MAGIÊ: LỊCH SỬ, CẤU TRÚC, TÍNH CHẤT, PHẢN ỨNG, CÁCH SỬ DỤNG - HÓA HỌC - 2025

Các magiê là kiềm kim loại đất thuộc nhóm 2 của bảng tuần hoàn. Số nguyên tử của nó là 12 và nó được biểu thị bằng ký hiệu hóa học là Mg. Nó là nguyên tố phong phú thứ tám trong vỏ trái đất, chiếm khoảng 2,5% trong số đó.

Kim loại này, giống như các đồng loại của nó và các kim loại kiềm, không được tìm thấy trong tự nhiên ở trạng thái nguyên bản của nó, nhưng kết hợp với các nguyên tố khác để tạo thành nhiều hợp chất có trong đá, nước biển và nước muối.

Các đồ vật hàng ngày được làm bằng magiê. Nguồn: Firetwister từ Wikipedia.

Magie là một phần của các khoáng chất như dolomit (canxi và magie cacbonat), magnesit (magie cacbonat), carnalit (magie và kali clorua hexahydrat), brucit (magie hydroxit) và trong silicat như talc và olivin.

Nguồn tự nhiên phong phú nhất cho phần mở rộng của nó là biển, với độ phong phú là 0,13%, mặc dù Hồ Muối Lớn (1,1%) và Biển Chết (3,4%) có nồng độ magiê cao hơn. Có những loại nước muối với hàm lượng cao, được cô đặc bằng cách bay hơi.

Tên magiê có lẽ bắt nguồn từ magnesit, được tìm thấy ở Magnesia, vùng Thessaly, vùng Hy Lạp cổ đại. Mặc dù, người ta đã chỉ ra rằng magnetit và mangan được tìm thấy ở cùng một vùng.

Magie phản ứng mạnh với oxi ở nhiệt độ trên 645 ° C. Trong khi đó, bột magiê cháy trong không khí khô, phát ra ánh sáng trắng dữ dội. Vì lý do này, nó đã được sử dụng như một nguồn sáng trong nhiếp ảnh. Hiện tại, tính chất này vẫn được sử dụng trong pháo hoa.

Nó là một yếu tố cần thiết cho chúng sinh. Nó được biết đến là một đồng yếu tố cho hơn 300 enzym, bao gồm một số enzym đường phân. Đây là một quá trình quan trọng đối với chúng sinh do mối quan hệ của nó với việc sản xuất ATP, nguồn năng lượng chính của tế bào.

Tương tự, nó là một phần của phức hợp tương tự như nhóm heme của hemoglobin, có trong chất diệp lục. Đây là một sắc tố tham gia vào quá trình quang hợp.

Lịch sử

Sự công nhận

Joseph Black, một nhà hóa học người Scotland, vào năm 1755 đã công nhận nó là một nguyên tố, bằng thực nghiệm cho thấy nó khác với canxi, một kim loại mà họ nhầm lẫn với nó.

Về vấn đề này, Black viết: "Qua thực nghiệm, chúng tôi đã thấy rằng magnesia alba (magie cacbonat) là một hợp chất của một trái đất đặc biệt và không khí cố định."

Sự cách ly

Năm 1808, Sir Humprey Davy đã thành công trong việc cô lập nó bằng cách sử dụng điện phân để tạo ra hỗn hợp magiê và thủy ngân. Nó đã làm điều này bằng cách điện phân muối sunfat ướt của nó với việc sử dụng thủy ngân làm cực âm. Sau đó, nó làm bay hơi thủy ngân khỏi malgam bằng cách đun nóng, để lại cặn magiê.

A. Bussy, một nhà khoa học người Pháp, đã sản xuất ra magie kim loại đầu tiên vào năm 1833. Để làm điều này, Bussy đã tạo ra quá trình khử magie clorua nóng chảy bằng kali kim loại.

Năm 1833, nhà khoa học người Anh Michael Faraday lần đầu tiên sử dụng phương pháp điện phân magie clorua để phân lập kim loại này.

Sản xuất

Năm 1886, công ty Aluminium und Magnesiumfabrik Hemelingen của Đức đã sử dụng phương pháp điện phân carnalit nóng chảy (MgCl ₂ · KCl · 6H ₂ O) để sản xuất magie.

