mg (ClO 4 ) 2  - (anhidronă) este utilizat pentru uscarea profundă a gazelor în laboratoare și ca electrolit pentru sursele de curent chimic folosind magneziu.

Fluorura de magneziu MgF 2  - sub formă de monocristale sintetice, este utilizată în optică (lentile, prisme).

Bromură de magneziu MgBr 2  - ca electrolit pentru sursele de curent chimic de rezervă.

Război

Proprietatea magneziului de a arde cu o flacără albă orbitoare este utilizată pe scară largă în tehnologia militară pentru fabricarea de rachete de iluminat și semnalizare, gloanțe și proiectile trasoare și bombe incendiare. Amestecat cu agenți oxidanți adecvați, este, de asemenea, principala componentă de încărcare a munițiilor flashbang .

Medicina

Magneziul este un element vital care se găsește în toate țesuturile corpului și este necesar pentru funcționarea normală a celulelor. Participă la majoritatea reacțiilor metabolice , la reglarea transmiterii impulsurilor nervoase și la contracția musculară, are efect antispastic și antiplachetar. Oxidul și sărurile de magneziu sunt folosite în mod tradițional în medicină în cardiologie , neurologie și gastroenterologie ( asparcam , sulfat de magneziu , citrat de magneziu ). În același timp, utilizarea sărurilor de magneziu în cardiologie cu un nivel normal de ioni de magneziu în sânge este insuficient fundamentată [10] .

Fotografie

Pulberea de magneziu cu aditivi oxidanți ( nitrat de bariu , permanganat de potasiu , hipoclorit de sodiu , clorat de potasiu etc.) a fost folosită (și acum este folosită în cazuri rare) în fotografie în lanterne chimice (lanterna cu magneziu).

Acumulatori

Bateriile cu magneziu-sulf sunt una dintre cele mai promițătoare, depășind teoretic capacitatea bateriilor litiu-ion, dar până acum această tehnologie se află în stadiul cercetărilor de laborator datorită insurmontabilității unor obstacole tehnice [11] .

Producție

Producția în Rusia este concentrată la două întreprinderi: orașul Solikamsk (SMZ) și orașul Berezniki (AVISMA). Productivitatea totală este de aproximativ 35 de mii de tone pe an [12] .

Prețuri

Prețurile lingourilor de magneziu în 2006 au fost în medie de 3 USD /kg. În 2012, prețurile magneziului erau de aproximativ 2,8–2,9 USD/kg.

Rolul biologic și toxicologie

Toxicologie

Compușii de magneziu au toxicitate scăzută (cu excepția sărurilor unor astfel de acizi toxici cum ar fi cianhidric , hidronitric , fluorhidric , cromic ).

Rolul biologic

Magneziul este unul dintre elementele biogene importante găsite în cantități semnificative în țesuturile animalelor și plantelor ( clorofile ). Rolul său biologic se datorează probabil înlocuirii fierului feros după oxidarea sa globală în fier feric în procesul de fotosinteză [13] .

Magneziul este un cofactor în multe reacții enzimatice. Magneziul este necesar pentru conversia fosfatului de creatină în ATP  , o nucleotidă care este furnizorul universal de energie în celulele vii ale corpului. Magneziul este esențial în toate etapele sintezei proteinelor. Este implicată în menținerea funcției normale a sistemului nervos și a mușchiului inimii, are efect vasodilatator, stimulează secreția biliară, crește motilitatea intestinală, ceea ce ajută la eliminarea colesterolului din organism [14] .

Absorbția magneziului este împiedicată de prezența fitinei și a excesului de grăsimi și calciu în alimentație [14] . Lipsa de magneziu în organism se poate manifesta în diferite moduri: insomnie , oboseală cronică , osteoporoză , artrită , fibromialgie , migrenă , crampe și spasme musculare , aritmie cardiacă , constipație , sindrom premenstrual (PMS) . Cu transpirație, utilizarea frecventă de laxative și diuretice, alcool, stres psihic și fizic ridicat (în primul rând în timpul stresului și la sportivi), nevoia de magneziu crește.

Majoritatea magneziului se găsește în tărâțele de grâu, semințele de dovleac, pudra de cacao. Alimentele bogate in magneziu includ si susan , tarate , nuci . Cu toate acestea, abundența fitinei din aceste produse face dificilă digerarea, așa că numai legumele verzi pot servi ca sursă sigură de magneziu. Există foarte puțin magneziu în pâine, lactate, carne și alte produse alimentare de zi cu zi ale omului modern. Aportul zilnic de magneziu este de aproximativ 300 mg pentru femei și 400 mg pentru bărbați (se presupune că aproximativ 30% din magneziu este absorbit).

Atunci când se utilizează complexe vitamine-minerale care conțin magneziu, trebuie amintit că, dacă este consumat în exces, este posibilă o supradoză, însoțită de scăderea tensiunii arteriale, greață, vărsături, deprimare a sistemului nervos central, scăderea reflexelor, modificări ale electrocardiogramă, depresie respiratorie, comă, stop cardiac, paralizie respiratorie, sindrom anuric [15] .

De asemenea, trebuie avută grijă atunci când luați magneziu la persoanele cu insuficiență renală .

Tabelul normelor de consum de magneziu

Comentarii

1. ↑ Gama valorilor masei atomice este indicată datorită eterogenității distribuției izotopilor în natură.

