Magnesiumgeschichte, Struktur, Eigenschaften, Reaktionen, verwendet, verwendet

Er Magnesium Es ist ein Alkalin -Metall, das zu Gruppe 2 des Periodensystems gehört. Die Atomzahl ist 12 und wird mit dem chemischen MG -Symbol dargestellt. Es ist das achtste Element in der Erdkruste, etwa 2,5% derselben.

Dieses Metall ist wie seine Paprika und alkalischen Metalle in der Natur in einem nativen Zustand nicht vorhand.

Alltagsgegenstände aus Magnesium. Quelle: Wikipedia Firetwister.

Magnesium ist Teil von Mineralien wie Dolomit (Calcium und Magnesiumcarbonat), Magnesit (Magnesiumcarbonat), Carnalit (Magnesiumchlorid und Hexahydratkalium), Brucita (Magnesiumhydroxid) und in Silikaten wie Talk und Talk das Olivino.

Die reichste natürliche Quelle für seine Erweiterung ist das Meer, das eine Häufigkeit von 0,13%hat, obwohl der große Salzsee (1,1%) und das Tote Meer (3,4%) eine Konzentration von Hauptmagnesium aufweisen. Es gibt Salmuelas mit einem hohen Gehalt, der durch Verdunstung konzentriert wird.

Der Name Magnesium stammt wahrscheinlich aus Magnesita, die in Magnesia im Bereich Tessaly, der alten Region Griechenlands, vorkommt. Es wurde jedoch darauf hingewiesen, dass Magnetit und Mangan in derselben Region gefunden wurden.

Magnesium reagiert stark mit Sauerstoff bei Temperaturen über 645 ºC. Inzwischen verbrennt Magnesiumstaub in trockener Luft und emittiert ein intensives weißes Licht. Aus diesem Grund wurde es als Lichtquelle in der Fotografie verwendet. Derzeit wird diese Eigenschaft weiterhin in Pyrotechnik verwendet.

Es ist ein primäres Element für Lebewesen. Es ist bekannt, dass es ein Cofaktor für mehr als 300 Enzyme ist, einschließlich mehrerer Enzyme der Glykolyse. Dies ist ein wesentlicher Prozess für Lebewesen für ihre Beziehung zur ATP -Produktion, der Haupt -Zell -Energiequelle.

Es ist auch Teil eines Komplexes, der dem Hämo von Hämoglobin ähnelt, der in Chlorophyll vorhanden ist. Dies ist ein Pigment, das in die Realisierung der Photosynthese eingreift.

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Geschichte

Erkennung

Joseph Black, ein schottischer Chemiker, erkannte ihn 1755 als Element und zeigte experimentell, dass es sich von Kalzium unterschieden, mit Metall, mit dem sie ihn verwirrten.

In dieser Hinsicht schrieb Black: "Wir sehen experiment, dass Magnesia alba (Magnesiumcarbonat) eine Verbindung eines besonderen Landes und fester Luft ist.".

Isolation

Im Jahr 1808 gelang es Sir Humprey Davy, es unter Verwendung von Elektrolyse zu isolieren, um ein Amalgam aus Magnesium und Quecksilber zu produzieren. Es gelang ihm, sein nasses Sulfatsalz mit Quecksilber als Kathode zu elektrolieren. Anschließend verdampfte er das Quecksilber von La Malgama durch Erwärmung und verließ den Magnesiumrest.

ZU. Bussy, ein französischer Wissenschaftler, gelang es 1833, das erste metallische Magnesium zu produzieren. Zu diesem Zweck erzeugte Bussy die Reduktion von geschmolzenem Magnesiumchlorid mit metallischem Kalium.

1833 verwendete der britische Wissenschaftler Michael Faraday zum ersten Mal die Elektrolyse von Magnesiumchlorid zur Isolierung dieses Metalls.