Hemelingen, hợp tác với Tổ hợp Công nghiệp Farbe (IG Farben), đã thành công trong việc phát triển kỹ thuật sản xuất số lượng lớn magie clorua nóng chảy để điện phân sản xuất magie và clo.

Trong Thế chiến thứ hai, Công ty Hóa chất Dow (Mỹ) và Công ty Magnesium Elektron LTD (Anh) bắt đầu quá trình khử điện phân nước biển; được bơm từ Vịnh Galveston, Texas và ở Biển Bắc đến Hartlepool, Anh, để sản xuất magiê.

Đồng thời, Ontario (Canada) tạo ra kỹ thuật sản xuất nó dựa trên quy trình LM Pidgeon. Kỹ thuật này bao gồm sự khử nhiệt của oxit magiê với silicat trong phản ứng nung từ bên ngoài.

Cấu trúc và cấu hình electron của magie

Magiê kết tinh trong một cấu trúc lục giác nhỏ gọn, nơi mỗi nguyên tử của nó được bao quanh bởi mười hai người lân cận. Điều này làm cho nó trở nên đặc hơn các kim loại khác, chẳng hạn như lithium hoặc natri.

Cấu hình điện tử của nó là 3s ² , với hai điện tử hóa trị và mười của lớp vỏ bên trong. Bằng cách có thêm một electron so với natri, liên kết kim loại của nó trở nên mạnh hơn.

Điều này là do nguyên tử nhỏ hơn và hạt nhân của nó có thêm một proton; do đó chúng tạo ra hiệu ứng hút lớn hơn đối với các điện tử của các nguyên tử lân cận, làm thu hẹp khoảng cách giữa chúng. Ngoài ra, vì có hai electron, nên dải 3s đầy và nó có thể cảm nhận được lực hút của các hạt nhân nhiều hơn.

Sau đó, các nguyên tử Mg kết thúc tạo ra một tinh thể lục giác dày đặc với một liên kết kim loại mạnh. Điều này giải thích nhiệt độ nóng chảy của nó cao hơn nhiều (650 ºC) so với natri (98 ºC).

Tất cả các obitan 3s của tất cả các nguyên tử và 12 vùng lân cận của chúng trùng nhau theo mọi hướng trong tinh thể, và hai electron rời đi khi hai electron khác đến; như vậy, nếu không có các cation Mg ²⁺ không thể bắt nguồn .

Số oxi hóa

Magiê có thể mất hai điện tử khi nó tạo thành hợp chất và vẫn ở dạng cation Mg ²⁺ , là chất đẳng điện tử đối với khí neon cao. Khi xem xét sự có mặt của nó trong bất kỳ hợp chất nào, số oxi hóa của magie là +2.

Mặt khác, và mặc dù ít phổ biến hơn, nhưng cation Mg ⁺ có thể được hình thành , chỉ mất một trong hai điện tử của nó và là đẳng điện tử so với natri. Khi sự hiện diện của nó được giả định trong một hợp chất, thì magiê được cho là có số oxi hóa +1.

Tính chất

Ngoại hình

Chất rắn màu trắng sáng ở trạng thái tinh khiết, trước khi bị oxy hóa hoặc phản ứng với không khí ẩm.

Khối lượng nguyên tử

24,304 g / mol.

Độ nóng chảy

650 ° C.

Điểm sôi

1,091 ° C.

Tỉ trọng

1,738 g / cm ³ ở nhiệt độ phòng. Y 1,584 g / cm ³ ở nhiệt độ nóng chảy; có nghĩa là, pha lỏng ít đặc hơn pha rắn, như trường hợp của đại đa số các hợp chất hoặc chất.

Nhiệt của nhiệt hạch

848 kJ / mol.

Nhiệt hóa hơi

128 kJ / mol.

Công suất nhiệt lượng mol

24,869 J / (mol · K).

Áp suất hơi

Ở 701 K: 1 Pa; nghĩa là, áp suất hơi của nó rất thấp.

Độ âm điện

1,31 trên thang điểm Pauling.

