MAGNIS: ISTORIJA, STRUKTŪRA, SAVYBĖS, REAKCIJOS, PANAUDOJIMAS - CHEMIJA - 2025

Magnio yra žemės šarminio metalo priklausanti 2 grupėje periodinės lentelės. Jo atominis skaičius yra 12, o jį vaizduoja cheminis simbolis Mg. Tai yra aštuntasis gausiausias žemės plutos elementas, apie 2,5% jo.

Šis metalas, kaip jo giminingieji junginiai ir šarminiai metalai, natūralioje gamtoje nėra randamas, tačiau dera su kitais elementais ir sudaro daugybę junginių, esančių uolienose, jūros vandenyje ir sūryme.

Kasdieniai daiktai, pagaminti iš magnio. Šaltinis: Firetwister iš Vikipedijos.

Magnis yra dalis mineralų, tokių kaip dolomitas (kalcio ir magnio karbonatas), magnezitas (magnio karbonatas), karnalitas (magnio ir kalio chlorido heksahidratas), brucitas (magnio hidroksidas) ir silikatuose, tokiuose kaip talkas ir olivinas.

Turtingiausias natūralus jos prailginimo šaltinis yra jūra, kurioje gausu 0,13%, nors Didžiojo druskos ežero (1,1%) ir Negyvosios jūros (3,4%) magnio koncentracija yra didesnė. Yra sūrymų, kuriuose yra daug jo, kuris koncentruojamas išgarinant.

Magnio pavadinimas greičiausiai kildinamas iš magnezito, aptinkamo magnezijoje, Tesalijos regione, senovės Graikijos regione. Nors buvo pabrėžta, kad tame pačiame regione buvo rasta magneto ir mangano.

Magnis stipriai reaguoja su deguonimi, esant aukštesnei kaip 645 ° C temperatūrai. Tuo tarpu magnio milteliai dega sausame ore, skleidžiant stiprią baltą šviesą. Dėl šios priežasties jis buvo naudojamas kaip šviesos šaltinis fotografijoje. Šiuo metu ši savybė vis dar naudojama pirotechnikoje.

Tai yra svarbus elementas gyvoms būtybėms. Yra žinoma, kad jis yra daugiau kaip 300 fermentų, įskaitant kelis glikolizės fermentus, kofaktorius. Tai yra gyvybiškai svarbus procesas dėl jo ryšių su ATP, pagrindinio ląstelių energijos šaltinio, gamyba.

Taip pat tai yra dalis komplekso, panašaus į hemo grupės hemoglobiną, esantį chlorofilyje. Tai yra pigmentas, kuris dalyvauja fotosintezės realizavime.

Istorija

Pripažinimas

Škotijos chemikas Josephas Blackas 1755 m. Pripažino jį elementu, eksperimentiškai parodydamas, kad jis skiriasi nuo kalcio - metalo, su kuriuo jie jį supainiojo.

Šiuo atžvilgiu Black rašė: „Jau eksperimentu matome, kad magnezija alba (magnio karbonatas) yra savotiškos žemės ir fiksuoto oro junginys“.

Isolation

1808 m. Sirui Humprey Davy pavyko jį išskirti naudojant elektrolizę, kad būtų gauta magnio ir gyvsidabrio amalgama. Tai padaryta elektrolizuojant drėgną sulfato druską, kaip katodą naudojant gyvsidabrį. Vėliau iš malgamo išgarino gyvsidabrį, kaitindamas, palikdamas magnio likučius.

Prancūzų mokslininkui A. Bussy pirmąjį metalinį magnį pavyko pagaminti 1833 m. Norėdami tai padaryti, „Bussy“ išlydytą magnio chloridą sumažino metaliniu kaliu.

1833 m. Britų mokslininkas Michaelas Faradėjus pirmą kartą panaudojo magnio chlorido elektrolizę šio metalo izoliacijai.

Gamyba

1886 m. Vokiečių įmonė „Aluminium und Magnesiumfabrik Hemelingen“ magnio gamybai panaudojo išlydyto karnalito (MgCl ₂ · KCl · 6H ₂ O) elektrolizę .

