MAGNEZYUM: TARIHÇE, YAPI, ÖZELLIKLER, REAKSIYONLAR, KULLANIMLAR - KIMYA - 2024

Magnezyum periyodik sistemin İnci grubunun 2 'ye ait alkali toprak metaldir. Atom numarası 12'dir ve kimyasal sembolü Mg ile temsil edilir. Yerkabuğunda en çok bulunan sekizinci elementtir, yaklaşık% 2,5'idir.

Bu metal, benzerleri ve alkali metalleri gibi, doğada doğal durumunda bulunmaz, ancak diğer elementlerle birleşerek kayalarda, deniz suyunda ve tuzlu suda bulunan çok sayıda bileşik oluşturur.

Magnezyumla yapılan günlük nesneler. Kaynak: Wikipedia'dan Firetwister.

Magnezyum, dolomit (kalsiyum ve magnezyum karbonat), magnezit (magnezyum karbonat), karnalit (magnezyum ve potasyum klorür hekzahidrat), brusit (magnezyum hidroksit) gibi minerallerin ve talk gibi silikatların bir parçasıdır ve olivin.

Genişlemesi için en zengin doğal kaynağı, Büyük Tuz Gölü (% 1,1) ve Ölü Deniz (% 3,4) daha yüksek magnezyum konsantrasyonuna sahip olmasına rağmen,% 0,13 bolluğa sahip olan denizdir. Buharlaşma ile konsantre edilmiş, içeriği yüksek olan salamuralar vardır.

Magnezyum adı muhtemelen Magnesia'da bulunan, Yunanistan'ın antik Bölgesi olan Teselya bölgesinde bulunan manyezitten türemiştir. Yine de aynı bölgede manyetit ve manganezin bulunduğu belirtilmiştir.

Magnezyum, 645 ° C'nin üzerindeki sıcaklıklarda oksijenle güçlü reaksiyona girer. Bu arada, magnezyum tozu kuru havada yanarak yoğun bir beyaz ışık yayar. Bu nedenle fotoğrafta ışık kaynağı olarak kullanılmıştır. Şu anda, bu özellik hala piroteknikte kullanılmaktadır.

Canlılar için vazgeçilmez bir unsurdur. Birkaç glikoliz enzimi dahil 300'den fazla enzim için bir kofaktör olduğu bilinmektedir. Bu, ana hücresel enerji kaynağı olan ATP'nin üretimi ile ilişkisi nedeniyle canlılar için hayati bir süreçtir.

Aynı şekilde, klorofilde bulunan hemoglobin hemoglobin grubuna benzer bir kompleksin parçasıdır. Bu, fotosentezin gerçekleştirilmesinde yer alan bir pigmenttir.

Tarih

Tanıma

İskoç bir kimyager olan Joseph Black, 1755'te onu bir element olarak tanıdı ve deneysel olarak, kalsiyumdan farklı olduğunu gösterdi.

Bu bağlamda Black şöyle yazdı: "Magnesia alba'nın (magnezyum karbonat) tuhaf bir toprak ve sabit bir havanın bir bileşimi olduğunu deneysel olarak gördük."

İzolasyon

1808'de Sir Humprey Davy, magnezyum ve cıva amalgamı üretmek için elektroliz kullanarak onu izole etmeyi başardı. Bunu, katot olarak cıva kullanarak ıslak sülfat tuzunu elektrolize ederek yaptı. Daha sonra, magnezyum kalıntısını bırakarak, malgamdaki civayı ısıtarak buharlaştırdı.

Fransız bir bilim adamı olan A.Bussy, 1833'te ilk metalik magnezyumu üretmeyi başardı. Bunu yapmak için Bussy, erimiş magnezyum klorürün metalik potasyum ile indirgenmesini sağladı.

1833'te İngiliz bilim adamı Michael Faraday, bu metali izole etmek için ilk kez magnezyum klorürün elektrolizini kullandı.

Üretim

1886 yılında, Alman şirketi Alüminyum Magnesiumfabrik Hemelingen elektroliz kullanıldığı und erimiş carnalite (MgCl ₂ · KCI · 6H ₂ O) üretmek için magnezyum.