Năng lượng ion hóa

Mức độ ion hóa đầu tiên: 1.737,2 kJ / mol (Mg ⁺ khí)

Mức độ ion hóa thứ hai: 1.450,7 kJ / mol ( khí Mg ²⁺ , và cần ít năng lượng hơn)

Mức độ ion hóa thứ ba: 7.732,7 kJ / mol (Mg ³⁺ khí, và cần nhiều năng lượng).

Đài nguyên tử

160 giờ chiều.

Bán kính cộng hóa trị

141 ± 17 giờ chiều

Khối lượng nguyên tử

13,97 cm ³ / mol.

Sự giãn nở nhiệt

24,8 µm / m · K ở 25 ° C.

Dẫn nhiệt

156 W / m K.

Điện trở suất

43,9 nΩ · m ở 20 ° C.

Độ dẫn điện

22,4 × 10 ⁶ S cm ³ .

Độ cứng

2,5 trên thang Mohs.

Danh pháp

Magie kim loại không có tên gọi khác. Các hợp chất của nó, vì phần lớn được coi là chúng có số oxi hóa +2, được đề cập bằng cách sử dụng danh pháp cổ phiếu mà không cần phải biểu thị số nói trong ngoặc đơn.

Ví dụ, MgO là magie oxit chứ không phải magie (II) oxit. Theo danh pháp hệ thống, hợp chất trước đây là: magiê monoxit và không phải monomagnesium monoxide.

Về phía danh pháp truyền thống, điều tương tự cũng xảy ra với danh pháp cổ phiếu: tên của các hợp chất kết thúc theo cùng một cách; nghĩa là với hậu tố –ico. Do đó, MgO là oxit magiê, theo danh pháp này.

Mặt khác, các hợp chất khác có thể có hoặc không có tên thông thường hoặc tên khoáng chất, hoặc bao gồm các phân tử hữu cơ (hợp chất magiê hữu cơ), mà danh pháp của chúng phụ thuộc vào cấu trúc phân tử và nhóm thế alkyl (R) hoặc aryl (Ar).

Về các hợp chất organomagnesium, hầu hết chúng đều là thuốc thử Grignard với công thức chung là RMgX. Ví dụ, BrMgCH ₃ là metyl magie bromua. Lưu ý rằng danh pháp này có vẻ không quá phức tạp trong lần tiếp xúc đầu tiên.

Hình dạng

Hợp kim

Magiê được sử dụng trong hợp kim vì nó là kim loại nhẹ, được sử dụng chủ yếu trong hợp kim với nhôm, giúp cải thiện các đặc tính cơ học của kim loại này. Nó cũng đã được sử dụng trong hợp kim với sắt.

Tuy nhiên, việc sử dụng nó trong hợp kim đã giảm do xu hướng bị ăn mòn ở nhiệt độ cao.

Khoáng chất và hợp chất

Do tính phản ứng của nó, nó không được tìm thấy trong vỏ trái đất ở dạng nguyên tố hoặc nguyên tố. Đúng hơn, nó là một phần của nhiều hợp chất hóa học, lần lượt nằm trong khoảng 60 khoáng chất đã biết.

Trong số các khoáng chất phổ biến nhất của magiê là:

-Dolomit, một cacbonat canxi và magiê, MgCO ₃ CaCO ₃

-Magnesit, magie cacbonat, CaCO ₃

-Brucit, một magie hydroxit, Mg (OH) ₂

-carnalit, magie kali clorua, MgCl ₂ · KCl · H ₂ O.

Ngoài ra, nó có thể ở dạng các khoáng chất khác như:

-Kieserit, magie sunfat, MgSO ₄ H ₂ O

-Forsterit, một magie silicat, MgSiO ₄

-Chrisotyl hoặc amiăng, một magie silicat khác, Mg ₃ Si ₂ O ₅ (OH) ₄

-Talc, Mg ₃ Si ₁₄ O ₁₁₀ (OH) ₂ .

Đồng vị

Magiê được tìm thấy trong tự nhiên là sự kết hợp của ba đồng vị tự nhiên: ²⁴ Mg, với độ phong phú 79%; ²⁵ Mg, với 11% dồi dào; và ²⁶ Mg, với 10% lượng dồi dào. Ngoài ra, còn có 19 đồng vị phóng xạ nhân tạo.