„Hemelingen“, bendradarbiaujant su „Farbe“ pramonės kompleksu (IG Farben), pavyko sukurti metodiką, leidžiančią gaminti didelius išlydyto magnio chlorido kiekius elektrolizės būdu magnio ir chloro gamybai.

Antrojo pasaulinio karo metu „Dow Chemical Company“ (JAV) ir „Magnesium Elektron LTD“ (JK) pradėjo elektrolitinį jūros vandens redukciją; pumpuojamas iš Galvestono įlankos, Teksaso ir Šiaurės jūros į Hartlepoolą, Anglijoje, magniui gaminti.

Tuo pačiu metu Ontarijas (Kanada) sukuria techniką, kaip jį gaminti, remiantis „LM Pidgeon“ procesu. Metodas susideda iš magnio oksido terminio redukavimo silikatais išorės kūrenamuose retrituose.

Magnio struktūra ir elektronų konfigūracija

Magnis kristalizuojasi kompaktiškoje šešiakampėje struktūroje, kurioje kiekvienas jo atomas yra apsuptas dvylikos kaimynų. Dėl to jis yra tankesnis nei kiti metalai, tokie kaip ličio ar natrio.

Jo elektroninė konfigūracija yra 3s ² , turinti du valentinius elektronus ir dešimt iš vidinio apvalkalo. Turėdamas papildomą elektroną, palyginti su natriu, jo metalinis ryšys sustiprėja.

Taip yra todėl, kad atomas yra mažesnis, o jo branduolys turi dar vieną protoną; todėl jie daro didesnį traukos efektą kaimyninių atomų elektronams, sutraukiantiems atstumus tarp jų. Be to, kadangi yra du elektronai, gauta 3s juosta yra pilna ir ji gali dar labiau pajusti branduolių trauką.

Tuomet Mg atomai gali sudaryti tankų šešiakampį kristalą su stipriu metaliniu ryšiu. Tai paaiškina jo daug aukštesnę lydymosi temperatūrą (650 ºC) nei natrio (98 ºC).

Visi 3s visų atomų orbitos ir jų dvylika kaimynų sutampa visomis kryptimis kristalo viduje, ir du elektronai išeina, kai ateina kiti du; taip toliau, be Mg ²⁺ katijonų .

Oksidacijos skaičiai

Magnis gali prarasti du elektronus, sudarydamas junginius, ir likti kaip Mg ²⁺ katijonas , kuris yra izoelektroninis tauriųjų dujų neonui. Atsižvelgiant į jo buvimą bet kuriame junginyje, magnio oksidacijos skaičius yra +2.

Kita vertus, ir nors rečiau, gali būti sudarytas Mg ⁺ katijonas , kuris prarado tik vieną iš dviejų savo elektronų ir yra izoelektroninis natriui. Kai daroma prielaida, kad jo yra junginyje, magnio oksidacijos skaičius yra +1.

Savybės

Fizinė išvaizda

Ryškiai balta kieta kietoji medžiaga, prieš oksiduodamasi arba reaguodama su drėgnu oru.

Atominė masė

24.304 g / mol.

Lydymosi temperatūra

650 ° C.

Virimo taškas

1091 ° C.

Tankis

1,738 g / cm ³ kambario temperatūroje. Y 1,584 g / cm ³ lydymosi temperatūroje; t., skystoji fazė yra mažiau tanki nei kietoji, kaip tai daroma didžiojoje daugumoje junginių ar medžiagų.

Lydymosi šiluma

848 kJ / mol.

Garinimo šiluma

128 kJ / mol.

Molinė kalorinė talpa

24,869 J / (mol · K).

Garų slėgis

Esant 701 K: 1 Pa; tai yra, jo garų slėgis yra labai žemas.

Elektronegatyvumas

1.31 pagal Paulingo skalę.

