MAGNESIUM: HISTORIA, STRUKTUR, EGENSKAPER, REAKTIONER, ANVÄNDNINGAR - KEMI - 2026

Den magnesium är alkalisk jordartsmetall tillhörande grupp 2 i det periodiska systemet. Dess atomnummer är 12 och det representeras av den kemiska symbolen Mg. Det är det åttonde vanligaste elementet i jordskorpan, cirka 2,5% av det.

Denna metall, liksom dess kongener och alkalimetaller, finns inte i naturen i sitt ursprungliga tillstånd, men kombineras med andra element för att bilda många föreningar som finns i stenar, havsvatten och i saltlösning.

Dagliga föremål gjorda med magnesium. Källa: Firetwister från Wikipedia.

Magnesium är en del av mineraler som dolomit (kalcium och magnesiumkarbonat), magnesit (magnesiumkarbonat), karnalit (magnesium och kaliumkloridhexahydrat), brucit (magnesiumhydroxid) och i silikater som talk och olivin.

Dess rikaste naturliga källa på grund av dess förlängning är havet, som har ett överflöd på 0,13%, även om Great Salt Lake (1,1%) och Döda havet (3,4%) har en högre koncentration av magnesium. Det finns saltlake med ett högt innehåll, som koncentreras genom indunstning.

Namnet magnesium härstammar troligen från magnesit, som finns i Magnesia, i regionen Thessalien, antika Greklands region. Även om det har påpekats att magnetit och mangan hittades i samma region.

Magnesium reagerar starkt med syre vid temperaturer över 645 ° C. Under tiden bränner magnesiumpulver i torr luft och avger ett intensivt vitt ljus. Av denna anledning användes den som en ljuskälla i fotografering. För närvarande används den här egenskapen fortfarande inom pyroteknik.

Det är ett väsentligt element för levande varelser. Det är känt att vara en kofaktor för mer än 300 enzymer, inklusive flera glykolysenzymer. Detta är en viktig process för levande varelser på grund av dess relation till produktionen av ATP, den viktigaste cellulära energikällan.

På samma sätt är det en del av ett komplex som liknar hemgruppen av hemoglobin, närvarande i klorofyll. Detta är ett pigment som deltar i förverkligandet av fotosyntes.

Historia

erkännande

1755, en skotsk kemist, Joseph erkände det som ett element och visade experimentellt att det skilde sig från kalcium, en metall som de förvirrade det med.

I detta avseende skrev Black: "Vi ser redan genom experiment att magnesia alba (magnesiumkarbonat) är en förening av en speciell jord och fast luft."

Isolering

1808 lyckades Sir Humprey Davy isolera den med hjälp av elektrolys för att producera ett amalgam av magnesium och kvicksilver. Det gjorde detta genom att elektrolysera sitt våta sulfatsalt med användning av kvicksilver som katod. Därefter avdunstades det kvicksilveret från malgam genom upphettning och lämnade magnesiumresten.

A. Bussy, en fransk forskare, lyckades producera den första metalliska magnesiumen 1833. För att göra detta producerade Bussy reduktionen av smält magnesiumklorid med metalliskt kalium.

1833 använde den brittiska forskaren Michael Faraday elektrolys av magnesiumklorid för första gången för att isolera denna metall.

Produktion

1886 använde det tyska företaget Aluminium und Magnesiumfabrik Hemelingen elektrolys av smält karnalit (MgCl ₂ · KCl · 6H ₂ O) för att producera magnesium.

Hemelingen lyckades i samarbete med Farbe Industrial Complex (IG Farben) utveckla en teknik för att producera stora mängder smält magnesiumklorid för elektrolys för produktion av magnesium och klor.

Under andra världskriget började Dow Chemical Company (USA) och Magnesium Elektron LTD (UK) elektrolytisk reduktion av havsvatten; pumpas från Galveston Bay, Texas och i Nordsjön till Hartlepool, England, för produktion av magnesium.

Samtidigt skapar Ontario (Kanada) en teknik för att producera den baserad på LM Pidgeon-processen. Tekniken består av termisk reduktion av magnesiumoxid med silikater i externt brända retorter.