Vai trò sinh học

Glycolysis

Magiê là một nguyên tố cần thiết cho mọi sinh vật. Con người có lượng magiê hấp thụ hàng ngày từ 300 - 400 mg. Hàm lượng cơ thể của nó bao gồm từ 22 đến 26 g, ở một người trưởng thành, tập trung chủ yếu trong bộ xương (60%).

Đường phân là một chuỗi các phản ứng trong đó glucose được chuyển hóa thành axit pyruvic, với sản lượng thực là 2 phân tử ATP. Pyruvate kinase, hexokinase và phosphofruct kinase là các enzym, trong số những enzym khác, của quá trình đường phân sử dụng Mg như một chất hoạt hóa.

DNA

DNA được tạo thành từ hai chuỗi nucleotide có nhóm phosphate tích điện âm trong cấu trúc của chúng; do đó, các sợi DNA chịu lực đẩy tĩnh điện. Các ion Na ⁺ , K ⁺ và Mg ²⁺ trung hòa các điện tích âm, ngăn cản sự phân ly của các chuỗi.

ATP

Phân tử ATP có các nhóm photphat với các nguyên tử oxy mang điện tích âm. Lực đẩy điện xảy ra giữa các nguyên tử oxy lân cận có thể phân cắt phân tử ATP.

Điều này không xảy ra bởi vì magiê tương tác với các nguyên tử oxy lân cận, tạo thành một chelate. ATP-Mg được cho là dạng hoạt động của ATP.

Quang hợp

Magiê cần thiết cho quá trình quang hợp, một quá trình trung tâm trong việc sử dụng năng lượng của thực vật. Nó là một phần của chất diệp lục, bên trong nó có cấu trúc tương tự như nhóm heme của hemoglobin; nhưng với một nguyên tử magiê ở trung tâm thay vì một nguyên tử sắt.

Chất diệp lục hấp thụ năng lượng ánh sáng và sử dụng nó trong quá trình quang hợp để chuyển carbon dioxide và nước thành glucose và oxy. Glucose và oxy được sử dụng sau này để sản xuất năng lượng.

Sinh vật

Giảm nồng độ magie huyết tương có liên quan đến co thắt cơ; bệnh tim mạch, chẳng hạn như tăng huyết áp; bệnh tiểu đường, loãng xương và các bệnh khác.

Ion magiê tham gia vào việc điều chỉnh hoạt động của các kênh canxi trong tế bào thần kinh. Ở nồng độ cao, nó ngăn chặn kênh canxi. Ngược lại, sự sụt giảm canxi sẽ tạo ra sự kích hoạt thần kinh bằng cách cho phép canxi đi vào tế bào.

Điều này sẽ giải thích sự co thắt và co lại của các tế bào cơ trong thành của các mạch máu chính.

Nơi tìm và sản xuất

Magiê không được tìm thấy trong tự nhiên ở trạng thái nguyên tố, nhưng là một phần của khoảng 60 khoáng chất và nhiều hợp chất, nằm trong biển, đá và nước muối.

Nước biển có hàm lượng magie là 0,13%. Do kích thước của nó, biển là hồ chứa magiê chính của thế giới. Các hồ chứa magiê khác là Hồ Muối Lớn (Hoa Kỳ), với nồng độ magiê là 1,1%, và Biển Chết, với nồng độ 3,4%.

Các khoáng chất magiê, dolomit và magnesit, được chiết xuất từ ​​các mạch của nó bằng các phương pháp khai thác truyền thống. Trong khi đó, trong các dung dịch carnalit được sử dụng để cho phép các muối khác nổi lên bề mặt, giữ cho carnalit ở trong nền.

Brine chứa magiê được tập trung trong các ao sử dụng hệ thống sưởi bằng năng lượng mặt trời.

Magie thu được bằng hai phương pháp: điện phân và khử nhiệt (quy trình Pidgeon).

