Storia, struttura, proprietà, reazioni, usi del magnesio

Lui magnesio È un alcalino più metal che appartiene al gruppo 2 della tavola periodica. Il suo numero atomico è 12 ed è rappresentato con il simbolo chimico MG. È l'ottavo elemento più abbondante nella crosta terrestre, circa il 2,5% dello stesso.

Questo metallo, come i suoi peperoni e i metalli alcalini, non si trova in natura in uno stato nativo, ma è combinato con altri elementi per formare numerosi composti presenti in rocce, acqua di mare e salamoia.

Oggetti quotidiani realizzati con magnesio. Fonte: Wikipedia Firetwister.

Il magnesio fa parte di minerali come dolomite (carbonato di calcio e magnesio), magnite (carbonato di magnesio), carnalite (cloruro di magnesio ed esaidrato potassio), brucita (idrossido di magnesio) e in silicati come talco e talco dell'olivino.

La sua fonte naturale più ricca per la sua estensione è il mare che ha un'abbondanza dello 0,13%, sebbene il Great Salt Lake (1,1%) e il Mar Morto (3,4%) abbiano una concentrazione di magnesio maggiore. Ci sono salmuelas con un alto contenuto di esso, che è concentrato per evaporazione.

Il nome del magnesio probabilmente deriva dalla magnita, che si trova in magnesia, nella regione della tessalia, antica regione della Grecia. Sebbene, è stato sottolineato che la magnetite e il manganese sono state trovate nella stessa regione.

Il magnesio reagisce fortemente con ossigeno a temperature superiori a 645 ºC. Nel frattempo, la polvere di magnesio brucia nell'aria secca, emettendo un'intensa luce bianca. Per questo motivo, è stato usato come fonte luminosa in fotografia. Attualmente, questa proprietà è ancora utilizzata in pirotecnica.

È un elemento primario per gli esseri viventi. È noto che è un cofattore per più di 300 enzimi, inclusi diversi enzimi di glicolisi. Questo è un processo vitale per gli esseri viventi per la loro relazione con la produzione di ATP, la principale fonte di energia cellulare.

Fa anche parte di un complesso simile all'emo dell'emoglobina, presente nella clorofilla. Questo è un pigmento che interviene nella realizzazione della fotosintesi.

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Storia

Riconoscimento

Joseph Black, un chimico scozzese, nel 1755 lo riconobbe come un elemento, dimostrando sperimentalmente che era diverso dal calcio, il metallo con cui lo confondevano.

A questo proposito, Black ha scritto: "Vediamo per esperimento che Magnesia alba (carbonato di magnesio) è un composto di una terra peculiare e di aria fissa".

Isolamento

Nel 1808, Sir Humprey Davy riuscì a isolarlo usando l'elettrolisi per produrre un amalgama di magnesio e mercurio. È riuscito a elettrolicare il suo sale di solfato umido con l'uso del mercurio come catodo. Successivamente, ha evaporato il mercurio di La Malgama, lasciando il residuo di magnesio.

A. Bussy, uno scienziato francese, riuscì a produrre il primo magnesio metallico nel 1833. Per fare ciò, Bussy ha prodotto la riduzione del cloruro di magnesio fuso con potassio metallico.

Nel 1833, lo scienziato britannico Michael Faraday usò per la prima volta l'elettrolisi del cloruro di magnesio per l'isolamento di questo metallo.

Produzione

Nel 1886, la compagnia tedesca in alluminio und Magnesiumfabrik Hemelingen usò l'elettrolisi del carnalite (MGCL₂· KCl · 6H₂O) fuso per produrre magnesio.

Hemelingen, associato al complesso industriale di Farbe (IG Farben), è riuscito a sviluppare una tecnica per produrre grandi quantità di cloruro di magnesio fuso per sottometterlo all'elettrolisi per la produzione di magnesio e cloro.

Durante la seconda guerra mondiale, Dow Chemical Company (USA) e Magnesium Elektron Ltd (Regno Unito) hanno iniziato la riduzione elettrolitica dell'acqua di mare; Pumaada da Galveston Bay, in Texas e nel Mare del Nord fino a Hartlepool, in Inghilterra, per la produzione di magnesio.