Hemelingen, Farbe Sanayi Kompleksi (IG Farben) ile ortaklaşa, magnezyum ve klor üretimi için elektroliz için büyük miktarlarda erimiş magnezyum klorür üretmek için bir teknik geliştirmeyi başardı.

İkinci Dünya Savaşı sırasında, Dow Chemical Company (ABD) ve Magnezyum Elektron LTD (İngiltere) deniz suyunun elektrolitik azaltımına başladı; magnezyum üretimi için Galveston Bay, Texas ve Kuzey Denizi'nden Hartlepool, İngiltere'ye pompalanır.

Aynı zamanda, Ontario (Kanada) onu LM Pidgeon sürecine dayalı olarak üretmek için bir teknik yaratır. Teknik, dışarıdan ateşlenen imbiklerde magnezyum oksidin silikatlarla termal indirgenmesinden oluşur.

Magnezyumun yapısı ve elektron konfigürasyonu

Magnezyum, atomlarının her birinin on iki komşuyla çevrili olduğu kompakt altıgen bir yapıda kristalleşir. Bu, lityum veya sodyum gibi diğer metallerden daha yoğun olmasını sağlar.

Elektronik konfigürasyonu, iki değerlik elektronu ve iç kabuğun on tanesi ile 3s ^2'dir . Sodyuma kıyasla fazladan bir elektrona sahip olarak, metalik bağı daha güçlü hale gelir.

Bunun nedeni atomun daha küçük olması ve çekirdeğinin bir tane daha protonu olmasıdır; bu nedenle komşu atomların elektronları üzerinde aralarındaki mesafeyi daraltan daha büyük bir çekim etkisi uygularlar. Ayrıca, iki elektron olduğu için ortaya çıkan 3s bandı doludur ve çekirdeklerin çekiciliğini daha da fazla hissedebilir.

Daha sonra, Mg atomları, güçlü bir metalik bağa sahip yoğun bir altıgen kristal bırakır. Bu, sodyumunkinden (98 C) çok daha yüksek erime noktasını (650 ºC) açıklar.

Tüm atomların tüm 3s yörüngeleri ve onların on iki komşusu, kristal içindeki tüm yönlerde üst üste biner ve diğer ikisi gelirken iki elektron ayrılır; böylece Mg2 ⁺ katyonları ortaya çıkmadan .

Oksidasyon numaraları

Magnezyum bileşikler oluşturduğunda iki elektron kaybedebilir ve asal gaz neon için izoelektronik olan Mg2 ⁺ katyonu olarak kalabilir . Herhangi bir bileşikteki varlığı düşünüldüğünde, magnezyumun oksidasyon sayısı +2'dir.

Öte yandan, daha az yaygın olmasına rağmen , iki elektronundan yalnızca birini kaybetmiş olan ve sodyuma izoelektronik olan Mg ⁺ katyonu oluşturulabilir . Bir bileşikte varlığı varsayıldığında, magnezyumun oksidasyon sayısının +1 olduğu söylenir.

Özellikleri

Fiziksel görünüş

Oksitlenmeden veya nemli hava ile reaksiyona girmeden önce saf halde parlak beyaz katı.

Atom kütlesi

24.304 g / mol.

Erime noktası

650 ° C

Kaynama noktası

1.091 ° C

Yoğunluk

1.738 g / cc ³ oda sıcaklığında karıştırıldı. Y, 1.584 g / cc ³ erime sıcaklığında; başka bir deyişle, sıvı faz, bileşiklerin veya maddelerin büyük çoğunluğunda olduğu gibi katı olandan daha az yoğundur.

Füzyon ısısı

848 kJ / mol.

Buharlaşma ısısı

128 kJ / mol.

Molar kalori kapasitesi

24.869 J / (mol · K).

Buhar basıncı

701 K'da: 1 Pa; yani buhar basıncı çok düşüktür.

Elektronegativite

Pauling ölçeğinde 1.31.