Struktur och elektronkonfiguration av magnesium

Magnesium kristalliseras i en kompakt hexagonal struktur, där var och en av sina atomer omges av tolv grannar. Detta gör det tätare än andra metaller, såsom litium eller natrium.

Dess elektroniska konfiguration är 3s ² , med två valenselektroner och tio av det inre skalet. Genom att ha en extra elektron jämfört med natrium, blir dess metalliska bindning starkare.

Detta beror på atomen är mindre och dess kärna har ytterligare ett proton; därför utövar de en större attraktionseffekt på elektronerna i angränsande atomer, vilket kontrakterar avståndet mellan dem. Eftersom det finns två elektroner är det resulterande 3-bandet fullt och det känner ännu mer attraktionen hos kärnorna.

Därefter lägger Mg-atomerna upp en tät sexkantig kristall med en stark metallbindning. Detta förklarar dess mycket högre smältpunkt (650 ºC) än natrium (98 ºC).

Alla 3-talets orbitaler i alla atomerna och deras tolv grannar överlappar i alla riktningar inom kristallen, och de två elektronerna lämnar när två andra kommer; så vidare, utan att Mg 2 ⁺ -katjonerna har sitt ursprung .

Oxidationsnummer

Magnesium kan förlora två elektroner när den bildar föreningar och förblir som Mg 2 ⁺ -katjonen , som är isoelektronisk för ädelgasneonet. När man beaktar dess närvaro i någon förening är oxidationsantalet magnesium +2.

Å andra sidan, och även om det är mindre vanligt, kan Mg ⁺ -kationen bildas , som bara har tappat en av sina två elektroner och är isoelektronisk till natrium. När dess närvaro antas i en förening sägs magnesium ha ett oxidationsantal på +1.

Egenskaper

Fysiskt utseende

Briljant vitt fast ämne i dess rena tillstånd innan oxidation eller reaktion med fuktig luft.

Atomisk massa

24,304 g / mol.

Smältpunkt

650 ° C

Kokpunkt

1.091 ° C

Densitet

1,738 g / cm ³ vid rumstemperatur. Y 1,584 g / cm ³ vid smälttemperatur; det vill säga vätskefasen är mindre tät än den fasta, som är fallet med de allra flesta föreningar eller ämnen.

Smältvärme

848 kJ / mol.

Förångningsvärme

128 kJ / mol.

Molär kalorikapacitet

24,869 J / (mol · K).

Ångtryck

Vid 701 K: 1 Pa; det vill säga dess ångtryck är mycket lågt.

Elektronnegativitet

1,31 på Pauling-skalan.

Joniseringsenergi

Första joniseringsnivå: 1 737,2 kJ / mol (Mg ⁺ gas)

Andra joniseringsnivån: 1 450,7 kJ / mol (Mg ²⁺ gas, och kräver mindre energi)

Tredje joniseringsnivå: 7 732,7 kJ / mol (Mg ³⁺ gas, och kräver mycket energi).

Atomradio

160 kl.

Kovalent radie

141 ± 17 pm

Atomvolym

13,97 cm ³ / mol.

Termisk expansion

24,8 um / m · K vid 25 ° C.

Värmeledningsförmåga

156 W / m K.

Elektrisk resistans

43,9 nm · 20 ° C

Elektrisk konduktivitet

22,4 × 10 ⁶ S cm ³ .

Hårdhet

2,5 på Mohs-skalan.

Nomenklatur

Metalliskt magnesium har inga andra namn. Dess föreningar, eftersom det anses att de i majoriteten har ett oxidationsnummer på +2, nämns med hjälp av stamnomenklaturen utan behov av att uttrycka nämnda antal inom parentes.

Till exempel är MgO magnesiumoxid och inte magnesium (II) oxid. Enligt den systematiska nomenklaturen är den tidigare föreningen: magnesiummonoxid och inte monomagnesiummonoxid.

