Keyestudio
Μαγνήσιο 75g σε Ράβδο
Το μαγνήσιο είναι το ενδέκατο (11ο) πιο άφθονο στοιχείο της μάζας του ανθρώπινου σώματος. Τα ιόντα του (Mg2+) είναι απαραίτητο για όλα τα ζωντανά κύτταρα, όπου διαδραματίζουν σημαντικό ρόλο στον έλεγχο σημαντικών βιοχημικών λειτουργιών. Πολυφωσφορικές ενώσεις όπως ATP, του DNA και RNA, καθώς και εκατοντάδες ένζυμα, απαιτούν ιόντα μαγνησίου για να λειτουργήσουν. Τα ιόντα μαγνησίου είναι επίσης η μεταλλική καρδιά στο κέντρο της χλωροφύλλης, και είναι γι’ αυτό μια κοινή πρόσθετη ύλη για τα λιπάσματα[5]. Αρκετές ενώσεις του μαγνησίου χρησιμοποιούνται καθημερινά για, ιατρικούς λόγους, ως καθαρτικά, αντιόξινα (π.χ., το γάλα της μαγνησίας), και για σταθεροποίηση παθολογικής διέγερσης νεύρων, του αίματος και το σπασμό των αγγείων. Τα ιόντα του μαγνησίου έχουν ξινή γεύση και σε χαμηλές συγκεντρώσεις βοηθούν να αντιμετωπιστεί εν μέρει η φυσική σκληρότητα των μεταλλικών νερών.
Τα ελεύθερο στοιχείο δεν βρίσκεται στη Γη, επειδή είναι πολύ δραστικό όταν παράγεται, αν και όταν εκτίθεται στην ατμόσφαιρα επικαλύπτεται με ένα λεπτό στρώμα οξειδίου του (MgO) που προστατεύει το εσωτερικό του από την παρά πέρα οξείδωση και γενικά περιορίζει κάπως τη δραστικότητά του. Με την έκθεσή του ωστόσο σε καθαρό οξυγόνο (O2) αναφλέγεται εκπέμποντας χαρακτηριστικό έντονο φως, καθιστώντας το ένα χρήσιμο συστατικό για φωτοβολίδες και πυροτεχνήματα. To μέταλλο πλέον παράγεται κυρίως με ηλεκτρόλυση αλάτων του που παραλαμβάνονται από τη θαλάσσια άλμη και από το δολομίτη. Η κύρια εμπορική χρήση του είναι να σχηματίζει κράματα με αλουμίνιο (Al), που συχνά γι’ αυτό ονομάζονται «μαγνάλια» ή «μαγνήλια» (magnalium ή magnelium). Επειδή το μαγνήσιο έχει μικρότερη πυκνότητα από το αλουμίνιο (Al) τα κράματα αυτά είναι προικισμένα με σχετικά μεγάλη ελαφρότητα και αντοχή.
Στην όψη είναι ένα αργυρόλευκο μέταλλο. Αποτελεί ακόμη εξαιρετικά σημαντικό αντιδραστήριο για τη συνθετική Οργανική Χημεία, γιατί αποτελεί τη βάση των οργανομαγνησιακών ενώσεων που έχουν μια μεγάλη πληθώρα συνθετικών εφαρμογών.
Ιστορία
Το όνομα προέρχεται από τη Μαγνησία της Θεσσαλίας. Σχετίζεται με το μαγνητίτη (Fe3S4) και το μαγγάνιο (Mn), που προέρχονται από κοιτάσματα στην περιοχή και χρειάζονται διαφοροποίηση στην ονομασία τους ως διαφορετικές ουσίες.
Το μαγνήσιο είναι το έβδομο (7ο) κατά μάζα και το όγδοο (8ο) κατά μοριακή συγκέντρωση πιο άφθονο χημικό στοιχείο στο φλοιό της Γης[6]. Βρίσκεται σε μεγάλα αποθέματα μαγνησίτη, δολομίτη και άλλα ορυκτά και μεταλλικά νερά, καθώς το ιόν του μαγνησίου (Mg2+) είναι διαλυτό. Το 1618 ένας αγρότης από το Έπσομ της Αγγλίας προσπάθησε να ποτίσει τις αγελάδες του με νερό από ένα πηγάδι. Αυτές αρνήθηκαν να πιουν, γιατί το νερό είχε πικρή γεύση. Ωστόσο ο αγρότης παρατήρησε ότι το νερό έμοιαζε να θεραπεύει γδαρσίματα και ουλές. Η φήμη για τα άλατα από το Έπσομ εξαπλώθηκε. Τελικά αναγνωρίστηκε ότι περιείχαν ένυδρο θειικό μαγνήσιο (MgSO4).
Το ίδιο το μέταλλο πρωτοπαρασκευάστηκε επίσης στην Αγγλία από τον Σερ Χάμφρι Ντέιβι (Sir Humphry Davy) το 1808 με ηλεκτρόλυση ενός μίγματος οξείδιο του μαγνησίου (MgO) και οξείδιο του υδραργύρου (HgO). O Antoine Bussy το παρασκεύασε το 1831. Η πρώτη πρόταση του Ντέιβι για την ονομασία του ήταν «μάγνιο» (magnium), αλλά τελικά επικράτησε το όνομα «μαγνήσιο».