İyonlaşma enerjisi

İlk iyonlaşma seviyesi: 1.737.2 kJ / mol (Mg ⁺ gaz)

İkinci iyonizasyon seviyesi: 1.450.7 kJ / mol (Mg ²⁺ gaz ve daha az enerji gerektirir)

Üçüncü iyonizasyon seviyesi: 7,732,7 kJ / mol (Mg ³⁺ gazı ve çok fazla enerji gerektirir).

Atomik radyo

160 pm.

Kovalent yarıçap

141 ± 17 pm

Atom hacmi

13.97 cm ³ / mol arasındadır.

Termal Genleşme

25 ° C'de 24,8 µm / m · K

Termal iletkenlik

156 W / m K.

Elektriksel direnç

20 ° C'de 43.9 nΩ · m

Elektrik iletkenliği

22,4 × 10 ⁶ S cm ³ .

Sertlik

Mohs ölçeğinde 2.5.

terminoloji

Metalik magnezyumun başka hiçbir adı yoktur. Bileşikleri, çoğunlukta +2 oksidasyon sayısına sahip oldukları kabul edildiğinden, parantez içinde söz konusu sayının ifade edilmesine gerek kalmadan stok terminolojisi kullanılarak belirtilmiştir.

Örneğin, MgO magnezyum oksittir ve magnezyum (II) oksit değildir. Sistematik terminolojiye göre, önceki bileşik: magnezyum monoksittir ve monomagnezyum monoksit değildir.

Geleneksel isimlendirme tarafında, hisse senedi isimlendirmesinde de aynı şey olur: bileşiklerin isimleri aynı şekilde biter; yani –ico sonekiyle. Bu nedenle, bu terminolojiye göre MgO, magnezyum oksittir.

Aksi takdirde, diğer bileşikler ortak veya mineralojik adlara sahip olabilir veya olmayabilir veya adlandırmaları moleküler yapıya ve alkil (R) veya aril (Ar) ikamelerine bağlı olan organik moleküllerden (organomagnezyum bileşikleri) oluşur.

Organomagnezyum bileşikleri ile ilgili olarak, hemen hemen hepsi RMgX genel formülüne sahip Grignard reaktifleridir. Örneğin, BrMgCH ₃ metil magnezyum bromiddir. İsimlendirmenin ilk temasta o kadar karmaşık görünmediğini unutmayın.

Şekiller

alaşımlar

Magnezyum hafif bir metal olduğu için alaşımlarda kullanılır, esas olarak alüminyum ile alaşımlarda kullanılır ve bu metalin mekanik özelliklerini iyileştirir. Ayrıca demirli alaşımlarda da kullanılmıştır.

Bununla birlikte, alaşımlarda kullanımı, yüksek sıcaklıklarda paslanma eğilimi nedeniyle azalmıştır.

Mineraller ve bileşikler

Reaktivitesinden dolayı yer kabuğunda doğal veya temel formunda bulunmaz. Daha ziyade, yaklaşık 60 bilinen mineralde bulunan çok sayıda kimyasal bileşiğin bir parçasıdır.

En yaygın magnezyum mineralleri şunlardır:

-Dolomit, bir kalsiyum ve magnezyum karbonatı, MgCO ₃ CaCO ₃

-Magnesite, bir magnezyum karbonat, CaCO ₃

-Brucite, bir magnezyum hidroksit, Mg (OH) ₂

-karnalit, bir magnezyum potasyum klorür, MgCl ₂ · KCl · H ₂ O.

Ayrıca, aşağıdaki gibi diğer mineraller formunda olabilir:

-Kieserit, bir magnezyum sülfat, MgSO ₄ H ₂ O

-Forsterite, bir magnezyum silikat, MgSiO ₄

-Krisotil veya asbest, başka bir magnezyum silikat, Mg ₃ Si ₂ O ₅ (OH) ₄

-Talc Mg ₃ Si ₁₄ O ₁₁₀ (OH) ₂ .

izotopları

Magnezyum, doğada üç doğal izotopun bir kombinasyonu olarak bulunur: % 79 bolluk ile ²⁴ Mg; % 11 bolluk ile ²⁵ Mg; ve % 10 bolluk ile ²⁶ Mg. Ek olarak, 19 yapay radyoaktif izotop vardır.