Allo stesso tempo, in Ontario (Canada) viene creata una tecnica per produrla in base al processo L. M. Pidgeon. La tecnica consiste nella riduzione termica dell'ossido di magnesio con silicati nei ritorni di accensione esterna.

Struttura elettronica e configurazione di magnesio

Il magnesio si cristallizza in una struttura esagonale compatta, dove ciascuno dei suoi atomi è circondato da dodici vicini. Questo lo rende denso di altri metalli, come il litio o il sodio.

La sua configurazione elettronica è [ne] 3s², Con due elettroni di valenza e dieci nello strato interno. Avendo un elettrone aggiuntivo rispetto al sodio, il suo legame metallico diventa più forte.

Questo perché l'atomo è più piccolo e il suo nucleo ha un altro protone; Pertanto esercitano un maggiore effetto di attrazione sugli elettroni degli atomi vicini, che contrae le distanze tra loro. Inoltre, dal momento che ci sono due elettroni, la banda 3S risultante è piena ed è in grado di sentire ancora più l'attrazione dei nuclei.

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Quindi, gli atomi MG finiscono per sedersi un denso cristallo esagonale e con un forte legame di metallo. Questo spiega il suo punto di fusione molto più grande (650 ° C) rispetto al sodio (98 ºC).

Tutti gli orbitali 3 di tutti gli atomi e i loro dodici vicini si sovrappongono in tutte le direzioni all'interno del vetro e i due elettroni vanno mentre altri due vengono; Quindi, senza che i cationi mg possono originare²⁺.

Numeri di ossidazione

Il magnesio può perdere due elettroni quando forma composti e rimanere come mg cationico²⁺, che è isolettronico a nobile gas neon. Quando si considera la sua presenza in qualsiasi composto, il numero di ossidazione del magnesio è +2.

D'altra parte, e sebbene meno comune, si può formare il catione mg⁺, che ha perso solo uno dei suoi due elettroni ed è isolectronico in sodio. Quando la sua presenza è assunta in un composto, si dice che il magnesio abbia un numero di ossidazione di +1.

Proprietà

Aspetto fisico

Solido bianco brillante nel suo stato più puro, prima di ossidarsi o reagire con aria bagnata.

Massa atomica

24.304 g/mol.

Punto di fusione

650 ºC.

Punto di ebollizione

1.091 ºC.

Densità

1.738 g/cm³ a temperatura ambiente. E 1.584 g/cm³ alla temperatura di fusione; Cioè, la fase liquida è meno densa del solido, come con la stragrande maggioranza di composti o sostanze.

Calore di fusione

848 kJ/mol.

Calore di vaporizzazione

128 kJ/mol.

Capacità calorica molare

24.869 J/(mol · K).

Pressione del vapore

A 701 K: 1 Pa; cioè, la tua pressione del vapore è molto bassa.

Elettronegatività

1.31 sulla scala Pauling.

Energia ionizzata

Primo livello di ionizzazione: 1.737,2 kJ/mol (MG⁺ gassoso)

Secondo livello di ionizzazione: 1.450,7 kJ/mol (MG²⁺ Gassoso e richiede meno energia)

Terzo livello di ionizzazione: 7.732,7 kJ/mol (MG³⁺ Gassoso e richiede molta energia).

Radio atomica

160 pm.

Radio covalente

141 ± 17 pm

Volume atomico

13,97 cm³/mol.

Dilatazione termica

24,8 µm/m · k a 25 ° C.

Conduttività termica

156 W/M · K.

Resistività elettrica

43,9 nω · m a 20 ºC.

Conducibilità elettrica

22,4 × 10⁶ S · cm³.

Durezza

2,5 sulla scala MOHS.

Nomenclatura

Magnesio metallico manca di altri nomi attribuiti. I suoi composti, perché nella maggior parte hanno un numero di ossidazione di +2, sono menzionati usando la nomenclatura delle scorte senza la necessità di esprimere detto numero nella parentesi.

Ad esempio, MGO è ossido di magnesio e nessun ossido di magnesio (II). Secondo la nomenclatura sistematica, il composto precedente diventa: monossido di magnesio e monossido non -misio.

La stessa cosa accade dal lato della nomenclatura tradizionale come con lo stock di nomenclatura: i nomi dei composti finiscono allo stesso modo; cioè, con il suffisso -ico. Pertanto, MGO è ossido magnetico, secondo questa nomenclatura.