Produktion

Im Jahr 1886 verwendete die deutsche Firma Aluminium und Magnesiumfabrik Hemelingen die Carnalitelektrolyse (MGCL₂· Kcl · 6h₂O) geschmolzen, um Magnesium zu produzieren.

Hemelingen, assoziiert mit dem Farbe Industrial Complex (IG Farben), konnte eine Technik entwickeln, um große Mengen an geschmolzenem Magnesiumchlorid zu produzieren.

Während des Zweiten Weltkriegs begannen Dow Chemical Company (USA) und Magnesium Elektron Ltdd (UK) die elektrolytische Verringerung des Meerwassers; Pumaada aus Galveston Bay, Texas und in der Nordsee nach Hartlepool, England, für die Herstellung von Magnesium.

Gleichzeitig wird in Ontario (Kanada) eine Technik erstellt, um sie auf der Grundlage des L -Prozesses zu produzieren. M. Pidgeon. Die Technik besteht aus der thermischen Reduktion von Magnesiumoxid mit Silikaten in externen Zündungen.

Elektronische Magnesiumstruktur und Konfiguration

Magnesium kristallisiert in einer kompakten hexagonalen Struktur, in der jedes seiner Atome von zwölf Nachbarn umgeben ist. Dies macht es dicht als andere Metalle wie Lithium oder Natrium.

Seine elektronische Konfiguration beträgt [NE] 3s², Mit zwei Valenzelektronen und zehn in interner Schicht. Durch ein zusätzliches Elektron im Vergleich zu Natrium wird seine Metallbindung stärker.

Dies liegt daran, dass das Atom kleiner ist und sein Kern ein weiteres Proton hat; Daher üben sie eine stärkere Auswirkung der Anziehungskraft auf die Elektronen der benachbarten Atome aus, die die Entfernungen zwischen ihnen abschließen. Da es zwei Elektronen gibt, ist das resultierende 3S -Band voll und kann die Anziehungskraft der Kerne noch mehr spüren.

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Dann sitzen Mg -Atome am Ende einen dichten hexagonalen Kristall und mit einer starken Metallbindung. Dies erklärt seinen viel größeren Fusionspunkt (650 ° C) als Natrium (98 ºC).

Alle 3S -Orbitale aller Atome und ihre zwölf Nachbarn überlappen sich in alle Richtungen im Glas, und die beiden Elektronen gehen, während zwei andere kommen; Also können ohne Mg -Kationen entstehen²⁺.

Oxidationszahlen

Magnesium kann zwei Elektronen verlieren, wenn es Verbindungen bildet und als Mg -Kation bleibt²⁺, das ist isolektronisch für edle Neongas. Bei der Betrachtung seiner Anwesenheit in einer Verbindung beträgt die Oxidationszahl des Magnesiums +2.

Andererseits kann das MG -Kation gebildet werden⁺, das hat nur eines seiner beiden Elektronen verloren und ist isoliert gegen Natrium. Wenn seine Anwesenheit in einer Verbindung angenommen wird, wird gesagt, dass Magnesium eine Oxidationszahl von +1 hat.

Eigenschaften

Aussehen

Hellweißfest in seinem reinsten Zustand, bevor sie oxidieren oder mit nassen Luft reagieren.

Atommasse

24.304 g/mol.

Schmelzpunkt

650 ºC.

Siedepunkt

1.091 ºC.

Dichte

1,738 g/cm³ bei Raumtemperatur. Und 1.584 g/cm³ zur Schmelztemperatur; Das heißt, die flüssige Phase ist weniger dicht als der Feststoff, wie bei der überwiegenden Mehrheit der Verbindungen oder Substanzen.

Fusionshitze

848 kJ/mol.

Verdampfungswärme

128 kJ/mol.

Molkalorienkapazität

24.869 j/(mol · k).

Dampfdruck

Bei 701 K: 1 PA; Das heißt, Ihr Dampfdruck ist sehr niedrig.

Elektronegativität

1.31 auf der Paulingskala.