Biyolojik rol

Glikoliz

Magnezyum, tüm canlılar için temel bir elementtir. İnsanlar günlük 300-400 mg magnezyum alımına sahiptir. Vücut içeriği, yetişkin bir insanda 22 ila 26 g arasındadır ve esas olarak kemik iskeletinde yoğunlaşmıştır (% 60).

Glikoliz, glikozun net 2 ATP molekülü üretimi ile piruvik aside dönüştürüldüğü bir reaksiyonlar dizisidir. Piruvat kinaz, heksokinaz ve fosfofrukt kinaz, diğerleri arasında, Mg'yi bir aktivatör olarak kullanan glikoliz enzimleridir.

DNA

DNA, yapılarında negatif yüklü fosfat gruplarına sahip iki nükleotid zincirinden oluşur; bu nedenle, DNA iplikleri elektrostatik itmeye maruz kalır. Na ⁺ , K ⁺ ve Mg ²⁺ iyonları negatif yükleri nötralize ederek zincirlerin ayrışmasını önler.

ATP

ATP molekülü, negatif yüklü oksijen atomlarına sahip fosfat gruplarına sahiptir. ATP molekülünü parçalayabilen komşu oksijen atomları arasında elektriksel bir itme meydana gelir.

Bu gerçekleşmez çünkü magnezyum komşu oksijen atomlarıyla etkileşime girerek bir şelat oluşturur. ATP-Mg'nin, ATP'nin aktif formu olduğu söylenir.

Fotosentez

Magnezyum, bitkiler tarafından enerji kullanımında merkezi bir süreç olan fotosentez için gereklidir. İç kısmında hemoglobin hemoglobine benzer bir yapıya sahip olan klorofilin bir parçasıdır; ama merkezde demir atomu yerine bir magnezyum atomu var.

Klorofil ışık enerjisini emer ve onu fotosentezde karbondioksit ve suyu glikoz ve oksijene dönüştürmek için kullanır. Glikoz ve oksijen daha sonra enerji üretiminde kullanılır.

organizma

Plazma magnezyum konsantrasyonundaki bir azalma, kas spazmları ile ilişkilidir; hipertansiyon gibi kardiyovasküler hastalıklar; diyabet, osteoporoz ve diğer hastalıklar.

Magnezyum iyonu, sinir hücrelerindeki kalsiyum kanallarının işleyişini düzenlemede rol oynar. Yüksek konsantrasyonlarda kalsiyum kanalını bloke eder. Aksine, kalsiyumdaki bir azalma, kalsiyumun hücrelere girmesine izin vererek sinirin aktivasyonunu sağlar.

Bu, büyük kan damarlarının duvarlarındaki kas hücrelerinin kasılmasını ve kasılmasını açıklar.

Nerede bulunur ve üretilir

Magnezyum doğada temel bir durumda bulunmaz, ancak denizde, kayalarda ve tuzlu sularda bulunan yaklaşık 60 mineral ve çok sayıda bileşiğin bir parçasıdır.

Denizin magnezyum konsantrasyonu% 0.13'tür. Deniz, büyüklüğü nedeniyle dünyanın ana magnezyum rezervuarıdır. Diğer magnezyum rezervuarları, magnezyum konsantrasyonu% 1,1 olan Büyük Tuz Gölü (ABD) ve% 3,4 konsantrasyonla Ölü Deniz'dir.

Magnezyum mineralleri, dolomit ve magnezit damarlarından geleneksel madencilik yöntemleri kullanılarak çıkarılır. Karnalit çözeltilerinde ise diğer tuzların yüzeye çıkmasını sağlayan, karnaliti arka planda tutan çözeltiler kullanılmaktadır.

Magnezyum içeren salamuralar güneş enerjisiyle ısıtma kullanılarak havuzlarda yoğunlaştırılır.

Magnezyum iki yöntemle elde edilir: elektroliz ve termal indirgeme (Pidgeon işlemi).

Elektroliz

Elektroliz işlemlerinde susuz magnezyum klorür, kısmen dehidre susuz magnezyum klorür veya mineral susuz karnalit içeren erimiş tuzlar kullanılır. Bazı durumlarda, doğal karnalitin kirlenmesini önlemek için yapay olan kullanılır.