Jonizacijos energija

Pirmasis jonizacijos lygis: 1 737,2 kJ / mol (Mg ⁺ dujos)

Antrasis jonizacijos lygis: 1 450,7 kJ / mol (Mg ²⁺ dujos ir reikalauja mažiau energijos)

Trečiasis jonizacijos lygis: 7 722,7 kJ / mol (Mg ³⁺ dujos ir reikalauja daug energijos).

Atominis radijas

160 val.

Kovalentinis spindulys

141 ± 17 val

Atomo tūris

13,97 cm ³ / mol.

Šiluminis plėtimasis

24,8 µm / m · K esant 25 ° C temperatūrai.

Šilumos laidumas

156 W / m K.

Elektrinė varža

43,9 nΩ · m esant 20 ° C.

Elektros laidumas

22,4 × 10 ⁶ S cm ³ .

Kietumas

2,5 pagal Moho skalę.

Nomenklatūra

Metalinis magnis neturi kitų priskiriamų pavadinimų. Jo junginiai, kadangi manoma, kad daugumoje jų oksidacijos skaičius yra +2, yra minimi naudojant atsargų nomenklatūrą, nereikia nurodyti minėto skaičiaus skliaustuose.

Pvz., MgO yra magnio oksidas, o ne magnio (II) oksidas. Remiantis sistemine nomenklatūra, ankstesnis junginys yra: magnio monoksidas, o ne monomagnezijos monoksidas.

Tradicinės nomenklatūros pusėje tas pats atsitinka su akcijų nomenklatūra: junginių pavadinimai baigiasi vienodai; tai yra su priesaga –ico. Taigi, pagal šią nomenklatūrą MgO yra magnio oksidas.

Priešingu atveju kiti junginiai gali neturėti bendrųjų ar mineraloginių pavadinimų, arba juos sudaro organinės molekulės (organiniai magnio junginiai), kurių nomenklatūra priklauso nuo molekulinės struktūros ir alkilo (R) arba arilo (Ar) pakaitalų.

Kalbant apie organinius magnio junginius, beveik visi jie yra Grignardo reagentai, kurių bendroji formulė yra RMgX. Pavyzdžiui, BrMgCH ₃ yra metilas magnio bromidas. Atminkite, kad nomenklatūra iš pirmo kontakto neatrodo tokia sudėtinga.

Formos

Lydiniai

Magnis naudojamas lydiniuose, nes tai yra lengvas metalas, daugiausia naudojamas lydiniuose su aliuminiu, o tai pagerina šio metalo mechanines savybes. Jis taip pat buvo naudojamas lydiniuose su geležimi.

Tačiau jo naudojimas lydiniuose sumažėjo dėl jo tendencijos korozijos esant aukštai temperatūrai.

Mineralai ir junginiai

Dėl savo reaktyvumo jis nėra randamas žemės plutoje nei gimtosios, nei elementinės formos. Atvirkščiai, tai yra dalis daugelio cheminių junginių, kurie savo ruožtu yra maždaug 60 žinomų mineralų.

Tarp labiausiai paplitusių magnio mineralų yra:

-Dolomitas, kalcio ir magnio karbonatas, MgCO ₃ CaCO ₃

-Magnezitas, magnio karbonatas, CaCO ₃

-Brucitas, magnio hidroksidas, Mg (OH) ₂

-karnalitas, magnio kalio chloridas, MgCl ₂ · KCl · H ₂ O.

Be to, tai gali būti kitų mineralų, tokių kaip:

-Kieseritas, magnio sulfatas, MgSO ₄ H ₂ O

-Forsteritas, magnio silikatas, MgSiO ₄

-Hrisotilo arba asbesto, kito magnio silikato, Mg ₃ Si ₂ O ₅ (OH) ₄

-Talkas, Mg ₃ Si ₁₄ O ₁₁₀ (OH) ₂ .

Izotopai

Magnis randamas gamtoje kaip trijų natūralių izotopų derinys: ²⁴ Mg, kurio gausu 79%; ²⁵ Mg, kurio gausa yra 11%; ir ²⁶ Mg, kurių gausa yra 10%. Be to, yra 19 dirbtinių radioaktyviųjų izotopų.