Ionisationsenergie

Erste Ionisationsstufe: 1.737,2 kJ/mol (mg⁺ gasförmig)

Zweite Ionisationsstufe: 1.450,7 kJ/mol (mg²⁺ Gasförmig und benötigt weniger Energie)

Dritte Ionisationsstufe: 7.732,7 kJ/mol (mg³⁺ Gasförmig und benötigt viel Energie).

Atomradio

160 Uhr.

Radio kovalent

141 ± 17 Uhr

Atomvolumen

13,97 cm³/mol.

Wärmeausdehnung

24,8 µm/m · k bei 25 ° C.

Wärmeleitfähigkeit

156 w/m · k.

Elektrischer widerstand

43,9 nω · m bei 20 ºC.

Elektrische Leitfähigkeit

22,4 × 10⁶ S · cm³.

Härte

2,5 auf der MOHS -Skala.

Nomenklatur

Metallischem Magnesium fehlen andere zugeschriebene Namen. Seine Verbindungen, da sie in den meisten Fällen eine Oxidationszahl von +2 haben, werden unter Verwendung der Aktiennomenklatur erwähnt, ohne dass diese Anzahl in Klammern ausdrückt.

Zum Beispiel ist MGO Magnesiumoxid und kein Magnesiumoxid (II). Nach der systematischen Nomenklatur wird die vorherige Verbindung: Magnesiummonoxid und nichtmonomagnesium Monoxid.

Das gleiche passiert an der Seite der traditionellen Nomenklatur wie bei der Nomenklatur -Aktie: Die Namen der Verbindungen enden auf die gleiche Weise; Das heißt, mit dem Suffix -ICO. Daher ist MGO nach dieser Nomenklatur Magnetoxid.

Von den anderen können die anderen Verbindungen gemeinsame oder mineralogische Namen haben oder nicht aus organischen Molekülen (Organomagnesiumverbindungen) bestehen, deren Nomenklatur von der molekularen Struktur und den alquilischen Substituenten (R) oder ARLIC (AR) (AR) abhängt (AR).

In Bezug auf Organomagnesiumverbindungen sind fast alle Grignard -Reagenzien mit der RMGX -Generalformel. Zum Beispiel BRMGCH₃ Es ist Metil -Magnesiumbromid. Beachten Sie, dass die Nomenklatur in einem ersten Kontakt nicht so kompliziert erscheint .

Formen

Legierungen

Magnesium wird in Legierungen verwendet, da es sich um ein Lichtmetall handelt, das hauptsächlich in Aluminiumlegierungen verwendet wird, was die mechanischen Eigenschaften dieses Metalls verbessert. Es wurde auch in Legierungen mit Eisen verwendet.

Es hat jedoch seine Verwendung in Legierungen abgelehnt, da es die Tendenz hat, bei hohen Temperaturen zu laufen.

Mineralien und Verbindungen

Aufgrund seiner Reaktivität wird es im Erdkortex in einer nativen oder elementaren Form nicht gefunden. Es ist vielmehr Teil zahlreicher chemischer Verbindungen, die sich in rund 60 bekannten Mineralien befinden.

Zu den häufigsten Magnesiummineralien gehören:

-Dolomita, ein Calcium- und Magnesiumcarbonat, MGCO₃·Dieb₃

-Magnesita, ein Magnesiumcarbonat, Caco₃

-Brucita, ein Magnesiumhydroxid, MG (OH)₂

-Carnalita, Magnesium und Kaliumchlorid, MGCL₂· Kcl · h₂ENTWEDER.

Darüber hinaus kann es in Form anderer Mineralien wie:

-Kieserita, ein Magnesiumsulfat, MGSO₄· H₂ENTWEDER

-Forsterita, ein Magnesiumsilikat, Mgsio₄

-Chrystyl oder Asbest, ein weiteres Magnesiumsilikat, mg₃Ja₂ENTWEDER₅(OH)₄

-Talc, Mg₃Ja₁₄ENTWEDER₁₁₀(OH)₂.