Điện phân

Các muối nóng chảy có chứa magie clorua khan, magie clorua khan được khử nước một phần hoặc khoáng carnalit khan được sử dụng trong quá trình điện phân. Trong một số trường hợp, để tránh ô nhiễm chất carnalit tự nhiên, chất nhân tạo được sử dụng.

Magie clorua cũng có thể thu được bằng cách làm theo quy trình do công ty Dow thiết kế. Nước được trộn trong một chất keo tụ với khoáng dolomit nung nhẹ.

Magie clorua có trong hỗn hợp được chuyển thành Mg (OH) ₂ bằng cách thêm canxi hiđroxit, theo phản ứng sau:

MgCl ₂ + Ca (OH) ₂ → Mg (OH) ₂ + CaCl ₂

Magie hydroxit kết tủa được xử lý bằng axit clohydric, tạo ra magie clorua và nước, theo phản ứng hóa học đã nêu:

Mg (OH) ₂ + 2 HCl → MgCl ₂ + 2 H ₂ O

Sau đó, magie clorua phải chịu quá trình khử nước cho đến khi hydrat hóa 25%, hoàn thành quá trình khử nước trong quá trình nấu chảy. Quá trình điện phân được thực hiện ở nhiệt độ thay đổi từ 680 đến 750 ºC.

MgCl ₂ → Mg + Cl ₂

Clo diatomic được tạo ra ở cực dương và magiê nóng chảy nổi lên đầu các muối, nơi nó được thu thập.

Giảm nhiệt

Các tinh thể magiê lắng đọng từ hơi của nó. Nguồn: Warut Roonguthai Trong quy trình Pidgeon, đá dolomit đã được nghiền và nung được trộn với ferrosilicon nghiền mịn và được đặt trong các lò nung niken-crom-sắt hình trụ. Các bộ lắng được đặt bên trong lò và nối tiếp với bộ ngưng tụ nằm bên ngoài lò.

Phản ứng xảy ra ở nhiệt độ 1200 ° C và áp suất thấp 13 Pa, tinh thể magie được đưa ra khỏi bình ngưng. Xỉ được tạo ra được thu thập từ đáy của nồi lắng.

2 CaO + 2 MgO + Si → 2 Mg (thể khí) + Ca ₂ SiO ₄ (xỉ)

Các oxit canxi và magie được tạo ra bằng cách nung canxi và magie cacbonat có trong dolomit.

Phản ứng

Magiê phản ứng mạnh với axit, đặc biệt là axit oxít. Phản ứng của nó với axit nitric tạo ra magie nitrat, Mg (NO ₃ ) ₂ . Theo cách tương tự, nó phản ứng với axit clohydric để tạo ra magie clorua và khí hydro.

Magiê không phản ứng với kiềm, chẳng hạn như natri hydroxit. Ở nhiệt độ phòng, nó được bao phủ bởi một lớp oxit magiê, không hòa tan trong nước, bảo vệ nó khỏi bị ăn mòn.

Nó tạo thành các hợp chất hóa học, trong số các nguyên tố khác, với clo, oxy, nitơ và lưu huỳnh. Nó rất dễ phản ứng với oxy ở nhiệt độ cao.

Các ứng dụng

- Magie nguyên tố

Hợp kim

Hợp kim magiê đã được sử dụng trong máy bay và ô tô. Sau này là một yêu cầu đối với việc kiểm soát khí thải gây ô nhiễm, giảm trọng lượng của các phương tiện cơ giới.

Các ứng dụng của magiê dựa trên trọng lượng thấp, độ bền cao và dễ chế tạo hợp kim. Các ứng dụng bao gồm dụng cụ cầm tay, đồ thể thao, máy ảnh, đồ gia dụng, khung hành lý, phụ tùng ô tô, các mặt hàng cho ngành hàng không vũ trụ.

Hợp kim magiê cũng được sử dụng trong sản xuất máy bay, tên lửa và vệ tinh không gian, cũng như trong quá trình khắc ảnh để tạo ra một bản khắc nhanh và có kiểm soát.

Luyện kim

Magiê được thêm một lượng nhỏ vào gang trắng, giúp cải thiện độ bền và tính dễ uốn của nó. Ngoài ra, magiê trộn với vôi được đưa vào sắt lò cao lỏng, cải thiện tính chất cơ học của thép.

