Keemiline ühend - Magneesium (0)

MAGNEESIUM
Ajalugu
Magneesiumiühendeid tunti ammu enne elemendi avastamist. Magnesia usta nime all tunti magneesiumoksiidi, magnesia alba nime all magneesiumkarbonaati või magneesiumoksiidi ja magneesiumkarbonaadi määramata vahekorras hüdratiseeritud segu. Nende nimetuste järgi on element nime saanud. Arvatavasti on magnesia nime saanud Vana-Kreeka maakonna Tessaalia piirkonna Magneesia järgi: sealt saadi nimetatud aineid. Esimene, kes magneesiumi ühendeid süstemaatiliselt uuris, oli šoti füüsik ja keemik Joseph Black . Aastal 1755 näitas ta teoses "De humore acido a cibis orto et Magnesia alba", et lubjakivi ja magnesia alba, mida tol ajal sageli segi aeti, on erinevad ained. Ta käsitles magnesia alba't uue elemendi karbonaadina. Sellepärast nimetatakse Blacki sageli magneesiumi avastajaks, kuigi ta ei saanud magneesiumi lihtainena. Aastal 1808 sai Humphry Davy magneesiumi, elektrolüüsides niisutatud magneesiumhüdroksiidi Volta samba abil. Ta ei saanud seda küll mitte puhtal kujul, vaid amalgaamina, sest ta töötas elavhõbedast katoodiga. Ta elektrolüüsis õigupoolest elavhõbeoksiidi ja magneesiumoksiidi segu.. Ta näitas, et magneesia on uue metalli oksiid. Selle metalli nimetas ta algselt magniumiks. Aastal 1828 õnnestus prantsuse keemikul Antoine Bussyl saada kuiva magneesiumkloriidi kuumutamisel kaaliumi kui redutseerijaga väikeses koguses magneesiumi. Aastal 1833 sai Michael Faraday esimesena magneesiumi sula magneesiumkloriidi elektrolüüsi teel. Neile katsetele tuginedes töötas saksa keemik Robert Wilhelm Bunsen 1840ndatel ja 1850ndatel välja menetluse magneesiumi saamiseks soola sulatamise teel omaleiutatud Bunseni elemendi abil. Aastal 1852 töötas ta välja elektrolüüsielemendi suuremates kogustes magneesiumi saamiseks sulast veevabast magneesiumkloriidist. Magneesiumi tööstuslik tootmine algas 1857 Prantsusmaal Henri Étienne Sainte -Claire'i ja H. Caroni menetlusel. Deville 'i-Caroni protsessi käigus taandatakse veevaba magneesiumkloriidi ning kaltsiumfluoriidi segu naatriumiga. Inglismaal alustas firma Johnson Matthey 1860. aasta paiku magneesiumi tootmist sarnasel menetlusel. Aga kahjuks need varajased katsed magneesiumi tööstuslikult toota ei tasunud end majanduslikult ära.
Magneesiumi olemus
Magneesium on keemiline element mille järjekorranumber on 12. Ta tähis on Mg ja tema suhteline aatommass on 24,305.
Magneesiumi asukoht perioodilisustabelis on kolmandas perioodis IIA rühmas. Ta on s-element ning asub teise rühma peaalarühmas. Omadustelt on magneesium metall . Mõnikord arvatakse ta leelismuldmetallide hulka. Sellel juhul on ta nende seas berülliumi järel teine element. Metallide elektrokeemilises pingereas on magneesium aga vesinikust eespool.