Ισότοπoς
Το μαγνήσιο έχει τρία σταθερά ισότοπα: 24Mg, 25Mg, 26Mg. Όλα υπάρχουν σε σημαντικά ποσοστά στη Γη: το 24Mg σε ποσοστό 78,99%, το 25Mg σε ποσοστό 10% και το 24Mg σε ποσοστό 11,01%. Το ισότοπο 28Mg είναι ραδιενεργό και εντός των χρόνων 1950 και 1970 χρησιμοποιούνταν σε μερικά πυρηνικά εργοστάσια για κάποια επιστημονικά πειράματα. Αυτό το ισότοπο έχει σχετικά μικρή διάρκεια ημιζωής (21 ώρες).
Το 26Mg χρησιμοποιείται επίσης στην ισοτοπική γεωλογία με παρόμοιο τρόπο με αυτό το αργιλίου (αλουμινίου). Το 26Mg παράγεται με ραδιενεργό διάσπαση από το 26Al, το οποίο έχει διάρκεια ημιζωής 717.000 χρόνια.
Παραγωγή
Ορυκτά
Παρόλο που το μαγνήσιο βρέθηκε σε πάνω από 60 ορυκτά, μόνο ο δολομίτης. ο μαγνησίτης, ο βρουσίτης, ο καρναλλίτης, ο τάλκης και ο ολιβίνης έχουν εμπορική σημασία.
Θαλασσινό νερό
Το κατιόν του μαγνησίου (Mg2+) είναι το δεύτερο (2ο) σε αφθονία κατιόν στο θαλασσινό νερό (περίπου το 12% της μάζας του νατρίου). Αυτό κάνει το θαλασσινό νερό μια ελκυστική εμπορικά πηγή παραγωγής μαγνησίου. Για την εξαγωγή του μαγνησίου από το θαλασσινό νερό ακολουθείται η ακόλουθη διαδικασία:
1. Προστίθεται στο θαλασσινό νερό υδροξείδιο του ασβεστίου [Ca(OH)2], για να καταβυθιστεί το δυσδιάλυτο υδροξείδιο του μαγνησίου [Mg(OH)2]:
{displaystyle mathrm {MgCl_{2}+Ca(OH)_{2}{xrightarrow {}}CaCl_{2}+Mg(OH)_{2}downarrow } }
2. Το ίζημα του Mg(OH)2 διηθείται και κατεργάζεται με υδροχλωρικό οξύ (HCl), οπότε λαμβάνεται πυκνό διάλυμα χλωριούχου μαγνησίου (MgCl2):
{displaystyle mathrm {Mg(OH)_{2}+2HCl{xrightarrow {}}MgCl_{2}+2H_{2}O} }
3. Το μεταλλικό μαγνήσιο (Mg) λαμβάνεται με ηλεκτρόλυση τήγματος MgCl2:
Στις ΗΠΑ
Οι ΗΠΑ ήταν παραδοσιακά ο μεγαλύτερος παραγωγός μαγνησίου παγκοσμίως, παρέχοντας το 45% της παγκόσμιας παραγωγής το 1995. Σήμερα πια το μερίδιό τους στην παγκόσμια αγορά μειώθηκε στο 7%, με μία μόνο εταιρεία παραγωγής που καλύπτει την εγχώρια ζήτηση του προϊόντος[7].
Στην Κίνα
Από το 2005 η Κίνα πήρε τη θέση του μεγαλύτερου παγκοσμίου προμηθευτή μαγνησίου, καλύπτοντας το 60% της παγκόσμιας παραγωγής, ενώ το 1995 κάλυπτε μόλις το 4%. Στην Κίνα προτιμάνε σχεδόν απόλυτα μια διαφορετική μέθοδο παραγωγής μετάλλου από τα ορυκτά της ηλεκτρόλυσης, την πυριτιοθερμική μέθοδο Pidgeon, δηλαδή την αναγωγή του οξειδίου του μαγνησίου (MgO) από πυρίτιο (Si) σε υψηλή θερμοκρασία:
{displaystyle mathrm {2MgO+Si{xrightarrow {triangle }}2Mg+SiO_{2}} }
Αξιοσημείωτα χαρακτηριστικά
Το στοιχειακό μαγνήσιο είναι ένα αρκετά ανθεκτικό και ελαφρύ αργυρόλευκο μέταλλο, με δύο τρίτα (2/3) της πυκνότητας του αλουμινίου. Όταν έρχεται σε επαφή με τον αέρα αντιδρά με αυτόν, παρόλο που, σε αντίθεση με τα μέταλλα των αλκαλίων, δεν είναι απαραίτητο να φυλάσσεται σε περιβάλλον χωρίς οξυγόνο, γιατί δημιουργεί ένα προστατευτικό στρώμα οξειδίου του μαγνησίου, το οποίο είναι αρκετά αδιάβροχο και δύσκολο να αφαιρεθεί. Το μαγνήσιο, όπως και το ασβέστιο που βρίσκεται από κάτω του, στην ίδια ομάδα στον περιοδικό πίνακα (2 