Dow şirketi tarafından tasarlanan prosedür izlenerek de magnezyum klorür elde edilebilir. Su, hafif kalsine edilmiş mineral dolomit ile bir flokülatörde karıştırılır.

Karışımda bulunan magnezyum klorür , aşağıdaki reaksiyona göre kalsiyum hidroksit ilavesiyle Mg (OH) _2'ye dönüştürülür :

MgC ₂ + Ca (OH) ₂ → Mg (OH) ₂ + CaC ₂

Çöken magnezyum hidroksit, ana hatlarıyla belirtilen kimyasal reaksiyona göre hidroklorik asit ile muamele edilerek magnezyum klorür ve su üretilir:

Mg (OH) ₂ + 2 HCl → MgCl ₂ + 2 H ₂ O

Daha sonra magnezyum klorür,% 25 hidrasyona ulaşana kadar bir dehidrasyon işlemine tabi tutulur ve eritme işlemi sırasında dehidratasyon tamamlanır. Elektroliz, 680 ile 750 ºC arasında değişen bir sıcaklıkta gerçekleştirilir.

MgCl ₂ → Mg + Cl ₂

İki atomlu klor, anotta üretilir ve erimiş magnezyum, toplandığı tuzların tepesine kadar yüzer.

Termal azaltma

Buharlarından biriken magnezyum kristalleri. Kaynak: Warut Roonguthai Pidgeon prosesinde, öğütülmüş ve kalsine edilmiş dolomit ince öğütülmüş ferrosilikon ile karıştırılır ve silindirik nikel-krom-demir imbiklere yerleştirilir. İmbikler bir fırının içine yerleştirilir ve fırının dışında bulunan kondansatörlerle seri halindedir.

Reaksiyon 1200 ° C'lik bir sıcaklıkta ve 13 Pa'lık düşük bir basınçta gerçekleşir. Magnezyum kristalleri, kondansatörlerden çıkarılır. Üretilen cüruf, imbiklerin dibinden toplanır.

2 CaO + 2 MgO + Si → 2 Mg (gaz) + Ca ₂ SiO ₄ (cüruf)

Kalsiyum ve magnezyum oksitler, dolomitte bulunan kalsiyum ve magnezyum karbonatların kalsinasyonu ile üretilir.

Tepkiler

Magnezyum asitlerle, özellikle de oksasitlerle şiddetli bir şekilde reaksiyona girer. Nitrik asit ile reaksiyonu magnezyum nitrat, Mg (NO ₃ ) ₂ üretir . Aynı şekilde hidroklorik asitle reaksiyona girerek magnezyum klorür ve hidrojen gazı üretir.

Magnezyum, sodyum hidroksit gibi alkalilerle reaksiyona girmez. Oda sıcaklığında, suda çözünmeyen ve onu korozyondan koruyan bir magnezyum oksit tabakası ile kaplanır.

Diğer elementlerin yanı sıra klor, oksijen, nitrojen ve sülfür ile kimyasal bileşikler oluşturur. Yüksek sıcaklıklarda oksijenle oldukça reaktiftir.

Uygulamalar

- Elementel magnezyum

alaşımlar

Uçaklarda ve otomobillerde magnezyum alaşımları kullanılmıştır. İkincisi, kirletici gaz emisyonlarının kontrolü için bir gereklilik olarak, motorlu araçların ağırlığında bir azalmaya sahiptir.

Magnezyum uygulamaları, düşük ağırlığı, yüksek mukavemeti ve alaşım yapma kolaylığına dayanmaktadır. Uygulamalar arasında el aletleri, spor malzemeleri, kameralar, ev aletleri, bagaj çerçeveleri, otomobil parçaları, havacılık endüstrisi için ürünler bulunmaktadır.

Magnezyum alaşımları ayrıca uçakların, roketlerin ve uzay uydularının imalatında ve ayrıca hızlı ve kontrollü bir gravür üretmek için foto-dağlamada da kullanılır.