Del resto, gli altri composti possono o meno avere nomi comuni o mineralogici o consistere in molecole organiche (composti organomagnesium), la cui nomenclatura dipende dalla struttura molecolare e dai sostituenti alquilici (R) o arlic (AR) (AR).

Per quanto riguarda i composti di organomagnesio, quasi tutti sono reagenti Grignard con la formula generale RMGX. Ad esempio, Brmgch₃ È bromuro di magnesio metil. Si noti che la nomenclatura non sembra così complicata in un primo contatto .

Forme

Leghe

Il magnesio viene utilizzato in leghe perché è un metallo chiaro, utilizzato principalmente in leghe di alluminio, il che migliora le caratteristiche meccaniche di questo metallo. È stato anche usato in leghe con ferro.

Tuttavia, ha rifiutato il suo uso in leghe a causa della sua tendenza a funzionare ad alte temperature.

Minerali e composti

A causa della sua reattività non si trova nella corteccia terrestre in forma nativa o elementare. Piuttosto, fa parte di numerosi composti chimici, che si trovano in circa 60 minerali noti.

Tra i minerali di magnesio più comuni ci sono:

-Dolomita, carbonato di calcio e magnesio, MGCO₃·Ladro₃

-Magnita, un carbonato di magnesio, caco₃

-Brucita, un idrossido di magnesio, mg (OH)₂

-Carnita, un cloruro di magnesio e potassio, mgcl₂· KCl · H₂O.

Inoltre, può essere sotto forma di altri minerali come:

-Kieserita, un solfato di magnesio, MGSO₄· H₂O

-Forarita, un silicato di magnesio, mgsio₄

-Chrystyl o amianto, un altro silicato di magnesio, mg₃Sì₂O₅(OH)₄

-TALC, MG₃Sì₁₄O₁₁₀(OH)₂.

Isotopi

Il magnesio si trova in natura come una combinazione di tre isotopi naturali: ²⁴Mg, con abbondanza del 79%; ²⁵Mg, con abbondanza dell'11%; e il ²⁶Mg, con abbondanza del 10%. Inoltre, ci sono 19 isotopi radioattivi artificiali.

Carta biologica

Glicolisi

Il magnesio è un elemento essenziale per tutti gli esseri viventi. Gli esseri umani hanno un apporto giornaliero di 300-400 mg di magnesio. Il suo contenuto corporeo è compreso tra 22 e 26 g, in un essere umano adulto, concentrato principalmente sullo scheletro osseo (60%).

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La glicolisi è una sequenza di reazioni in cui il glucosio viene trasformato in acido piruvico, con una produzione netta di 2 molecole ATP. La chinasi piruvata, esochinasi e fosfofruzione della chinasi, sono enzimi, tra gli altri, della glicolisi che usano MG come attivatore.

DNA

Il DNA è formato da due catene nucleotidiche che hanno caricato negativamente gruppi di fosfato nella loro struttura; Pertanto, le catene del DNA sperimentano una repulsione elettrostatica. Na ioni⁺, K⁺ e mg²⁺, Neutralizzare le cariche negative, evitando la dissociazione delle catene.

ATP

La molecola ATP ha gruppi di fosfato con atomi di ossigeno caricati negativamente. Tra i vicini atomi di ossigeno c'è una repulsione elettrica che potrebbe dividere la molecola ATP.

Ciò non accade perché il magnesio interagisce con gli atomi di ossigeno vicini, formando un chelato. Si dice che ATP-MG sia la forma attiva di ATP.

Fotosintesi

Il magnesio è essenziale per la fotosintesi, processo centrale nell'uso dell'energia da parte delle piante. Fa parte della clorofilla, che si presenta all'interno di una struttura simile al gruppo dell'orlo di emoglobina; Ma con un atomo di magnesio al centro anziché un ferro.

La clorofilla assorbe l'energia luminosa e la usa nella fotosintesi per convertire l'anidride carbonica e il glucosio e il biossido di ossigeno. Glucosio e ossigeno vengono successivamente utilizzati nella produzione di energia.

Organismo

Una diminuzione della concentrazione plasmatica di magnesio è associata agli spasmi muscolari; malattie cardiovascolari, come l'ipertensione; diabete, osteoporosi e altre malattie.