Magneesiumi isotoobid jagunevad järgmiselt: magneesium-24 78,6%, magneesium-25 10,11% ja magneesium-26 11,29%. Magneesium on litofiilne element, mis kontsentreerub Maa vahevöösse ja maakoorde. Maal ei leidu teda vabalt, vaid ainult ühendite koosseisus oksüdeerituna. Vahevöös on ta hapniku ja räni järel levikult kolmas element ning moodustab umbes 20% Maa vahevöö massist. Maakoores leidub teda 2,0 mooliprotsenti ja ta on seal leviku poolest keemiliste elementide seas 7. kohal. Magneesium kuulub ligikaudu 200 mineraali koostisesse. Need on vees raskesti lahustuvad karbonaatsed , sulfaatsed ja silikaatsed mineraalid. Võrreldavate mõõtmete tõttu saab magneesiumiioon kristallvõres vahetevahel asendada raua-, koobalti-, nikli - ja tsingiiooni. Magneesium on ka mitme kivimit moodustava mineraali põhikoostisosa. Suures kontsentratsioonis on magneesiumi evaporiitides, eriti mineraalides magnesiidis, epsomiidis ja dolomiidis. Magneesiumi sisaldavaid mineraale on väga palju, näiteks: oliviin, granaadid, magnesiit, kiseriit.
Magneesiumi leiukohad
Kõige suuremad ammendamatud magneesiumivarud asuvad meredes ja ookeanides. 1 kuupmeeter merevett sisaldab 1300 g/t magneesiumiioone ja kuni 0.38% magneesiumkloriidi. Mõne soolajärve vees on kuni 30% magneesiumkloriidi. Vihmavees võib olla magneesiumi 1 g/t kuni 50 g/t.
Magneesiumi leidub kõigis organismides. Taimede klorofülli koostises oleva magneesiumi üldhulka hinnatakse 100 miljardile tonnile. Klorofüll sisaldab ligikaudu 2% magneesiumi. Magneesiumi esineb ka mikroelementidena loomses organismis.
Magneesiumi tootmine
Magneesiumi toodetakse mineraalidest, näiteks karnalliidist ja dolomiidist ning eriti mereveest . Rea protsesside, sealhulgas kaltsineeritud dolomiidi ja merevee vahelise reaktsiooni (reduktsiooni) teel saadakse magneesiumkloriid. Metall eraldatakse elektrolüüsi teel sulatatud kloriidist; väikese tiheduse tõttu tõuseb magneesium pinnale, kust ta imetakse välja. Magneesiumi toodetakse veel silikotermilise redutseerimise teel magneesiumoksiidist. Magneesiumi toodetakse ka asbestijäätmetest. Üha enam toodetakse magneesiumi ja selle sulameid jäätmetest. Magneesiumi varud on praktiliselt piiramatud .
Magneesiumi omadused
Magneesiumi tihedus on normaaltingimustel (20°C) 1,738 g/cm 3 . See on väike tihedus, umbes ¼ terase tihedusest. Magneesium sulab temperatuuril 648.8°C ja keeb temperatuuril 1107°C. Magneesium on välimuselt hõbevalget värvi ja läikiv. Magneesium on keemiliselt küllaltki aktiivne. Õhu käes moodustub tavalistel temperatuuridel magneesiumi pinnale õhuke, kuid tihe mati värvusvarjundiga oksiidikiht, mis kaitseb metalli edasise reageerimise eest õhuhapnikuga . Happed , alused ja mõned muud ühendid lahustavad selle oksiidikihi ning panevad metalli reageerima vee või õhuga. Kõrgetel temperatuuridel magneesiumipulber, - laast või -riba süttib ning põleb pimestava valge valgusega magneesiumoksiidiks. Suuremate kompaktsete metallitükkidena ei ole magneesium eriti tuleohtlik. Magneesium on nii tugev redutseerija, et ta reageerib ägedalt kuiva jääga. Magneesium oksüdeerub magneesiumoksiidiks ja kuiv jää redutseerub tahkeks süsinikuks. Magneesium redutseerib ka vääveldioksiidi vabaks väävliks. Tavalisel temperatuuril magneesium vees ei korrodeeru. Reageerimine külma veega on väga aeglane, sest reaktsioonisaadus magneesiumhüdroksiid on halvasti lahustuv. Kuumutamisel reaktsioon kiireneb , sest magneesiumhüdroksiid hakkab paremini lahustuma ja eraldub ka gaasiline divesinik. Magneesium lahustub hapetes väga energiliselt. Erandiks on vesinikfluoriidhape ja fosforhape , milles magneesium lahustub raskesti ning magneesiumi pinnale tekib edasist reageerimist takistav soolakiht. Aluseliste lahustega reageerib vähe, sest pinnale moodustub reaktsioonisaadustest kaitsekiht. Leelistega magneesium praktiliselt ei reageeri. Paljud soolade lahused korrodeerivad ka magneesiumi. Kaitseks korrosiooni eest magneesiumist ja selle sulamitest detaile tavaliselt lakitakse, galvaniseeritakse või oksüdeeritakse kromaadiga. Magneesium reageerib ka paljude teiste elementidega, näiteks lämmastikuga. Teda oksüdeerib ka väävel. Kergesti reageerib magneesium veel halogeenidega.