Biologinis vaidmuo

Glikolizė

Magnis yra būtinas visų gyvų dalykų elementas. Žmonės per dieną suvartoja 300–400 mg magnio. Suaugusio žmogaus organizme jo kiekis yra nuo 22 iki 26 g, daugiausia jo yra kaulų skelete (60%).

Glikolizė - tai reakcijų seka, kai gliukozė virsta piruvo rūgštimi, sukuriant 2 ATP molekules. Piruvato kinazė, heksokinazė ir fosfufrukto kinazė yra, be kita ko, glikolizės fermentai, kurie kaip aktyvatorių naudoja Mg.

DNR

DNR yra sudaryta iš dviejų nukleotidų grandinių, kurių struktūroje yra neigiamai įkrautos fosfato grupės; todėl DNR sruogos patiria elektrostatinę reputaciją. Na ⁺ , K ⁺ ir Mg ²⁺ jonai neutralizuoja neigiamus krūvius, užkertant kelią grandinių atsiribojimui.

ATP

ATP molekulėje yra fosfato grupės su neigiamai įkrautais deguonies atomais. Tarp kaimyninių deguonies atomų įvyksta elektrinė reakcija, kuri galėtų suskaidyti ATP molekulę.

Tai neįvyksta, nes magnis sąveikauja su kaimyniniais deguonies atomais, sudarydamas chelatą. Sakoma, kad ATP-Mg yra aktyvioji ATP forma.

Fotosintezė

Magnis yra būtinas fotosintezei - pagrindiniam augalų energijos sunaudojimo procesui. Tai yra dalis chlorofilo, kurio vidus turi struktūrą, panašią į hemo grupės hemoglobiną; o centre yra magnio atomas, o ne geležies atomas.

Chlorofilas sugeria šviesos energiją ir naudoja ją fotosintezėje, norėdamas anglies dioksidą ir vandenį paversti gliukoze ir deguonimi. Gliukozė ir deguonis vėliau naudojami energijai gaminti.

Organizmas

Magnio koncentracijos sumažėjimas plazmoje susijęs su raumenų spazmais; širdies ir kraujagyslių ligos, tokios kaip hipertenzija; diabetas, osteoporozė ir kitos ligos.

Magnio jonas dalyvauja reguliuojant kalcio kanalų veikimą nervų ląstelėse. Esant didelei koncentracijai, jis blokuoja kalcio kanalą. Priešingai, sumažėjęs kalcio kiekis suaktyvina nervą, nes kalcis gali patekti į ląsteles.

Tai paaiškintų raumenų ląstelių spazmą ir susitraukimą pagrindinių kraujagyslių sienelėse.

Kur rasti ir gaminti

Magnis nerandamas natūralioje gamtoje, bet yra maždaug 60 mineralų ir daugybės junginių, esančių jūroje, uolienose ir sūrymuose, dalis.

Jūroje magnio koncentracija yra 0,13%. Dėl savo dydžio jūra yra pagrindinis magnio pasaulyje rezervuaras. Kiti magnio rezervuarai yra Didysis druskos ežeras (JAV), kurio magnio koncentracija yra 1,1%, ir Negyvoji jūra, kurio koncentracija yra 3,4%.

Magnio mineralai, dolomitas ir magnezitas, iš jo venų išgaunami tradiciniais kasybos būdais. Tuo tarpu karnalito tirpaluose naudojami tirpalai, leidžiantys kitoms druskoms pakilti į paviršių, išlaikant karnalitą fone.

Sūrymai, kuriuose yra magnio, koncentruojami tvenkiniuose, naudojant saulės šildymą.

Magnis gaunamas dviem būdais: elektrolize ir terminiu redukcija (Pidžono procesas).

Elektrolizė

Elektrolizės procese naudojamos išlydytos druskos, kuriose yra bevandenio magnio chlorido, iš dalies dehidratuoto bevandenio magnio chlorido arba mineralinio bevandenio karnalito. Tam tikromis aplinkybėmis, siekiant išvengti natūralaus karnalito užteršimo, naudojamas dirbtinis.