Isotope

Magnesium wird in der Natur als Kombination von drei natürlichen Isotopen vorkommt: ²⁴Mg, mit 79% Häufigkeit; ²⁵Mg mit 11% Häufigkeit; und das ²⁶Mg mit 10% Häufigkeit. Darüber hinaus gibt es 19 künstliche radioaktive Isotope.

Biologisches Papier

Glykolyse

Magnesium ist ein wesentliches Element für alle Lebewesen. Menschen haben eine tägliche Aufnahme von 300 bis 400 mg Magnesium. Sein Körpergehalt liegt zwischen 22 und 26 g, bei einem erwachsenen Menschen, der sich hauptsächlich auf das Knochenskelett konzentriert (60%).

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Die Glykolyse ist eine Sequenz von Reaktionen, bei denen Glucose in Pyruvsäure mit einer Nettoproduktion von 2 ATP -Molekülen umgewandelt wird. Das Kinase -Pyruvat, Hexoquinase und die Kinase -Phospheration sind unter anderem Enzyme der Glykolyse, die Mg als Aktivator verwenden.

DNA

Die DNA wird durch zwei Nucleotidketten gebildet, die in ihrer Struktur negativ belastete Phosphatgruppen haben; Daher erleben DNA -Ketten eine elektrostatische Abstoßung. Na -Ionen⁺, K⁺ und Mg²⁺, Neutralisierung negativer Ladungen und vermeidet die Dissoziation von Ketten.

ATP

Das ATP -Molekül hat Phosphatgruppen mit negativ belasteten Sauerstoffatomen. Unter den benachbarten Sauerstoffatomen gibt es eine elektrische Abstoßung, die das ATP -Molekül aufteilen könnte.

Dies geschieht nicht, weil Magnesium mit benachbarten Sauerstoffatomen interagiert und ein Chelato bildet. Es wird gesagt, dass ATP-MG die aktive Form von ATP ist.

Photosynthese

Magnesium ist für die Photosynthese, zentraler Prozess bei der Nutzung von Energie durch Pflanzen, unerlässlich. Es ist Teil des Chlorophylls, das innerhalb einer Struktur der HEM -Gruppe von Hämoglobin aufweist; Aber mit einem Magnesiumatom in der Mitte anstelle eines Eisen.

Chlorophyll absorbiert Lichtenergie und verwendet sie in Photosynthese, um Kohlendioxid und Glucose- und Sauerstoffdioxid umzuwandeln. Anschließend werden Glukose und Sauerstoff in der Energieerzeugung eingesetzt.

Organismus

Eine Abnahme der Plasma -Magnesiumkonzentration ist mit Muskelkrämpfen verbunden. Herz -Kreislauf -Erkrankungen wie Bluthochdruck; Diabetes, Osteoporose und andere Krankheiten.

Das Magnesiumionen interveniert in der Regulation der Funktion von Calciumkanälen in Nervenzellen. Blockieren Sie bei hohen Konzentrationen den Calciumkanal. Im Gegenteil.

Dies würde den Krampf und die Kontraktion der Muskelzellen der Wände der Hauptblutgefäße erklären.

Wo ist und Produktion

Magnesium ist in der Natur in einem elementaren Zustand nicht vorhanden, sondern ist Teil von ungefähr 60 Mineralien und zahlreichen Verbindungen, die sich im Meer, Felsen und Salmueras befinden.

Das Meer hat eine Magnesiumkonzentration von 0,13%. Aufgrund seiner Ausdehnung ist das Meer das Haupt -Magnesium -Reservoir der Welt. Andere Magnesiumreservoirs sind der Great Salt Lake (USA) mit einer Magnesiumkonzentration von 1,1%und dem Toten Meer mit einer Konzentration von 3,4%.

Dolomit- und Magnesit -Magnesium -Mineralien werden aus ihren Venen unter Verwendung herkömmlicher Bergbaumethoden extrahiert. In der Zwischenzeit werden in den Carnalit -Lösungen verwendet, die es den anderen Salzen ermöglichen, an die Oberfläche zu gehen, wodurch der Carnalit im Hintergrund gehalten wird.