Lo ione di magnesio interviene nella regolazione del funzionamento dei canali di calcio nelle cellule nervose. Ad alte concentrazioni bloccano il canale del calcio. Al contrario, una diminuzione del calcio produce un'attivazione nervosa consentendo al calcio di entrare nelle cellule.

Ciò spiegherebbe lo spasmo e la contrazione delle cellule muscolari delle pareti dei principali vasi sanguigni.

Dov'è e produzione

Il magnesio non si trova in natura in uno stato elementare, ma fa parte di circa 60 minerali e numerosi composti, situati in mare, rocce e salmueras.

Il mare ha una concentrazione di magnesio dello 0,13%. A causa della sua estensione, il mare è il principale serbatoio mondiale di magnesio. Altri serbatoi di magnesio sono il Great Salt Lake (USA), con una concentrazione di magnesio dell'1,1%e il Mar Morto, con una concentrazione del 3,4%.

I minerali di magnesio di dolomite e magnete vengono estratti dalle loro vene usando metodi di mining tradizionali. Nel frattempo vengono utilizzate le soluzioni di carnalite che consentono agli altri sali di andare in superficie, mantenendo la carnalite sullo sfondo.

I salmuelas contenenti magnesio sono concentrati negli stagni usando il riscaldamento solare.

Il magnesio è ottenuto con due metodi: elettrolisi e riduzione termica (processo Pidgeon).

Elettrolisi

Nei processi di elettrolisi sali fusi contenenti o cloruro di magnesio anidro, vengono utilizzati cloruro di magnesio anidro parzialmente disidratato o anidra minerale di carnalite. In alcune circostanze per evitare la contaminazione della carnalite naturale, viene utilizzato artificiale.

È inoltre possibile ottenere cloruro di magnesio seguendo la procedura progettata dalla società Dow. L'acqua viene miscelata in un flocculatore con il minerale di dolomite leggermente calcolato.

Il cloruro di magnesio presente nella miscela viene trasformato in MG (OH)₂ Con l'aggiunta di idrossido di calcio, secondo la seguente reazione:

MGCL₂    +     Ca (Oh)₂    → Mg (OH)₂       +        Cacl₂

L'idrossido di magnesio precipitoso viene trattato con acido cloridrico, producendo magnesio e cloruro d'acqua, secondo la reazione chimica schematizzata:

Mg (oh)₂     +       2 HCL → MGCL₂     +       2 h₂O

Quindi, il cloruro di magnesio è sottoposto a un processo di disidratazione per raggiungere l'idratazione del 25%, completando la disidratazione durante il processo di fonderia. L'elettrolisi viene eseguita a una temperatura che varia tra 680 e 750 ºC.

MGCL₂      → Mg+CL₂

Il cloro diatomico viene generato nell'anodo e il magnesio fuso galleggia nella parte superiore dei sali, dove viene raccolto.

Riduzione termica

Cristalli di magnesio depositati con i loro vapori. Fonte: Warut Roonguthai [CC BY-SA 3.0 (https: // creativeCommons.Org/licenze/by-sa/3.0)] Nel processo di Pidgeon, il terreno e la dolomite calcinata vengono miscelati con ferrosilicio finemente macinato e collocata in nichel-cromo cilindrico-idro. Le ritratti sono posizionate all'interno di un forno e sono in serie con condensatori situati fuori dal forno.

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La reazione si verifica a una temperatura di 1200 ºC e ad una bassa pressione di 13 pa. I cristalli di magnesio si ritirano dai condensatori. La feccia prodotta viene raccolta dallo sfondo dei ritorni.

2 CAO +2 MgO +SI → 2 mg (gas) +Ca₂Sio₄ (spreco umano)

Gli ossidi di calcio e magnesio sono prodotti dalla calcinazione dei carbonati di calcio e magnesio presenti in Dolomita.

Reazioni

Il magnesio reagisce vigorosamente con gli acidi, specialmente con gli ossacidi. La sua reazione con acido nitrico produce nitrato di magnesio, mg (no₃)₂. Allo stesso modo reagisce con l'acido cloridrico per produrre cloruro di magnesio e idrogeno.

Il magnesio non reagisce con gli alcali, come l'idrossido di sodio. A temperatura ambiente, è coperto uno strato di ossido di magnesio, insolubile in acqua, che lo protegge dalla corrosione.