Surse

1. ↑ Michael E. Wieser, Norman Holden, Tyler B. Coplen, John K. Böhlke, Michael Berglund, Willi A. Brand, Paul De Bièvre, Manfred Gröning, Robert D. Loss, Juris Meija, Takafumi Hirata, Thomas Prohaska, Ronny Schoenberg , Glenda O'Connor, Thomas Walczyk, Shige Yoneda, Xiang-Kun Zhu. Greutăți atomice ale elementelor 2011 (Raport tehnic IUPAC  )  // Chimie pură și aplicată . - 2013. - Vol. 85 , nr. 5 . - P. 1047-1078 . - doi : 10.1351/PAC-REP-13-03-02 .
2. ↑ 1 2 3 4 Magneziul : proprietăţi fizice  . WebElements. Consultat la 15 august 2013. Arhivat din original la 10 aprilie 2010.
3. ↑ Enciclopedia chimică: în 5 tone / redacție: Knunyants I. L. (redactor-șef). - Moscova: Enciclopedia Sovietică, 1990. - T. 2. - S. 621. - 671 p. — 100.000 de exemplare.
4. ↑ Trei metale alcaline pentru Discovery of the Elements  (link indisponibil)
5. ↑ Novgorodova M.I. A fost descoperit magneziul nativ? // Natură. - 1991. - Nr. 1 . - S. 32-33 .
6. ↑ Novgorodova M.I. Magneziul nativ și problema genezei sale // Geochimie. - 1996. - Nr. 1 . - S. 41-50 .
7. ↑ Novgorodova M. I. Magneziu - nativ, ca aurul ...  // Chimie și viață - secolul XXI. - 2000. - Nr. 7 . - S. 18-19 .
8. ↑ Elena Savinkina. Magneziul . Enciclopedie în jurul lumii . Preluat la 8 septembrie 2012. Arhivat din original la 14 octombrie 2012. (nedefinit)
9. ↑ Jurnalul „Economia și Managementul Municipal” - Versiune imprimabilă . vestnik.uapa.ru. Preluat la 24 iulie 2019. Arhivat din original la 25 iunie 2019. (nedefinit)
10. ↑ Starostin I.V. Locul sărurilor de magneziu în tratamentul bolilor cardiovasculare.  (rusă)  // Cardiologie. - 2012. - T. 52 , Nr. 8 . - S. 83-88 .
11. ↑ Chimiștii au găsit cheia unui nou tip de baterie http://www.membrana.ru/particle/16564 Arhivat 7 octombrie 2013 la Wayback Machine
12. ↑ Lysenko A.P. (link inaccesibil) . Preluat la 12 septembrie 2018. Arhivat din original la 12 septembrie 2018. (nedefinit) 
13. ↑ C. Denise Okafor, Kathryn A. Lanier, Anton S. Petrov, Shreyas S. Athavale, Jessica C. Bowman. Fierul mediază cataliza enzimelor de procesare a acidului nucleic: suport pentru Fe(II) ca cofactor înainte de marele eveniment de oxidare  // Nucleic Acids Research. - 20.04.2017. - T. 45 , nr. 7 . — S. 3634–3642 . — ISSN 1362-4962 . - doi : 10.1093/nar/gkx171 .
14. ↑ 1 2 Nechaev A.P., Traubenberg S.E., Kochetkova A.A. et al. Food chemistry: [manual]. pentru universități]; ed. A. P. Nechaeva. - Ed. a 4-a, rev. si suplimentare - Sankt Petersburg.  : GIORD, 2007. - 635 p. - 1000 de exemplare. — ISBN 5-98879-011-9 .
15. ↑ Magne B6 . https://www.rlsnet.ru/ (09/02/2019). - informații despre medicamentul „Magne B6”. Preluat la 4 octombrie 2019. Arhivat din original la 30 martie 2019. (Rusă)

Literatură

• Eidenzon M. A. Magneziu / Tikhonov V. N. - M., 1969.
• Chimia analitică a magneziului / Ivanov A. I., Lyandres M. B., Prokofiev O. V. - M., 1973.
• Producția de magneziu / S. I. Drakin. P. M. Chukurov. - M., 1979.
• Davis A. Nutraceuticals. Nutriție pentru viață, sănătate și longevitate. - M .: Sattva, Institutul de Psihologie Transpersonală, 2004. - P. 180-188. — ISBN.5-93509-021-X.
• Mindell E. Manual de vitamine și minerale. - M .: Medicină și nutriție, 2000. - S. 83-85. — ISBN.5-900059-03-0.

Link -uri

• Cele mai recente știri despre Magnesium  (engleză)  (link indisponibil) . Magnesium.com. Data accesului: 30 octombrie 2013. Arhivat din original la 1 noiembrie 2013.
• Magneziul . Biblioteca populară de elemente chimice. Preluat: 30 octombrie 2013. (nedefinit)

Dicționare și enciclopedii	mare danez Mare catalană Mare norvegian Rusă mare Marele Soviet (1 ed.) Brockhaus și Efron in jurul lumii Micul Brockhaus și Efron Britannica (online) Brockhaus Treccani Universalis
În cataloagele bibliografice BNE : XX530348 BNF : 119771902 GND : 4128915-8 J9U : 987007543565105171 LCCN : sh85079651 NDL : 00567385 NKC : ph120851