Die Salmuelas, die Magnesium enthalten.

Magnesium wird durch zwei Methoden erhalten: Elektrolyse und thermische Reduktion (Pidgeon -Prozess).

Elektrolyse

In Elektrolyseverfahren werden geschmolzene Salze oder wasserfreies Magnesiumchlorid, teilweise dehydratisierter wasserfreies Magnesiumchlorid oder Carnalit -Mineralanhydra verwendet. Unter bestimmten Umständen, um die Verunreinigung von natürlichen Carnalit zu vermeiden, wird künstlich verwendet.

Sie können auch Magnesiumchlorid nach dem vom Dow Company entworfenen Verfahren erhalten. Wasser wird in einem Flockern mit dem leicht kalkinierten Dolomiterz gemischt.

Das in der Misch vorhandene Magnesiumchlorid wird in MG (OH) umgewandelt₂ durch Zugabe von Calciumhydroxid gemäß der folgenden Reaktion:

Mgcl₂    +     CA (OH)₂    → mg (OH)₂       +        CaCl₂

Steiles Magnesiumhydroxid wird mit Salzsäure behandelt, wodurch nach dem chemischen Reaktionsschemata Magnesium und Wasserchlorid erzeugt wird:

Mg (OH)₂     +       2 HCl → MGCL₂     +       2 h₂ENTWEDER

Dann wird Magnesiumchlorid einem Dehydrationsprozess ausgesetzt, um 25% Hydratation zu erreichen, wodurch die Dehydration während des Gießereiprozesses abgeschlossen wird. Die Elektrolyse wird bei einer Temperatur zwischen 680 und 750 ° C durchgeführt.

Mgcl₂      → mg+cl₂

Das Diatomchlor wird in der Anode erzeugt, und geschmolzenem Magnesium schwimmt in der Oberseite der Salze, wo es gesammelt wird.

Thermische Reduktion

Magnesiumkristalle, die mit ihren Dämpfen abgelagert wurden. Quelle: Warut Roonguthai [CC BY-SA 3.0 (https: // creativecommons.Org/lizenzen/by-sa/3.0)] Im Pidgeon-Prozess wird der Boden und der kalzinierte Dolomit mit fein gemahlenem Ferrosilicio gemischt und in zylindrischem Nickelchrom-Hydro platziert. Die Retraces befinden sich in einem Ofen und befinden sich in Reihe mit Kondensatoren außerhalb des Ofens.

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Die Reaktion tritt bei einer Temperatur von 1200 ° C und bei einem niedrigen Druck von 13 PA auf. Magnesiumkristalle ziehen sich aus Kondensatoren zurück. Der produzierte Abschaum wird aus dem Hintergrund der Renditen gesammelt.

2 CaO +2 mgo +Si → 2 mg (Gas) +ca₂Siio₄ (menschlicher Abfall)

Calcium- und Magnesiumoxide werden durch die in Dolomita vorhandene Kalzium- und Magnesiumcarbonate erzeugt.

Reaktionen

Magnesium reagiert energisch mit Säuren, insbesondere mit Oxaziden. Seine Reaktion mit Salpetersäure erzeugt Magnesiumnitrat, mg (nein₃)₂. In gleicher Weise reagiert es mit Salzsäure zur Herstellung von Magnesium- und Wasserstoffgaschlorid.

Magnesium reagiert nicht mit Alkalien wie Natriumhydroxid. Bei Raumtemperatur ist eine Magnesiumoxidschicht bedeckt, in Wasser unlöslich, was sie vor Korrosion schützt.

Unter anderem chemische Verbindungen bilden, mit Chlor, Sauerstoff, Stickstoff und Schwefel. Es ist sehr reaktiv mit Sauerstoff bei hohen Temperaturen.