Metalurji

Magnezyum, beyaz demire az miktarda eklenir, bu da onun gücünü ve işlenebilirliğini artırır. Ek olarak, kireçle karıştırılmış magnezyum sıvı yüksek fırın demirine enjekte edilerek çeliğin mekanik özellikleri iyileştirilir.

Magnezyum, titanyum, uranyum ve hafniyum üretiminde rol oynar. Kroll işleminde titanyum tetraklorür üzerinde titanyuma neden olmak için indirgeyici bir ajan görevi görür.

elektroşimi

Magnezyum, kuru bir hücrede kullanılır, anot görevi görür ve katot olarak gümüş klorür kullanılır. Magnezyum, su varlığında çelikle elektriksel temasa geçtiğinde, çeliği sağlam bırakarak feda ederek aşınır.

Bu tip çelik koruma gemilerde, depolama tanklarında, su ısıtıcılarında, köprü yapılarında vb. Mevcuttur.

fişekçilik

Toz veya şerit halindeki magnezyum, çok yoğun bir beyaz ışık yayarak yanar. Bu özellik, askeri piroteknikte yangınları söndürmek veya işaret fişekleri ile aydınlatmak için kullanılmıştır.

İnce parçalanmış katı, özellikle katı roket iticilerinde yakıt bileşeni olarak kullanılmıştır.

- Bileşikler

Magnezyum karbonat

Kazan ve borular için ısı yalıtkanı olarak kullanılır. Higroskopik olduğundan ve suda çözünür olduğundan, tuzluklarda normal tuzun sıkışmasını ve yiyeceklerin baharatlanması sırasında düzgün akmamasını önlemek için kullanılır.

Magnezyum hidroksit

Yangın geciktirici olarak uygulamaya sahiptir. Suda çözünerek, bir antasit ve müshil olarak kullanılan beyazımsı bir süspansiyon olan iyi bilinen magnezya sütünü oluşturur.

Magnezyum klorür

Tekstil üretiminde katkı maddesinin yanı sıra yüksek mukavemetli zemin çimentosu imalatında kullanılır. Ayrıca soya sütünde tofu üretiminde flokülant olarak kullanılır.

Magnezyum oksit

Refrakter tuğlaların imalatında yüksek sıcaklıklara dayanıklı, ısı ve elektrik izolatörü olarak kullanılır. Aynı zamanda müshil ve antiasit olarak da kullanılır.

Magnezyum sülfat

Endüstriyel olarak çimento ve gübre yapımında, tabaklama ve boyamada kullanılır. Aynı zamanda bir kurutucudur. Epsom tuzu, MgSO ₄ · 7H ₂ O, müshil olarak kullanılır.

- Mineraller

talk pudrası

Mohs ölçeğinde en düşük sertlik standardı (1) olarak alınır. Kağıt ve karton imalatında dolgu görevi görmesinin yanı sıra cildin tahrişini ve nemlenmesini önler. Isıya dayanıklı malzemelerin imalatında ve kozmetikte kullanılan birçok tozun temeli olarak kullanılmaktadır.

Krizotil veya asbest

Isı yalıtkanı olarak ve inşaat sektöründe tavan imalatı için kullanılmıştır. Şu anda akciğer kanseri lifleri nedeniyle kullanılmamaktadır.

Referanslar

1. Mathews, CK, van Holde, KE ve Ahern, KG (2002). Biyokimya. 3 ^olduğu Baskı. Editör Pearson Educación, SA
2. Vikipedi. (2019). Magnezyum. En.wikipedia.org adresinden kurtarıldı
3. Clark J. (2012). Metalik bağlayıcı. Kurtarıldı: chemguide.co.uk
4. Gövde AW (1917). Magnezyumun Kristal Yapısı. Amerika Birleşik Devletleri Ulusal Bilimler Akademisi Bildirileri, 3 (7), 470-473. doi: 10.1073 / pnas.3.7.470
5. Timothy P. Hanusa. (7 Şubat 2019). Magnezyum. Encyclopædia Britannica. Britannica.com'dan kurtarıldı
6. Hangzhou LookChem Network Technology Co. (2008). Magnezyum. Lookchem.com adresinden kurtarıldı