Formare composti chimici, tra gli altri elementi, con cloro, ossigeno, azoto e zolfo. È altamente reattivo con ossigeno ad alte temperature.

Applicazioni

- Magnesio elementare

Leghe

Le leghe di magnesio sono state utilizzate in aeroplani e auto. Questi ultimi hanno come requisito per il controllo delle emanazioni di gas inquinanti, una riduzione del peso dei veicoli a motore.

Le applicazioni di magnesio si basano sul loro basso peso, elevata resistenza e facilità di produzione. Le applicazioni includono strumenti manuali, articoli sportivi, telecamere, elettrodomestici, cornici per bagagli, parti dell'auto, articoli per l'industria aerospaziale.

Le leghe di magnesio sono anche utilizzate nella fabbricazione di aerei spaziali, razzi e satelliti, nonché fotografia.

Metallurgia

Il magnesio viene aggiunto in piccola quantità al ferro bianco fuso, che migliora la resistenza e la malleabilità della stessa. Inoltre, il magnesio miscelato con calce viene iniettato in ferro da forno alto liquido, migliorando le proprietà meccaniche dell'acciaio.

Il magnesio interviene nella produzione di titanio, uranio e hafnio. Agisce come agente riducente sul tetracloruro del titanio, nel processo di Kroll, per originare il titanio.

Elettrochimica

Il magnesio viene usato in una pila asciutta, agendo come anodo e cloruro d'argento come il catodo. Quando il magnesio viene messo a contatto elettrico con acciaio in presenza di acqua, sta corrosi in modo sacrificale, lasciando in acciaio intatto.

Questo tipo di protezione in acciaio è presente in navi, serbatoi di stoccaggio, scaldabagni, strutture per ponti, ecc.

Pirotecnica

Magnesio in polvere o strisce brucia, emettendo una luce bianca molto intensa. Questa proprietà è stata utilizzata nella pirotecnica militare per produrre fuochi o illuminazione attraverso i razzi.

Il suo solido finemente diviso è stato usato come componente del carburante, specialmente nelle eliche solide per i razzi.

- Composti

Carbonato di magnesio

Viene usato come isolante termico per caldaie e tubi. Essendo igroscopico e solubile in acqua, viene utilizzato per evitare che il sale comune sia compatta negli agitatori di sale e non scorre correttamente durante il condimento alimentare.

Idrossido di magnesio

Ha l'applicazione come ignifugo. Sciolto in acqua forma il latte ben noto di magnesia, sospensione biancastra che è stata usata come antiacido e lassativo.

Cloruro di magnesio

Viene utilizzato nella produzione di cemento per pavimenti ad alta resistenza, nonché additivo nella produzione tessile. Inoltre, viene utilizzato come flocculante di latte di soia per la produzione del tofu.

Ossido di magnesio

Viene utilizzato nella produzione di mattoni refrattari per resistere alle alte temperature e come isolante termico ed elettrico. È anche usato come lassativo e antiacido.

Solfato di magnesio

Viene usato industrialmente per preparare cemento e fertilizzanti, abbronzati e tinti. È anche un essiccante. Epsom Salt, MGSO₄· 7h₂Oppure, è usato come purgativo.

- Minerali

talco

Hai come modello di durezza inferiore (1) sulla scala MOHS. Serve come riempimento della produzione di carta e cartone, oltre a impedire l'irritazione e l'idratazione della pelle. Viene utilizzato nella produzione di materiali resistenti al calore e come base di molti cosmetici utilizzano le polveri.

Chrystyl o amianto

È stato utilizzato come isolante termico e nel settore delle costruzioni per la produzione di tetti. Attualmente, non è usato perché sono le sue fibre cancerogene polmonari.

Riferimenti

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2. Wikipedia. (2019). Magnesio. Recuperato da: in.Wikipedia.org
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4. Scafo a. W. (1917). La struttura cristallina del magnesio. Atti della National Academy of Sciences of the United States of America, 3 (7), 470-473. Doi: 10.1073/PNA.3.7.470
5. Timothy p. Hanusa. (7 febbraio 2019). Magnesio. Encyclopædia Britannica. Recuperato da: Britannica.com
6. Hangzhoum Network Technology Co. (2008). Magnesio. Recuperato da: lookchem.com