Hořčík | |||||||||||||||||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
← Sodík | Hliník → | |||||||||||||||||||||
| |||||||||||||||||||||
Vzhled jednoduché látky | |||||||||||||||||||||
krystaly hořčíku | |||||||||||||||||||||
Vlastnosti atomu | |||||||||||||||||||||
Jméno, symbol, číslo | Hořčík / Hořčík (Mg), 12 | ||||||||||||||||||||
Skupina , období , blok |
2 (zastaralé 2), 3, s-prvek |
||||||||||||||||||||
atomová hmotnost ( molární hmotnost ) |
[24,304; 24.307] [comm 1] [1] a. e. m. ( g / mol ) | ||||||||||||||||||||
Elektronická konfigurace |
[Ne] 3s 2 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 |
||||||||||||||||||||
Poloměr atomu | 160 hodin | ||||||||||||||||||||
Chemické vlastnosti | |||||||||||||||||||||
kovalentní poloměr | 136 hodin | ||||||||||||||||||||
Poloměr iontů | 66 (+2e) odpoledne | ||||||||||||||||||||
Elektronegativita | 1,31 (Paulingova stupnice) | ||||||||||||||||||||
Elektrodový potenciál | -2,37 V | ||||||||||||||||||||
Oxidační stavy | 0, +2 | ||||||||||||||||||||
Ionizační energie (první elektron) |
737,3 (7,64) kJ / mol ( eV ) | ||||||||||||||||||||
Termodynamické vlastnosti jednoduché látky | |||||||||||||||||||||
Hustota (v n.a. ) | 1,738 [2] g/cm³ | ||||||||||||||||||||
Teplota tání | 650 °C (923 K) [2] | ||||||||||||||||||||
Teplota varu | 1090 °C (1363 K) [2] | ||||||||||||||||||||
Oud. teplo tání | 9,20 kJ/mol | ||||||||||||||||||||
Oud. výparné teplo | 131,8 kJ/mol | ||||||||||||||||||||
Molární tepelná kapacita | 24,90 [3] J/(K mol) | ||||||||||||||||||||
Molární objem | 14,0 cm³ / mol | ||||||||||||||||||||
Krystalová mřížka jednoduché látky | |||||||||||||||||||||
Příhradová konstrukce | Šestihranný | ||||||||||||||||||||
Parametry mřížky | a = 0,32029 nm, c = 0,52 000 nm | ||||||||||||||||||||
poměr c / a | 1,624 | ||||||||||||||||||||
Debyeho teplota | 318 tisíc _ | ||||||||||||||||||||
Další vlastnosti | |||||||||||||||||||||
Tepelná vodivost | (300 K) 156 W/(m K) | ||||||||||||||||||||
Číslo CAS | 7439-95-4 | ||||||||||||||||||||
Emisní spektrum | |||||||||||||||||||||
nejdéle žijící izotopy | |||||||||||||||||||||
|
12 | Hořčík |
mg24,305 | |
3s 2 |
Hořčík ( chemická značka - Mg , z lat. Magnesium ) je chemický prvek 2. skupiny (podle zastaralé klasifikace - hlavní podskupina druhé skupiny, IIA), třetí období periodického systému chemických prvků D. I. Mendělejev s atomovým číslem 12.
Jednoduchá látka hořčík je lehký, kujný, stříbrnobílý kov alkalických zemin .
V roce 1695 byla z minerální vody Epsom Spring v Anglii izolována sůl , která měla hořkou chuť a projímavé účinky. Lékárníci ji nazývali „hořká sůl“, stejně jako „anglická“ nebo „ Epsomská sůl “. Minerál epsomit je hydratovaný síran hořečnatý a má chemický vzorec MgSO 4 · 7H 2 O. Latinský název prvku pochází z názvu starověkého města Magnesia v Malé Asii , v jehož okolí se nacházejí ložiska tzv. minerální magnezit .