På sidan av den traditionella nomenklaturen händer samma sak med lagernomenklaturen: namnen på föreningarna slutar på samma sätt; det vill säga med suffixet –ico. Således är MgO magnesiumoxid enligt denna nomenklatur.

I annat fall kan de andra föreningarna ha eller inte ha vanliga eller mineralogiska namn, eller bestå av organiska molekyler (organomagnesiumföreningar), vars nomenklatur beror på molekylstrukturen och alkyl (R) eller aryl (Ar) substituenter.

När det gäller organomagnesiumföreningar är nästan alla Grignard-reagens med den allmänna formeln RMgX. Exempelvis BrMgCH ₃ är metylmagnesiumbromid. Observera att nomenklaturen inte verkar så komplicerad i en första kontakt.

former

Alloys

Magnesium används i legeringar eftersom det är en lättmetall, som främst används i legeringar med aluminium, vilket förbättrar de mekaniska egenskaperna hos denna metall. Det har också använts i legeringar med järn.

Emellertid har användningen i legeringar minskat på grund av dess tendens att korrodera vid höga temperaturer.

Mineraler och föreningar

På grund av dess reaktivitet finns det inte i jordskorpan i dess ursprungliga eller elementära form. Snarare är det en del av många kemiska föreningar, som i sin tur finns i cirka 60 kända mineraler.

Bland de vanligaste magnesiummineralerna är:

-Dolomite, ett karbonat av kalcium och magnesium, MgCOs ₃ CaCOa ₃

-Magnesit, ett magnesiumkarbonat, CaCO ₃

-Brucite, en magnesiumhydroxid, Mg (OH) ₂

-carnalite, en magnesiumkaliumklorid, MgClj ₂ · KCl • H ₂ O.

Det kan också vara i form av andra mineraler som:

-Kieserite, en magnesiumsulfat, MgSO ₄ H ₂ O

-Forsterite, ett magnesiumsilikat, MgSiO ₄

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

-Talc, Mg ₃ Si ₁₄ O ₁₁₀ (OH) ₂ .

isotoper

Magnesium finns i naturen som en kombination av tre naturliga isotoper: ²⁴ mg, med 79% överflöd; ²⁵ mg, med 11% överflöd; och ²⁶ mg, med 10% överflöd. Dessutom finns det 19 konstgjorda radioaktiva isotoper.

Biologisk roll

glycolysis

Magnesium är ett viktigt element för alla levande saker. Människor har ett dagligt intag av 300 - 400 mg magnesium. Dess kroppsinnehåll är mellan 22 och 26 g hos en vuxen människa, koncentrerad huvudsakligen i benskelettet (60%).

Glykolys är en reaktionssekvens där glukos förvandlas till pyruvinsyra, med en nettoproduktion av 2 ATP-molekyler. Pyruvatkinas, hexokinas och fosfofruktkinas är enzymer, bland annat, glykolys som använder Mg som aktivator.

DNA

DNA består av två nukleotidkedjor som har negativt laddade fosfatgrupper i sin struktur; därför genomgår DNA-strängarna elektrostatisk avstötning. Na ⁺ , K ⁺ och Mg ²⁺ joner neutraliserar de negativa laddningarna och förhindrar dissociationen av kedjorna.

ATP

ATP-molekylen har fosfatgrupper med negativt laddade syreatomer. En elektrisk avstötning sker mellan angränsande syreatomer som kan klyva ATP-molekylen.

Detta händer inte eftersom magnesium interagerar med närliggande syreatomer och bildar ett kelat. ATP-Mg sägs vara den aktiva formen av ATP.

Fotosyntes

Magnesium är viktigt för fotosyntesen, en central process i energianvändningen av växter. Det är en del av klorofyll, som i sitt inre har en struktur som liknar hemoglobinsgruppen; men med en magnesiumatom i mitten istället för en järnatom.

Klorofyll absorberar ljusenergi och använder den i fotosyntes för att omvandla koldioxid och vatten till glukos och syre. Glukos och syre används senare i energiproduktionen.