Magnio chloridą taip pat galima gauti laikantis „Dow“ kompanijos sukurtos procedūros. Vanduo sumaišomas flokuliatoriuje su šiek tiek kalcinuotu mineraliniu dolomitu.

Mišinyje esantis magnio chloridas paverčiamas Mg (OH) ₂ pridedant kalcio hidroksido pagal šią reakciją:

MgCI ₂ + Ca (OH) ₂ → Mg (OH) ₂ + CaCl ₂

Nusodintas magnio hidroksidas yra apdorojamas druskos rūgštimi, gaunant magnio chloridą ir vandenį pagal nurodytą cheminę reakciją:

Mg (OH) ₂ + 2 HCl → MgCl ₂ + 2H ₂ O

Tada magnio chloridas dehidratuojamas, kol hidratacija pasiekia 25%, o dehidratacija užbaigiama lydymo proceso metu. Elektrolizė atliekama esant 680–750 ºC temperatūrai.

MgCl ₂ → Mg + Cl ₂

Prie anodo susidaro diatominis chloras, o išlydytas magnis plūduriuoja druskos viršuje, kur jis surenkamas.

Šiluminis redukcija

Iš jo garų nusėda magnio kristalai. Šaltinis: Warut Roonguthai. Pidgeon procese maltas ir kalcinuotas dolomitas sumaišomas su smulkiai sumaltu ferosiliciu ir dedamas į cilindrinius nikelio, chromo ir geležies retrotus. Retrotipai dedami į orkaitės vidų ir yra su kondensatoriais, esančiais už krosnies.

Reakcija vyksta esant 1200 ° C temperatūrai ir esant žemam slėgiui 13 Pa. Magnio kristalai pašalinami iš kondensatorių. Pagaminamas šlakas surenkamas iš retorinių plokščių dugno.

2 CaO + 2 MgO + Si → 2 Mg (dujinis) + Ca ₂ SiO ₄ (šlakas)

Kalcio ir magnio oksidai gaunami deginant kalcio ir magnio karbonatus, esančius dolomite.

Reakcijos

Magnis energingai reaguoja su rūgštimis, ypač su oksidais. Jo reakcija su azoto rūgštimi sukuria magnio nitratą, Mg (NO ₃ ) ₂ . Tuo pačiu būdu jis reaguoja su druskos rūgštimi, kad susidarytų magnio chloridas ir vandenilio dujos.

Magnis nereaguoja su šarmais, tokiais kaip natrio hidroksidas. Kambario temperatūroje jis yra padengtas vandenyje netirpstančio magnio oksido sluoksniu, kuris apsaugo jį nuo korozijos.

Jis, be kitų elementų, sudaro cheminius junginius su chloru, deguonimi, azotu ir siera. Jis labai reaguoja su deguonimi aukštoje temperatūroje.

Programos

- Elementinis magnis

Lydiniai

Magnio lydiniai buvo naudojami lėktuvuose ir automobiliuose. Pastarosios turi reikalauti sumažinti išmetamų teršalų kiekį, sumažindamos motorinių transporto priemonių svorį.

Magnio panaudojimas priklauso nuo mažo svorio, didelio stiprumo ir lengvo lydinių gamybos. Taikomosios priemonės yra rankiniai įrankiai, sporto prekės, fotoaparatai, prietaisai, lagaminų rėmai, automobilių dalys, kosmoso pramonės gaminiai.

Magnio lydiniai taip pat naudojami gaminant lėktuvus, raketas ir kosminius palydovus, taip pat fotografuojant ofortą greitam ir kontroliuojamam graviravimui gaminti.

Metalurgija

Į liejamą baltąją geležį nedideliu kiekiu pridedama magnio, kuris pagerina jo stiprumą ir lankstumą. Be to, magnis, sumaišytas su kalkėmis, įpurškiamas į skystą aukštakrosnės geležį, pagerinantis mechanines plieno savybes.