Magneesiumi ühenditel on rida sarnasusi teiste leelismuldmetallide ning tsingi ühenditega. On ka erinevusi: näiteks lahustuvuse poolest sarnanevad nad rohkem liitiumi ühenditega .Magneesiumi oksüdatsiooniaste on tavaliselt +2, isegi magneesiumhüdriidis. Intermetalliliste ühendite puhul kindlat oksüdatsiooniastet ei ole.
Magneesiumi ühendid on tavaliselt valget värvi või värvitud. Neid on looduses palju, näiteks karbonaadina dolomiidi koostises. Dolomiiti leidub tervete mägedega. Samuti on neid mitmetes asbestides ning soolakaevandustes, kus nad võivad esined näiteks karnalliidi ja kiseriidina. Peale selle sisaldab magneesiumi merevesi, sealhulgas magneesiumkloriidina. Mereveest saadakse raskesti lahustuvat magneesiumhüdroksiidi kaltsiumhüdroksiidi lisamise teel. Magneesiumhüdroksiidi kasutatakse muu hulgas paberitööstuses ja heitgaaside puhastamiseks vääveldioksiidist ja vääveltrioksiidist. Peale selle kasutatakse magneesiumhüdroksiidi mitme soola, näiteks magneesiumsulfaadi ja magneesiumkloriidi sünteesiks. Viimane on veevabas vormis lähteaine vaba magneesiumi tootmisel elektrolüüsi teel. Lahustuvad magneesiumiühendid on kibeda maitsega.
Magneesium meditsiinis
Paljusid magneesiumiühendeid kasutatakse meditsiinis. Kergesti lahustuvat magneesiumsulfaati, nagu ka mõnd teist magneesiumisoola, kasutatakse lahtistina ja lihastesse süstimiseks rahustava vahendina. Magneesiumperkloraat on väga vettimav ja seda kasutatakse kuivatusvahendina aga kokkupuutel orgaaniliste ainetega võib ta põhjustada plahvatust, sest ta sisaldab väga oksüdeerivat kloraatiooni. Magneesiumoksiidi saadakse magneesiumhüdroksiidi või magneesiumkarbonaadi kuumutamisel; viimast leidub mineraal magnesiidis. Magneesiumhüdroksiidkarbonaat saadakse näiteks naatriumkarbonaadi lisamisel magneesiumisoolade lahustele . Kui magneesiumkarbonaati kuumutatakse umbes 800 °C-ni, saadakse peen magneesiumoksiidi pulber, mida meditsiinis kasutatakse happeid neutraliseeriva vahendina. Magneesiumi lisatakse ka lahaste tsemendi koostisesse.
Magneesium taimedes
Magneesium on taimedele makrotoitaine. Ta on keskse aatomina klorofülli koosseisius. Taimses organismis aktiveerib magneesium paljusid keskseid energia- ja ainevahetuse protsesse, sealhulgas fosfaatide ainevahetust. Aitab hoida ribosoomide stabiilsust, aidates sellega kaasa valkude sünteesile. Magneesiumipuudus pärsib fotosünteesi saaduste lehelt juurteni ning sellega pärsib juurte kasvu. Magneesiumipuudus avaldub kõigepealt vanematel lehtedel, mis muutuvad helerohelisteks. Hiljem võivad tekkida kloroosi- ja nekroosiplekid.