Organism

En minskning av plasma-magnesiumkoncentrationen är förknippad med muskelspasmer; hjärt-kärlsjukdomar, såsom hypertoni; diabetes, osteoporos och andra sjukdomar.

Magnesiumjonen är involverad i att reglera funktionen av kalciumkanaler i nervcellerna. Vid höga koncentrationer blockerar den kalciumkanalen. Tvärtom, en minskning av kalcium ger en aktivering av nerven genom att låta kalcium komma in i cellerna.

Detta förklarar spasm och sammandragning av muskelcellerna i väggarna i de stora blodkärlen.

Var man hittar och producerar

Magnesium finns inte i naturen i ett elementärt tillstånd, men är en del av cirka 60 mineraler och många föreningar, belägna i havet, stenar och saltlaken.

Havet har en magnesiumkoncentration på 0,13%. På grund av sin storlek är havet världens största magnesiumreservoar. Andra magnesiumreservoarer är Great Salt Lake (USA), med en magnesiumkoncentration på 1,1%, och Döda havet, med en koncentration av 3,4%.

Magnesiummineraler, dolomit och magnesit, extraheras från dess vener med traditionella gruvmetoder. Samtidigt används i carnalite-lösningar som tillåter de andra salterna att stiga upp till ytan och hålla karnaliten i bakgrunden.

Saltlaken som innehåller magnesium koncentreras i dammar med soluppvärmning.

Magnesium erhålls på två sätt: elektrolys och termisk reduktion (Pidgeon-process).

Elektrolys

Smälta salter innehållande antingen vattenfri magnesiumklorid, delvis dehydratiserad vattenfri magnesiumklorid eller mineralfri vattenfri karnalit används i elektrolysprocesserna. Under vissa omständigheter används den konstgjorda för att undvika kontaminering av den naturliga karnaliten.

Magnesiumklorid kan också erhållas genom att följa förfarandet utformat av Dow-företaget. Vattnet blandas i en flockulator med den lätt kalcinerade mineraldolomiten.

Magnesiumkloriden som finns i blandningen omvandlas till Mg (OH) ₂ genom tillsats av kalciumhydroxid, enligt följande reaktion:

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

Den utfällda magnesiumhydroxiden behandlas med saltsyra och producerar magnesiumklorid och vatten enligt den angivna kemiska reaktionen:

Mg (OH) ₂ + 2 HCl → MgCl ₂ + 2 H ₂ O

Därefter underkastas magnesiumkloriden en dehydratiseringsprocess tills den når 25% hydrering, varvid dehydratiseringen har fullbordats under smältprocessen. Elektrolys utförs vid en temperatur som varierar mellan 680 till 750 ºC.

MgCl ₂ → Mg + Cl ₂

Diatomiskt klor alstras vid anoden och smält magnesium flyter till toppen av salterna, där det samlas upp.

Termisk reduktion

Magnesiumkristaller avsattes från dess ångor. Källa: Warut Roonguthai I Pidgeon-processen blandas mald och kalcinerad dolomit med finmalt ferrosilikon och placeras i cylindriska nickel-krom-järnretor. Retorterna placeras i en ugn och är i serie med kondensatorer placerade utanför ugnen.

Reaktionen sker vid en temperatur av 1200 ° C och ett lågt tryck av 13 Pa. Magnesiumkristallerna avlägsnas från kondensatorerna. Den producerade slaggen uppsamlas från botten av retorterna.

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

Kalcium- och magnesiumoxider produceras genom kalcinering av kalcium- och magnesiumkarbonater som finns i dolomit.

reaktioner

Magnesium reagerar kraftigt med syror, särskilt oxidsyror. Dess reaktion med salpetersyra producerar magnesiumnitrat, Mg (NO ₃ ) ₂ . På samma sätt reagerar den med saltsyra för att producera magnesiumklorid och vätgas.

Magnesium reagerar inte med alkalier, såsom natriumhydroxid. Vid rumstemperatur täcks det med ett lager magnesiumoxid, olöslig i vatten, som skyddar den från korrosion.

