Wstęp
Odkrycie
Występowanie w przyrodzie
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
\(Mg^{2+} + 2OH^- \rightarrow Mg(OH)_2\)
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:
\(Mg_3N_2 + 3H_2O \rightarrow 3MgO + 2NH_3\)
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
\(MgCO_3 + H_2O +CO_2 \rightleftarrows Mg(HCO_3)_2\)
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.
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.
Magnez Wasze opinie