V roce 1792 Anton von Ruprecht izoloval z bílé magnézie redukcí uhlím neznámý kov, který nazval rakousko . Později bylo zjištěno, že „ Austrium “ je hořčík extrémně nízké čistoty, protože výchozí materiál byl silně kontaminován železem [4] .
V roce 1809 anglický chemik Humphrey Davy pomocí elektrolýzy navlhčené směsi hořčíku a oxidu rtuťnatého získal amalgám neznámého kovu, kterému dal jméno „magnesium“, které se v mnoha zemích zachovalo dodnes. V Rusku se od roku 1831 ujal název „hořčík“. V roce 1829 získal francouzský chemik A. Bussy hořčík redukcí jeho roztaveného chloridu kovovým draslíkem . V roce 1830 získal M. Faraday hořčík elektrolýzou roztaveného chloridu hořečnatého .
Přírodní hořčík se skládá ze směsi 3 stabilních izotopů 24 Mg, 25 Mg a 26 Mg s molární koncentrací ve směsi 78,6 %, 10,1 % a 11,3 %.
Všech ostatních 19 izotopů je nestabilních, nejdelší je 28 Mg s poločasem rozpadu 20,915 hodin.
Hořčíkový klar - 1,98 % (19,5 kg / t). Jedná se o jeden z nejběžnějších prvků zemské kůry . Velké množství hořčíku se nachází v mořské vodě ve formě solného roztoku. Hlavní minerály s vysokým hmotnostním obsahem hořčíku:
Hořčíkové soli se nacházejí ve velkém množství v solných ložiskách samoobslužných jezer . Ložiska karnalitu sedimentárního původu se nacházejí v mnoha zemích.
Magnezit vzniká převážně v hydrotermálních podmínkách a souvisí se středně teplotními hydrotermálními ložisky . Dolomit je také důležitou hořčíkovou surovinou. Ložiska dolomitů jsou rozšířená, jejich zásoby jsou obrovské. Jsou geneticky příbuzné s karbonátovými sedimentárními vrstvami a většina z nich je geologického stáří prekambria nebo permu . Ložiska dolomitů vznikají sedimentací, ale mohou se objevit i při vystavení vápence hydrotermálním roztokům , podzemní nebo povrchové vodě.
Extrémně vzácným minerálem je nativní hořčík, který vzniká při snižování proudění plynu a byl poprvé objeven v roce 1991 v pobřežních ložiscích Chona (Východní Sibiř) [5] [6] , a poté v lávách v Jižním Gissaru (Tádžikistán) [7] .
V roce 1995 byla většina světové produkce hořčíku soustředěna ve Spojených státech (43 %), zemích SNS (26 %) a Norsku (17 %), zatímco podíl Číny na trhu se zvyšuje [8] [9] .
Obvyklou průmyslovou metodou pro získávání kovového hořčíku je elektrolýza směsi bezvodých chloridů hořečnatých MgCl 2 ( bischofite ), NaCl sodíku a KCl draselného . Chlorid hořečnatý podléhá elektrochemické redukci v tavenině:
Roztavený kov se periodicky odebírá z elektrolytické lázně a přidávají se do ní nové podíly surovin obsahujících hořčík. Protože takto získaný hořčík obsahuje relativně velké množství (asi 0,1 %) nečistot, je v případě potřeby "surový" hořčík podroben dodatečnému čištění. K tomuto účelu se používá elektrolytická rafinace , vakuové přetavování s použitím speciálních aditiv - tavidel , které zbavují hořčíku nečistoty, nebo destilace ( sublimace ) kovu ve vakuu. Čistota rafinovaného hořčíku dosahuje 99,999 % a vyšší.