Magnis dalyvauja titano, urano ir hafnio gamyboje. Kroll procese jis veikia kaip titano tetrachlorido reduktorius ir sudaro titaną.

Elektrochemija

Magnis naudojamas sausoje kameroje, veikdamas kaip anodas, o sidabro chloridas - kaip katodas. Kai magnis elektriniu būdu liečiasi su plienu, esant vandeniui, jis aukojasi korozijai, palikdamas plieną nepažeistą.

Šio tipo plieno apsauga yra laivuose, rezervuaruose, vandens šildytuvuose, tiltų konstrukcijose ir kt.

Pirotechnika

Milteliai arba juostelės sudaro magnį, dega, skleidžiant labai stiprią baltą šviesą. Ši savybė buvo naudojama karinėje pirotechnikoje gaisrams kūrenti ar žaibams deginti.

Jo susmulkinta kieta medžiaga buvo naudojama kaip degalų komponentas, ypač kietojo kuro raketose.

- Junginiai

Magnio karbonatas

Jis naudojamas kaip katilų ir vamzdžių šilumos izoliatorius. Kadangi ji yra higroskopinė ir tirpi vandenyje, ji naudojama siekiant užkirsti kelią druskos sutankėjimui druskos purtyklėse ir netinkamai tekėti gardant maistą.

Magnio hidroksidas

Jis gali būti naudojamas kaip antipirenas. Ištirpęs vandenyje, jis sudaro gerai žinomą magnezijos pieną - balkšvą suspensiją, kuri buvo naudojama kaip antacidinis ir vidurius laisvinantis vaistas.

Magnio chloridas

Jis naudojamas gaminant labai stiprų grindų cementą, taip pat kaip priedą tekstilės gaminių gamyboje. Be to, jis naudojamas kaip sojų pieno flokuliantas tofu gamybai.

Magnio oksidas

Jis naudojamas ugniai atsparių plytų, atsparių aukštai temperatūrai, gamyboje ir kaip šilumos ir elektros izoliatorius. Jis taip pat naudojamas kaip vidurius laisvinantis ir antacidinis preparatas.

Magnio sulfatas

Jis pramoniniu būdu naudojamas cemento ir trąšų gamybai, rauginimui ir dažymui. Tai taip pat yra sausiklis. Epsomo druska, MgSO ₄ · 7H ₂ O, naudojama kaip skalavimo priemonė.

- Mineralai

talko milteliai

Tai laikoma mažiausio kietumo etalonu (1) pagal Moho skalę. Jis naudojamas kaip užpildas gaminant popierių ir kartoną, taip pat apsaugo nuo odos sudirginimo ir hidratacijos. Jis naudojamas gaminant karščiui atsparias medžiagas ir kaip daugelio kosmetikoje naudojamų miltelių pagrindas.

Chrizotilis arba asbestas

Jis buvo naudojamas kaip šilumos izoliatorius ir statybų pramonėje luboms gaminti. Šiuo metu jis nenaudojamas dėl savo plaučių vėžio skaidulų.

Nuorodos

1. Mathews, CK, van Holde, KE ir Ahern, KG (2002). Biochemija. 3 ^buvo leidimas. Redaktorius Pearson Educación, SA
2. Vikipedija. (2019 m.). Magnis. Atkurta iš: en.wikipedia.org
3. Clarkas J. (2012). Metalinis klijavimas. Atgauta iš: chemguide.co.uk
4. Korpuso AW (1917). Magnio kristalinė struktūra. Jungtinių Amerikos Valstijų nacionalinės mokslų akademijos leidiniai, 3 (7), 470–473. doi: 10.1073 / pnas.3.7.470
5. Timothy P. Hanusa. (2019 m. Vasario 7 d.). Magnis. „Encyclopædia Britannica“. Atkurta iš: britannica.com
6. „Hangzhou LookChem Network Technology Co“ (2008). Magnis. Atkurta iš: lookchem.com