Strona korzysta z plików cookies w celu realizacji usług i zgodnie z polityką plików cookies.
Możesz określić warunki przechowywania lub dostępu do plików cookies w Twojej przeglądarce.

Magnez

Wstęp

Magnez jest pierwiastkiem chemicznym o liczbie atomowej 12, położonym w 2 (IIA) grupie układu okresowego (grupa berylowców). Berylowce zwane były dawniej metalami ziem alkalicznych. W stanie podstawowym wykazują konfigurację elektronową ns2. Występują normalnie na stopniu utlenienia +2.  Wykazują silnie ujemne potencjały normalne co powoduje, że można je wydzielić w stanie wolnym tylko pod wpływem najsilniejszych środków redukujących.

Symbol Mg
Nazwa w jęz. angielskim magnesium
Nazwa w jęz. łacińskim magnesium
Stan skupienia ciało stałe
Charakter
chemiczny
metal
Liczba atomowa 12
Masa atomowa [u] 24,305
Numer grupy, okres, blok energetyczny 2 (IIA), 3, s
Wartościowość II
Konfiguracja elektronowa uproszczona [Ne]3s2
Elektroujemność wg Paulinga 1,2
Temperatura topnienia [oC]
650
Temperatura wrzenia [oC]
1100
Gęstość  [g/cm3] 1,74

Odkrycie


Magnez otrzymał w 1808 r. Humpry Davy przez elektrolizę wilgotnego tlenku magnezu MgO na katodzie rtęciowej, która rozpuszczała wydzielony magnez. Jednak powstały w wyniku tej reakcji produkt był silnie zanieczyszczony, dopiero w 1830 r. uzyskano czysty metal. Otrzymał go Bussy redukując chlorek magnezu MgCl2 parą metalicznego potasu.

Występowanie w przyrodzie

Magnez jest dość rozpowszechniony w przyrodzie, jego zawartość w skorupie ziemskiej wynosi 2,09%. Nie występuje w stanie wolnym. Znajduje się w wodach morskich pod postacią chlorku i siarczanu. Tworzy dużą liczbę minerałów, z czego najważniejsze to: magnezyt MgCO3, dolomit MgCO3 · CaCO3 oraz liczne krzemiany i glinokrzemiany (oliwin, talk, azbest i inne). Minerały te występują w Polsce w okolicy Ząbkowic i Świdnicy na Dolnym Śląsku, w okolicach Kielc, Krakowa, na Górnym Śląsku i w Tatrach. Inną grupę minerałów stanowią: kizeryt MgSO4 · H2O, karnalit KCl · MgCl2· 6H2O, sól gorzka lub angielska MgSO4 · 7H2O. Występują one w Kłodawie, Górze, Inowrocławiu, Szubinie.
Magnez jest makroelementem niezbędnym do życia wszystkich organizmów żywych, umożliwia prawidłowe działanie wielu enzymów, wchodzi w skład chlorofilu. W organizmie człowieka znajduje się średnio 20 g magnezy, a jego dobowe spożycie wynosi 0,5 g.

Otrzymywanie

Magnez otrzymuje się na skalę techniczną przez elektrolizę stopionej mieszaniny bezwodnego chlorku magnezu MgCl2 z chlorkiem wapnia CaCl2 w temp. 2000oC w atmosferze wodoru lub gazu ziemnego. Otrzymany tą metodą magnez oczyszcza się za pomocą ponownej destylacji.

Właściwości fizyczne i chemiczne

Magnez jest srebrzystobiałym, błyszczącym metalem o małym ciężarze właściwym. 
Jest to pierwiastek dwuwartościowy, występujący na stopniu utlenienia +2. Na powietrzu utlenia się, pokrywa się przy tym cienką warstewką tlenku magnezu MgO lub wodorotlenku magnezu Mg(OH)2. Z wodą reaguje powoli dopiero w temp. powyżej 70oC, wydzielając przy tym wodór i tworząc Mg(OH)2. Po ogrzaniu w suchym powietrzu zapala się w 500oC i pali się oślepiająco jasnym płomieniem. Wówczas powstaje tlenek magnezu MgO i pewna ilość azotku magnezu Mg3N2. Magnez łatwo reaguje z kwasami, wypierając z nich wodór i przechodzi do roztworu w postaci jonów Mg2+. Jest całkowicie odporny na działanie roztworów alkalicznych. Magnez jest łatwopalny, dlatego należy go przechowywać z dala od ognia i substancji łatwopalnych.