Byla vyvinuta i další metoda získávání hořčíku – termální. V tomto případě se k redukci oxidu hořečnatého při vysoké teplotě používá křemík nebo koks :
Použití křemíku umožňuje získat hořčík ze surovin, jako je dolomit CaCO 3 · MgCO 3 bez předběžné separace hořčíku a vápníku. Reakce probíhají za účasti dolomitu, první dolomit je vypálen:
Poté silné zahřátí křemíkem:
Výhodou tepelného procesu je, že umožňuje získat hořčík vyšší čistoty. K získávání hořčíku se používají nejen minerální suroviny , ale také mořská voda.
Hořčík je stříbrno-bílý kov s šestihrannou mřížkou , má kovový lesk; prostorová grupa P 6 3 / mmc , mřížkové parametry a = 0,32029 nm, c = 0,52000 nm, Z = 2. Za normálních podmínek je povrch hořčíku pokryt dosti silným ochranným filmem oxidu hořečnatého MgO, který se při zahřívání v vzduchu na 560 °C [1] , načež kov hoří oslnivě bílým plamenem za vzniku oxidu hořečnatého a nitridu Mg 3 N 2 . Rychlost vznícení hořčíku je mnohem vyšší než rychlost vytahování rukou, proto při zapálení hořčíku člověk nestihne ruku stáhnout a popálí se. . Na hořící hořčík je vhodné se dívat pouze přes tmavé brýle nebo sklo, jinak hrozí lehké popálení sítnice a na chvíli oslepnutí.
Hustota hořčíku při 20 °C je 1,738 g/cm³, bod tání 650 °C, bod varu 1090 °C [2] , tepelná vodivost při 20 °C je 156 W/(m K).
Hořčík vysoké čistoty je tažný, dobře lisovaný, válcovaný a obrobitelný.
Při teplotě T c \u003d 0,0005 K přechází hořčík (Mg) do supravodivého stavu .
Hořčík při zahřívání na vzduchu hoří za vzniku oxidu a malého množství nitridu. V tomto případě se uvolňuje velké množství tepla a světla:
kJHořčík dobře hoří i v oxidu uhličitém:
Horký hořčík prudce reaguje s vodou, v důsledku čehož nelze hořící hořčík uhasit vodou:
Je také možné reagovat:
Alkálie na hořčík nepůsobí, rozpouští se v kyselinách s rychlým uvolňováním vodíku:
Směs hořčíkového prášku explozivně reaguje se silnými oxidačními činidly, jako je suchý manganistan draselný .
Je třeba také zmínit Grignardova činidla , tj. alkyl nebo arylmagnesiumhalogenidy:
Kde Hal = I, Br, zřídka Cl.
Kovový hořčík je silné redukční činidlo používané v průmyslu k redukci titanu na kov z chloridu titaničitého a kovového uranu z jeho tetrafluoridu .
Používá se k získávání lehkých a ultralehkých slévárenských slitin (konstrukce letadel, výroba automobilů), dále v pyrotechnice a vojenských záležitostech pro výrobu osvětlovacích a zápalných raket. Od druhé poloviny 20. století se hořčík ve své čisté formě a jako součást slitiny křemíku se železem - ferosilikonový hořčík začal široce používat ve slévárnách železa díky objevu jeho schopnosti ovlivňovat tvar grafitu v odlitku. železa, což umožnilo vytvořit nové unikátní konstrukční materiály pro strojírenství - vysokopevnostní litinu (litinu s kuličkovým grafitem - ChShG a litinu s vermikulární formou grafitu - ChVG), spojující vlastnosti litiny a oceli.
Slitiny na bázi hořčíku jsou díky své lehkosti a pevnosti důležitým konstrukčním materiálem v leteckém, leteckém a automobilovém průmyslu. Klikové skříně motorů motorové pily Družba a vozu Záporožec , stejně jako řady dalších strojů, byly vyrobeny z hořčíkové slitiny. Nyní se z této slitiny vyrábějí alu kola.