Magneesium inimese organismis
Kui inimene kaalub 60 kg siis on tema kehas umbes 25 g magneesiumi, sellest 70% luudes . Peaaegu pool magneesiumist esineb rakusiseselt katioonina, peamiselt lihastes ja ülejäänu on luustikus fosfaatsete komplekssoolade koosseisus. Lihased sisaldavad magneesiumi umbes 20-25 mg 100 g kohta, veri 2-3 mg 100 g kohta. Vereseerumis on magneesiumi kontsentratsioon 0,71-0,94 mmol/l. Magneesiumi ioonid on aktivaatorid reaktsioonides, mis nõuavad ATP-d, näiteks lihaste kokkutõmbumine, naatrium -kaalium- pump ning valkude, rasvade ja nukleiinhapete süntees. Neil on tähtsus muu hulgas närviimpulsside ülekandes. Veel osaleb magneesium soolade koostises luukoe ja hammaste tekkes . Ta on inimesel üle 300 ensüümi aktivaator või kofaktor ja fosfaatide ainevahetuse regulaator .
Toitumisest tingitud magneesiumipuudulikkust inimesel ei tunta, kuid mao ja soolte haigused võivad vähendada magneesiumi imendumist ning neeruhaiguste, alkoholismi ning pikaajalise diureetikumide tarvitamise korral võib esineda magneesiumipuudulikkus, mis avaldub lihasnõrkuse ja krampidena. Arvatakse ka seda, et magneesiumipuudulikkus võib suurendada ateroskleroosi ja rütmihäirete riski. Päevas vajavad mehed umbes 350 mg ja naised umbes 280 mg magneesiumi, lapsed mõnevõrra vähem. Põhiliselt saadakse magneesiumi puu ja köögiviljadest aga ka teraviljasaadustest, piimast ja lihast.
Magneesiumi kasutamine
Magneesiumi võib kasutada sideainena, sest ta reageerib veega. Koos magneesiumkloriidi kontsentreeritud lahusega tekib magneesiatsement, mida koos erinevate täiteainetega võib kasutada muu hulgas vuukide täitmiseks. Kui magneesiumoksiidi kuumutada umbes 1600 °C-ni, võtab ta kompaktse kuju, milles teda saab kasutada elektriahjude voodrina ning tiiglitena kõrge sulamistemperatuuriga metallide ja sulamite sulatamiseks, sest tema sulamistemperatuur on 2800 °C ning ta on ka kõrgetel temperatuuridel keemiliselt väga stabiilne.
Magneesium on väga kerge metall ning temast valmistatud detailid on näiteks terasdetailidest üle kahe korra kergemad. Selle omaduse tõttu võiks ta olla suurepärane materjal mitmesuguste konstruktsioonide tarvis. Ühtlasi on magneesium ka kõige kergem metall, mida konstruktsioonimaterjalina kasutatakse. Puhas magneesium on pehme ja peab nii keemiliselt kui ka mehaaniliselt vähe vastu. Seetõttu tuleb tema kasutamine konstruktsioonimaterjalina kõne alla ainult sulamitena. Tema sulamid on samuti kerged, kuid paremate mehaaniliste omadustega. Alumiiniumi lisamine aitab üldiselt suurendada elastsuspiiri, tsingi lisamine teeb sulami kergemini töödeldavaks, mangaani lisamine suurendab korrosioonikindlust. Magneesiumisulameid kasutatakse raketi-, lennuki- ja autotööstuses ning mujal. Kõige tähtsam magneesiumisulam on elektron , mida tugevuse ja väikese tiheduse tõttu kasutatakse rakettide ja lennukite ehitamisel. Pulbrilist magneesiumi kasutatakse valgustus- ja signaalrakettides ning süütepommides, mürskudes. Enne välklambi kasutuselevõttu pildistati magneesiumisähvatuse valgusel. Magneesiumi on kasutatud ka välklampides. Magneesiumanoodide kasutamine kuumaveeboilerites vähendab korrosiooni ja katlakivi sadestumist boileri seintele. Magneesiumi kasutatakse laevade, naftaplatvormide, nafta - ja gaasijuhtmete teraskonstruktsioonide katoodiliseks kaitsmiseks. Magneesiumiühendeid kasutatakse terase, tsemendi, väetiste, tulekindlate materjalide jm muude keraamiliste materjalide, klaasi, ravimite, värvide ja muude asjade valmistamiseks.
4