Magiê tham gia vào quá trình sản xuất titan, uranium và hafnium. Nó hoạt động như một chất khử trên titan tetraclorua, trong quá trình Kroll, để tạo ra titan.

Điện hóa học

Magiê được sử dụng trong tế bào khô, đóng vai trò cực dương và bạc clorua đóng vai trò cực âm. Khi magiê tiếp xúc điện với thép trong điều kiện có nước, nó sẽ bị ăn mòn hy sinh, khiến thép không còn nguyên vẹn.

Loại thép bảo vệ này hiện diện trong tàu thủy, bể chứa, lò nước nóng, kết cấu cầu, v.v.

Pháo hoa

Magiê ở dạng bột hoặc dạng dải cháy, phát ra ánh sáng trắng rất mạnh. Tính chất này đã được sử dụng trong pháo hoa quân sự để đốt lửa hoặc thắp sáng bằng pháo sáng.

Chất rắn được phân chia mịn của nó đã được sử dụng làm thành phần nhiên liệu, đặc biệt là trong các động cơ đẩy tên lửa rắn.

- Các hợp chất

Magiê cacbonat

Nó được sử dụng như một chất cách nhiệt cho nồi hơi và đường ống. Có tính hút ẩm và hòa tan trong nước, nó được sử dụng để ngăn chặn muối thông thường nén chặt trong hộp đựng muối và không chảy ra trong quá trình nêm thức ăn.

Magie hydroxit

Nó có ứng dụng như một chất chống cháy. Hòa tan trong nước, nó tạo thành sữa magie nổi tiếng, một chất huyền phù màu trắng đã được sử dụng làm thuốc kháng axit và thuốc nhuận tràng.

Magie clorua

Nó được sử dụng trong sản xuất xi măng sàn cường độ cao, cũng như một chất phụ gia trong sản xuất hàng dệt. Ngoài ra, nó được sử dụng như một chất kết tụ trong sữa đậu nành để sản xuất đậu phụ.

Magie oxit

Nó được sử dụng trong sản xuất gạch chịu lửa để chống lại nhiệt độ cao và như một chất cách nhiệt và cách điện. Nó cũng được dùng làm thuốc nhuận tràng và thuốc kháng axit.

Magie sunphat

Nó được sử dụng trong công nghiệp để sản xuất xi măng và phân bón, thuộc da và nhuộm. Nó cũng là một chất hút ẩm. Muối Epsom, MgSO ₄ · 7H ₂ O, được sử dụng như một chất tẩy.

- Khoáng chất

bột tan

Nó được coi là tiêu chuẩn độ cứng thấp nhất (1) trên thang Mohs. Nó đóng vai trò như một chất độn trong sản xuất giấy và bìa cứng, cũng như ngăn ngừa kích ứng và dưỡng ẩm cho da. Nó được sử dụng trong sản xuất vật liệu chịu nhiệt và là cơ sở của nhiều loại bột được sử dụng trong mỹ phẩm.

Amiăng trắng hoặc amiăng

Nó đã được sử dụng như một chất cách nhiệt và trong ngành xây dựng để sản xuất trần nhà. Hiện nay, nó không được sử dụng do các sợi ung thư phổi của nó.

Người giới thiệu

1. Mathews, CK, van Holde, KE và Ahern, KG (2002). Hóa sinh. 3 ^là Phiên bản. Biên tập Pearson Educación, SA
2. Wikipedia. (2019). Magiê. Khôi phục từ: en.wikipedia.org
3. Clark J. (2012). Liên kết kim loại. Được khôi phục từ: chemguide.co.uk
4. Hull AW (1917). Cấu trúc tinh thể của magiê. Kỷ yếu của Viện Hàn lâm Khoa học Quốc gia Hoa Kỳ, 3 (7), 470–473. doi: 10.1073 / pnas.3.7.470
5. Timothy P. Hanusa. (Ngày 7 tháng 2 năm 2019). Magiê. Encyclopædia Britannica. Phục hồi từ: britannica.com
6. Hangzhou LookChem Network Technology Co. (2008). Magiê. Phục hồi từ: lookchem.com