Hořčík ve formě čistého kovu, stejně jako jeho chemické sloučeniny (bromid, chloristan) se používají k výrobě energeticky náročných záložních elektrických baterií (například hořčík-chloristan , sírovo-hořčíkový , chlorid olovnatý- hořčíkový článek , chlorid stříbrný-hořčíkový článek , chlorid měď-hořčíkový článek , hořčík-vanadový prvek atd.) a suché prvky ( mangan-hořčíkový prvek , vizmut-hořčíkový prvek , magnesium-m-DNB prvek atd.). Chemické zdroje proudu na bázi hořčíku se vyznačují velmi vysokými hodnotami specifických energetických charakteristik a vysokým EMF .
Hydrid hořečnatý je jedním z nejobjemnějších vodíkových akumulátorů používaných pro jeho kompaktní skladování a výrobu.
Oxid hořečnatý MgO se používá jako žáruvzdorný materiál pro výrobu kelímků a speciálních vyzdívek v metalurgických pecích.
Chloristan hořečnatý, Mg (ClO 4 ) 2 - (anhydron) se používá pro hluboké sušení plynů v laboratořích a jako elektrolyt pro chemické zdroje proudu využívající hořčík.
Fluorid hořečnatý MgF 2 - ve formě syntetických monokrystalů se používá v optice (čočky, hranoly).
Bromid hořečnatý MgBr 2 - jako elektrolyt pro chemické záložní zdroje proudu.
Vlastnost hořčíku hořet oslepujícím bílým plamenem je široce využívána ve vojenské technice pro výrobu osvětlovacích a signálních raket, sledovacích střel a projektilů a zápalných bomb. Ve směsi s vhodnými oxidačními činidly je také hlavní složkou náboje v munici flashbang .
Hořčík je životně důležitý prvek, který se nachází ve všech tkáních těla a je nezbytný pro normální fungování buněk. Podílí se na většině metabolických reakcí , na regulaci přenosu nervových vzruchů a na svalové kontrakci, působí protikřečově a protidestičkově. Oxid hořečnatý a soli se tradičně používají v lékařství v kardiologii , neurologii a gastroenterologii ( asparcam , síran hořečnatý , citrát hořečnatý ). Využití hořečnatých solí v kardiologii s normální hladinou hořečnatých iontů v krvi je přitom nedostatečně podloženo [10] .
Hořčíkový prášek s oxidačními přísadami ( dusičnan barnatý , manganistan draselný , chlornan sodný , chlorečnan draselný atd.) se používal (a nyní se používá ojediněle) při fotografování v chemických svítilnách (hořčíková svítilna).
Hořčíkovo-sírové baterie jsou jedny z nejslibnějších, teoreticky překonávají kapacitu lithium-iontových baterií, ale zatím je tato technologie kvůli nepřekonatelnosti některých technických překážek ve stadiu laboratorního výzkumu [11] .
Výroba v Rusku je soustředěna do dvou podniků: města Solikamsk (SMZ) a města Berezniki (AVISMA). Celková produktivita je přibližně 35 tisíc tun ročně [12] .
Hodnost | Země | Produkce (tisíc tun) |
---|---|---|
— | Celý svět | 6,970 |
jeden | Čína | 4 900 |
2 | Rusko | 400 |
3 | krocan | 300 |
čtyři | Španělsko | 280 |
5 | Rakousko | 200 |
6 | Slovensko | 200 |
7 | Brazílie | 150 |
osm | Austrálie | 130 |
9 | Řecko | 115 |
deset | Severní Korea | 80 |
jedenáct | Indie | 60 |
— | Ostatní země | 150 |
Ceny hořčíku byly v roce 2006 v průměru 3 $ /kg. V roce 2012 byly ceny hořčíku asi 2,8–2,9 $/kg.
Sloučeniny hořčíku jsou málo toxické (s výjimkou solí takových toxických kyselin jako je kyanovodíková , hydrodusičná , fluorovodíková , chromová ).
Hořčík je jedním z důležitých biogenních prvků vyskytujících se ve významném množství v tkáních živočichů a rostlin ( chlorofyly ). Jeho biologická role je pravděpodobně způsobena náhradou železnatého železa po jeho globální oxidaci na železité železo v procesu fotosyntézy [13] .