Den bildar bland annat kemiska föreningar med klor, syre, kväve och svavel. Det är mycket reaktivt med syre vid höga temperaturer.

tillämpningar

- Elementärt magnesium

Alloys

Magnesiumlegeringar har använts i flygplan och bilar. De senare har som krav för kontroll av förorenande gasutsläpp, en minskning av vikten på motorfordon.

Magnesiumapplikationer är baserade på dess låga vikt, hög hållfasthet och lätthet att göra legeringar. Tillämpningar inkluderar handverktyg, sportartiklar, kameror, apparater, bagageramar, bildelar, artiklar för flygindustrin.

Magnesiumlegeringar används också vid tillverkning av flygplan, raketer och rymdssatelliter, såväl som vid fotoetsning för att producera en snabb och kontrollerad gravering.

Metallurgi

Magnesium tillsätts i en liten mängd för att gjuta vitt järn, vilket förbättrar dess styrka och formbarhet. Dessutom injiceras magnesium blandat med kalk i flytande masugn, vilket förbättrar stålets mekaniska egenskaper.

Magnesium är involverat i produktionen av titan, uran och hafnium. Det fungerar som ett reduktionsmedel på titantetraklorid i Kroll-processen för att ge upphov till titan.

Elektro

Magnesium används i en torr cell, som fungerar som anoden och silverklorid som katoden. När magnesium kommer i elektrisk kontakt med stål i närvaro av vatten korroderar det offrande och lämnar stålet intakt.

Denna typ av stålskydd finns i fartyg, lagringstankar, vattenvärmare, brokonstruktioner etc.

Pyroteknik

Magnesium i pulver eller remsa förbränner, som avger ett mycket intensivt vitt ljus. Den här egenskapen har använts i militär pyroteknik för inställning av bränder eller belysning av facklor.

Det finfördelade fasta ämnet har använts som bränslekomponent, speciellt i massiva raketdrivmedel.

- Föreningar

Magnesiumkarbonat

Det används som värmeisolator för pannor och rör. Eftersom han är hygroskopisk och löslig i vatten, används den för att förhindra att vanligt salt komprimeras i saltskakarna och inte flyter ordentligt under smaksättningen av mat.

Magnesiumhydroxid

Den har tillämpning som brandskyddsmedel. Upplöst i vatten bildar den den välkända magnesiummjölken, en vitaktig suspension som har använts som antacida och laxermedel.

Magnesiumklorid

Det används vid tillverkning av höghållfast golvcement samt ett tillsatsmedel för tillverkning av textilier. Dessutom används det som ett flockningsmedel i sojamjölk för produktion av tofu.

Magnesiumoxid

Det används vid tillverkning av eldfast tegel för att motstå höga temperaturer och som en termisk och elektrisk isolator. Det används också som ett laxermedel och antacida.

Magnesiumsulfat

Det används industriellt för att tillverka cement och gödselmedel, garvning och färgning. Det är också ett torkmedel. Epsom-salt, MgSO ₄ · 7H ₂ O, används som ett laxermedel.

- Mineraler

talk

Det tas som lägsta hårdhetsstandard (1) på Mohs-skalan. Det fungerar som ett fyllmedel vid tillverkning av papper och kartong, samt för att förhindra irritation och hydrering av huden. Det används vid tillverkning av värmebeständiga material och som bas för många pulver som används i kosmetika.

Chrysotile eller asbest

Det har använts som värmeisolator och inom byggbranschen för tillverkning av tak. För närvarande används det inte på grund av dess lungcancerfibrer.

referenser

1. Mathews, CK, van Holde, KE och Ahern, KG (2002). Biokemi. 3 ^var Edition. Redaktör Pearson Educación, SA
2. Wikipedia. (2019). Magnesium. Återställd från: en.wikipedia.org
3. Clark J. (2012). Metallisk limning. Återställd från: chemguide.co.uk
4. Hull AW (1917). Kristallstrukturen 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 februari 2019). Magnesium. Encyclopædia Britannica. Återställd från: britannica.com
6. Hangzhou LookChem Network Technology Co. (2008). Magnesium. Återställd från: lookchem.com