Hořčík

Hořčík
←  Sodík | Hliník  →
12 Být

Mg

Ca
Periodická soustava prvků12 mg
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
Izotop Prevalence
_
Poločas rozpadu Rozpadový kanál Produkt rozpadu
24 mg 79,0 % stabilní - -
25 mg 10,0 % stabilní - -
26 mg 11,0 % stabilní - -
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 .

Historie objevů

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 .

Izotopy

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.

Být v přírodě

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] .

Přírodní zdroje hořčíku

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] .

Získání

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.

Fyzikální vlastnosti

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.

Fázový přechod do supravodivého stavu

Při teplotě T c \u003d 0,0005 K přechází hořčík (Mg) do supravodivého stavu .

Chemické vlastnosti

Hořčík při zahřívání na vzduchu hoří za vzniku oxidu a malého množství nitridu. V tomto případě se uvolňuje velké množství tepla a světla:

kJ

Hořčík 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 .

Aplikace

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

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.

Chemické zdroje proudu

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 .

Připojení

Hydrid hořečnatý  je jedním z nejobjemnějších vodíkových akumulátorů používaných pro jeho kompaktní skladování a výrobu.

Žáruvzdorné materiály

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.

Válčení

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 .

Medicína

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] .

Fotografie

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).

Akumulátory

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

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

Ceny hořčíku byly v roce 2006 v průměru 3 $ /kg. V roce 2012 byly ceny hořčíku asi 2,8–2,9 $/kg.

Biologická role a toxikologie

Toxikologie

Sloučeniny hořčíku jsou málo toxické (s výjimkou solí takových toxických kyselin jako je kyanovodíková , hydrodusičná , fluorovodíková , chromová ).

Biologická role

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 .

Tabulka norem spotřeby hořčíku

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

Komentáře

  1. Rozsah hodnot atomové hmotnosti je indikován kvůli heterogenitě distribuce izotopů v přírodě.

Zdroje

  1. Michael E. Wieser, Norman Holden, Tyler B. Coplen, John K. Böhlke, Michael Berglund, Willi A. Brand, Paul De Bièvre, Manfred Gröning, Robert D. Loss, Juris Meija, Takafumi Hirata, Thomas Prohaska, Ronny Schoenberg , Glenda O'Connor, Thomas Walczyk, Shige Yoneda, Xiang-Kun Zhu. Atomové hmotnosti prvků 2011 (IUPAC Technical Report  )  // Pure and Applied Chemistry . - 2013. - Sv. 85 , č. 5 . - S. 1047-1078 . - doi : 10.1351/PAC-REP-13-03-02 .
  2. 1 2 3 4 Hořčík : fyzikální vlastnosti  . WebElements. Získáno 15. srpna 2013. Archivováno z originálu 10. dubna 2010.
  3. Chemická encyklopedie: v 5 tunách / redakční rada: Knunyants I. L. (šéfredaktor). - Moskva: Sovětská encyklopedie, 1990. - T. 2. - S. 621. - 671 s. — 100 000 výtisků.
  4. Tři alkalické kovy pro objev prvků  (nedostupný odkaz)
  5. Novgorodova M.I. Byl objeven původní hořčík? // Příroda. - 1991. - č. 1 . - S. 32-33 .
  6. Novgorodova M.I. Nativní hořčík a problém jeho geneze // Geochemie. - 1996. - č. 1 . - S. 41-50 .
  7. Novgorodova M. I. Hořčík - nativní, jako zlato ...  // Chemie a život - XXI století. - 2000. - č. 7 . - S. 18-19 .
  8. Elena Savinkina. Hořčík . Encyklopedie kolem světa . Získáno 8. září 2012. Archivováno z originálu 14. října 2012.
  9. Časopis "Ekonomika a management obcí" - Verze pro tisk . vestnik.uapa.ru. Získáno 24. července 2019. Archivováno z originálu dne 25. června 2019.
  10. Starostin I.V. Místo hořečnatých solí v léčbě kardiovaskulárních onemocnění.  (ruština)  // Kardiologie. - 2012. - T. 52 , č. 8 . - S. 83-88 .
  11. Chemici našli klíč k novému typu baterie http://www.membrana.ru/particle/16564 Archivováno 7. října 2013 na Wayback Machine
  12. Lysenko A.P. (nepřístupný odkaz) . Získáno 12. září 2018. Archivováno z originálu 12. září 2018. 
  13. C. Denise Okafor, Kathryn A. Lanier, Anton S. Petrov, Shreyas S. Athavale, Jessica C. Bowman. Železo zprostředkovává katalýzu enzymů zpracovávajících nukleové kyseliny: podpora Fe(II) jako kofaktoru před velkou oxidací  // Nucleic Acids Research. - 20. 04. 2017. - T. 45 , č. 7 . — S. 3634–3642 . — ISSN 1362-4962 . - doi : 10.1093/nar/gkx171 .
  14. 1 2 Nechaev A.P., Traubenberg S.E., Kochetkova A.A. et al. Chemie potravin: [učebnice]. pro univerzity]; vyd. A. P. Nechaeva. - Ed. 4., rev. a doplňkové - Petrohrad.  : GIORD, 2007. - 635 s. - 1000 výtisků. — ISBN 5-98879-011-9 .
  15. Magne B6 . https://www.rlsnet.ru/ (09/02/2019). - informace o léku "Magne B6". Získáno 4. října 2019. Archivováno z originálu dne 30. března 2019.

Literatura

Odkazy