Hořčík je kofaktorem mnoha enzymatických reakcí. Hořčík je nezbytný pro přeměnu kreatinfosfátu na ATP , nukleotid , který je univerzálním dodavatelem energie v živých buňkách těla. Hořčík je nezbytný ve všech fázích syntézy bílkovin. Podílí se na udržování normální funkce nervové soustavy a srdečního svalu, působí vazodilatačně, stimuluje sekreci žluči, zvyšuje motilitu střev, čímž napomáhá vylučování cholesterolu z těla [14] .
Absorpci hořčíku brání přítomnost fytinu a nadbytku tuku a vápníku ve stravě [14] . Nedostatek hořčíku v těle se může projevovat různými způsoby: nespavost , chronická únava , osteoporóza , artritida , fibromyalgie , migréna , svalové křeče a křeče , srdeční arytmie , zácpa , premenstruační syndrom (PMS) . Při pocení, častém užívání laxativ a diuretik, alkoholu, vysoké psychické a fyzické zátěži (především při stresu a u sportovců) se potřeba hořčíku zvyšuje.
Nejvíce hořčíku se nachází v pšeničných otrubách, dýňových semínkách, kakaovém prášku. Mezi potraviny bohaté na hořčík patří také sezam , otruby , ořechy . Množství fytinu v těchto produktech však ztěžuje trávení, takže jako spolehlivý zdroj hořčíku může sloužit pouze zelená zelenina. V chlebu, mléčných výrobcích, mase a dalších každodenních potravinách moderního člověka je hořčíku velmi málo. Denní příjem hořčíku je asi 300 mg pro ženy a 400 mg pro muže (předpokládá se, že se vstřebá asi 30 % hořčíku).
Při užívání vitamín-minerálních komplexů obsahujících hořčík je třeba mít na paměti, že při nadměrné konzumaci je možné předávkování doprovázené poklesem krevního tlaku, nevolností, zvracením, útlumem centrálního nervového systému, sníženými reflexy, změnami elektrokardiogram, respirační deprese, kóma, srdeční zástava, respirační paralýza, anurický syndrom [15] .
Opatrní je také při užívání hořčíku u lidí se selháním ledvin .
Podlaha | Stáří | Denní příjem hořčíku, mg/den | Horní limit, mg/den |
---|---|---|---|
miminka | 0 až 6 měsíců | třicet | Neurčeno |
miminka | 7 až 12 měsíců | 75 | Neurčeno |
Děti | 1 až 3 roky | 80 | 145 |
Děti | 4 až 8 let | 130 | 240 |
Děti | 9 až 13 let | 240 | 590 |
dívky | 14 až 18 let | 360 | 710 |
Mládež | 14 až 18 let | 410 | 760 |
Muži | od 19 do 30 let | 400 | 750 |
Muži | 31 let a více | 420 | 770 |
Ženy | od 19 do 30 let | 310 | 660 |
Ženy | 31 let a více | 320 | 670 |
Těhotná žena | 14 až 18 let | 400 | 750 |
Těhotná žena | od 19 do 30 let | 350 | 700 |
Těhotná žena | 31 let a více | 360 | 710 |
kojící ženy | 14 až 18 let | 360 | 710 |
kojící ženy | od 19 do 30 let | 310 | 660 |
kojící ženy | 31 let a více | 320 | 670 |
Slovníky a encyklopedie |
| |||
---|---|---|---|---|
|
Periodický systém chemických prvků D. I. Mendělejeva | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
|
Řady elektrochemické aktivity kovů | |
---|---|
Eu , Sm , Li , Cs , Rb , K , Ra , Ba , Sr , Ca , Na , Ac , La , Ce , Pr , Nd , Pm , Gd , Tb , Mg , Y , Dy , Am , Ho , Er , Tm , Lu , Sc , Pu , |