Anwendungen

- Elementares Magnesium

Legierungen

Magnesiumlegierungen wurden in Flugzeugen und Autos verwendet. Letztere haben als Voraussetzung für die Kontrolle von Schadstoffgasen -Emanationen, eine Verringerung des Gewichts von Kraftfahrzeugen.

Magnesiumanwendungen basieren auf ihrem niedrigen Gewicht, ihrem hohen Widerstand und ihrer einfachen Herstellungslegierungen. Zu den Anwendungen gehören Handwerkzeuge, Sportartikel, Kameras, Geräte, Gepäckrahmen, Autoteile, Artikel für die Luft- und Raumfahrtindustrie.

Magnesiumlegierungen werden auch zur Herstellung von Raumflugzeugen, Raketen und Satelliten sowie zur Fotogravüre verwendet.

Metallurgie

Magnesium wird in geringer Menge zu geschmolzenem weißem Eisen zugegeben, was den Widerstand und die Formbarkeit desselben verbessert. Zusätzlich wird Magnesium, gemischt mit Kalk, in flüssiges Eisen mit hohem Ofen injiziert, wodurch die mechanischen Eigenschaften von Stahl verbessert werden.

Magnesium interveniert in die Produktion von Titan, Uran und Hafnio. Es fungiert als Reduktionsmittel für Titantetrachlorid im Kroll -Prozess, um das Titan zu stammen.

Elektrochemie

Magnesium wird in einem trockenen Stapel verwendet, der als Anode und Silberchlorid wie die Kathode fungiert. Wenn Magnesium in Gegenwart von Wasser in elektrischer Kontakt mit Stahl aufgenommen wird, korrodiert es auf Opfer und hinterlässt intakten Stahl.

Diese Art des Stahlschutzes ist in Schiffen, Lagertanks, Warmwasserbereiter, Brückenkonstruktionen usw. vorhanden.

Pyrotechnik

Magnesium in Staub oder Streifen brennt und emittiert ein sehr intensives weißes Licht. Diese Eigenschaft wurde in militärischen Pyrotechniken verwendet, um Brände oder Beleuchtung durch Fackeln zu erzeugen.

Sein fein geteilter Feststoff wurde als Brennstoffkomponente verwendet, insbesondere bei Festkörperpropellern für Raketen.

- Verbindungen

Magnesiumcarbonat

Es wird als thermischer Isolator für Kessel und Rohre verwendet. Wenn es hygroskopisch und wasserlöslich ist, wird es verwendet, um zu verhindern.

Magnesiumhydroxid

Es hat eine Anwendung als Feuerwehrverzögerer. In Wasser gelöst bildet die gut bekannte Milch von Magnesia, weißliche Suspension, die als antazid.

Magnesiumchlorid

Es wird zur Herstellung von Zement für Hochfestigkeitsböden sowie Additiven in der Textilherstellung verwendet. Darüber hinaus wird es als Sojamilch Flockmittel für die Herstellung des Tofu verwendet.

Magnesiumoxid

Es wird zur Herstellung von feuerfesten Ziegeln verwendet, um hohen Temperaturen und als thermischer und elektrischer Isolator zu widerstehen. Es wird auch als Abführmittel und Antazida verwendet.

Magnesiumsulfat

Es wird industriell eingesetzt, um Zement- und Düngemittel zu machen, gebräunt und gefärbt. Es ist auch ein Trockenmittel. Bittersalz, MGSO₄· 7h₂Oder es wird als Abzügler verwendet.

- Mineralien

Talkum Puder

Sie haben als niedrigere Härtemuster (1) auf der MOHS -Skala. Es dient als Füllung von Papier- und Kartonherstellung sowie die Verärgerung und Feuchtigkeit der Haut vor. Es wird bei der Herstellung von wärmeresistenten Materialien und als Grundlage vieler Kosmetika verwendet.

Chrystyl oder Asbest

Es wurde als thermischer Isolator und in der Bauindustrie für die Dachherstellung verwendet. Derzeit wird es nicht verwendet.

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