ή ΙΙΑ), αντιδρά με το νερό σε θερμοκρασία δωματίου, αλλά αντιδρά πολύ πιο αργά από το ασβέστιο. Όταν βυθίζεται στο νερό, φυσαλίδες αέριου υδρογόνου (Η2) εμφανίζονται σχεδόν απαρατήρητα στην επιφάνεια του μαγνησίου. Η αντίδραση πραγματοποιείται ταχύτερα σε υψηλότερη θερμοκρασία. Το μαγνήσιο επίσης αντιδρά εξωθερμικά με τα περισσότερα οξέα, όπως το υδροχλωρικό οξύ (HCl). Όπως και με το αργίλιο, τον ψευδάργυρο και με τα άλλα μέταλλα που είναι ηλεκτροθετικότερα, η αντίδραση με υδροχλωρικό οξύ παράγει ένα άλας που στο θετικό μέρος του έχει το μέταλλο αυτό και στο αρνητικό του το χλώριο (Cl–) και απελευθερώνεται αέριο υδρογόνο:
{displaystyle mathrm {Mg+2HCl{xrightarrow {}}MgCl_{2}+H_{2}uparrow } }
Τα μέταλλα που μπορούν να πραγματοποιήσουν αυτή την αντίδραση πρέπει να είναι πιο δραστικά από το υδρογόνο (Η2) (βλ.: Σειρά δραστικότητας των μετάλλων). Το μαγνήσιο είναι ένα πολύ εύφλεκτο μέταλλο, όταν είναι σε σκόνη ή μικρά κομμάτια, αλλά αναφλέγεται δύσκολα όταν βρίσκεται σε μεγάλη ποσότητα. Αφού αναφλεχθεί είναι δύσκολο να σβήσει και είναι ικανό να αναφλεχθεί και σε περιβάλλον με άζωτο (N2) [για να σχηματίσει αζίδιο του μαγνησίου (Mg3N2)] και σε περιβάλλον με διοξείδιο του άνθρακα (CO2) [για να σχηματίσει οξείδιο του μαγνησίου (MgO) και άνθρακα (C)]. Αυτή του η ιδιότητα χρησιμοποιήθηκε για την κατασκευή φλογοβόλων και εμπρηστικών βομβών για πόλεις κατά το Δεύτερο Παγκόσμιο Πόλεμο, αφού το μόνο πρακτικό αντίμετρο είναι η κάλυψη της φλεγόμενης επιφάνειας με ξηρή άμμο, για να εμποδιστεί η παραπέρα επαφή με την ατμόσφαιρα. Κατά την καύση του σε επαφή με τον αέρα παράγει ένα εκτυφλωτικό λευκό φως και γι’ αυτό η σκόνη μαγνησίου χρησιμοποιούνταν στα φλας κατά τον πρώτο καιρό της ύπαρξης των φωτογραφιών. Σήμερα η σκόνη μαγνησίου χρησιμοποιείται στα πυροτεχνήματα και στις φωτοβολίδες των πλοίων, οι οποίες χρησιμοποιούνται σε περίπτωση ανάγκης και απαιτούν την ύπαρξη δυνατού λευκού φωτός. Η θερμοκρασία ανάφλεξης του μαγνησίου και των κραμάτων του δεν μπορεί να ξεπεράσει τους 1.371 oC και το ύψος της φλόγας πάνω από το μέταλλο δεν μπορεί να ξεπεράσει τα 300 mm[8]. Το μαγνήσιο μπορεί να χρησιμοποιηθεί σαν προσάναμμα (καύσιμη ύλη για ανάφλεξη) για το θερμίτη, δηλαδή ένα διαφορετικά δύσκολα αναφλέξιμο μείγμα σκόνης αλουμινίου (Al) και οξείδιο του σιδήρου (FeO).
Οι (ανόργανες) ενώσεις του μαγνησίου είναι τυπικά λευκοί κρύσταλλοι. Οι περισσότερες μπορούν να διαλυθούν στο νερό αποδίδοντας το κατιόν μαγνησίου (Mg2+) με την ξινή δυσάρεστη του γεύση. Μικρά ποσά διαλυμένων ιόντων μαγνησίου συνεισφέρουν στην οξύτητα και τη γεύση των φυσικών υδάτων. Ιόντα μαγνησίου σε μεγάλες ποσότητες χρησιμεύουν ως ήπια καθαρτικά και το θειώδες μαγνήσιο (MgSO3) χρησιμοποιείται συνήθως γι’ αυτό το σκοπό. Το γνωστό «γάλα της μαγνησίας» είναι μία από τις πιο δυσδιάλυτες ουσίες του μαγνησίου, το υδροξείδιο του μαγνησίου [Mg(OH)2]. Το «γάλα της μαγνησίας» είναι μια αραιά βάση και χρησιμοποιείται συνήθως ως αντιόξινο.