Zastosowanie

Magnez znajduje zastosowanie głównie jako składnik lekkich stopów wykorzystywanych przez przemysł lotniczy, jako materiał do budowy reaktorów jądrowych. Wykorzystuje się go również do wyrobu rakiet sygnalizacyjnych oraz w technice fotograficznej. Dodatek magnezu do stali podnosi jej twardość i odporność na ścieranie. Metaliczny magnez jest wykorzystywany w metalurgii (odlewanie metali i stopów) jako odtleniacz.
Tlenek magnezu ze względu na swą wysoką temp. topnienia (2808oC) wykorzystywany jest do wyrobu cegieł ogniotrwałych, służących do obudowy wnętrza pieców hutniczych, a także do produkcji cementów o charakterze zasadowym.
Siarczan magnezu MgSO4 pod
postacią MgSO4· 7H2O (sól gorzka) stosowany jest w medynie jako środek przeczyszczający.


Izotopy

Magnez naturalny składa się z 3 izotopów trwałych: 24Mg (78,9%), 25Mg (10,00%) i 26Mg (11,01%). Znane są 3 sztuczne izotopy promieniotwórcze: 23Mg (T1/2= 12,3 s), 27Mg (T1/2= 9,45 s), 28Mg (T1/2= 21,2 h).

Związki magnezu

Związki magnezu z wodorem, fluorowcami

Magnez z wodorem tworzy wodorek magnezu MgH2, który jest bezbarwnym ciałem stałym. Jego dokładna struktura nie jest znana, prawdopodobnie jest to związek o charakterze pośrednim między jonowym a kowalencyjnym.
W połączeniu z chlorem tworzy chlorek magnezu MgCl2, który rozpuszcza się bardzo obficie w wodzie. Bezwodny MgCl2 jest silnie higroskopijny. Stężony roztwór zmieszany z tlenkiem magnezu daje twardniejącą po pewnym czasie masę tlenochlorku magnezu (cement Sorela). Na skalę techniczną otrzymuje się go przez przeróbkę karnalitu KCl · MgCl2· 6H2O występującego w złożach potasowych.

Tlenek i wodorotlenek magnezu

Tlenki berylowców MeO otrzymuje się przez rozkład termiczny węglanów, azotanów, szczawianów lub wodorotlenków. Tlenek magnezu MgO otrzymywany w procesie prażenia węglanu magnezu ma postać białego proszku (magnezja palona). Produkt otrzymany w temp. 800-900oC powoli wiąże wodę przechodząc w wodorotlenek.
Wodorotlenek magnezu Mg(OH)2 wytrąca się z roztworów soli magnezowych pod działaniem alkaliów

\(Mg^{2+} + 2OH^- \rightarrow Mg(OH)_2\)

Wodorotlenek magnezu jest słabo rozpuszczalny w wodzie (2 · 10-3 g Mg(OH)2 w 100 g H2O), ale łatwo rozpuszczalny w kwasach.

Siarczki, azotki i węgliki magnezu

Siarczek magnezu MgS można otrzymać w wyniku bezpośredniej syntezy z pierwiastków. Azotek magnezu Mg3N2 powstaje w wyniku ogrzewania magnezu w atmosferze azotu. Jest to bezbarwne ciało stałe, które w zetknięciu z wodą wydziela amoniak:

\(Mg_3N_2 + 3H_2O \rightarrow 3MgO + 2NH_3\)

Magnez tworzy węgliki (Mg2C3 - allilenek , MgC2  - acetylenek) jonowe w wyniku ogrzewania magnezu lub jego tlenku z węglem.

Sole kwasów tlenowych

Węglan magnezu MgCO3 jest związkiem trudno rozpuszczalnym w wodzie, a w obecności dwutlenku węgla przechodzą do roztworu jako wodorowęglany

\(MgCO_3 + H_2O +CO_2 \rightleftarrows Mg(HCO_3)_2\)

Węglan magnezu można wytrącić jedynie z roztworów nasyconych dwutlenkiem węgla. W czasie ogrzewania węglan magnezu ulega rozkładowi z odszczepieniem CO2 oraz utworzeniem tlenku magnezu MgO.

Siarczan magnezu MgSO4 tworzy kilka różnych hydratów. W temp. pokojowej w zetknięciu z roztworem nasyconym trwały jest siedmiohydrat MgSO4· 7H2O, który podczas ogrzewania traci wodę i w temp. ok. 150oC przechodzi w monohydrat MgSO4· H2O.  Monohydrat ulega odwodnieniu do soli bezwodnej dopiero powyżej 200oC.