鎂

【拼音:měi】鎂是一種輕質有延展性的銀白色金屬。在宇宙中含量第八,在地殼中含量第七。密度1.74克/釐米³,熔點648.8℃。沸點1107℃。化合價+2,電離能7.646電子伏特,是輕金屬之一,具有展性,能與熱水反應放出氫氣,燃燒時能產生眩目的白光,許多金屬是用熱還原其鹽和氧化物來製備。金屬鎂能與大多數非金屬和差不多所有的酸化合,大多數鹼,以及包括烴、醛、醇、酚、胺、脂和大多數油類在內的有機化學葯品與鎂僅僅輕微地或者根本不起作用。
  • 中文名
  • 外文名
    Magnesium
  • 化學式
    Mg
  • 相對原子質量
    24.3050
  • 化學品類別
    活潑金屬單質
  • 管製類型
    鎂粉(*)(易製爆),其餘性狀不管製
  • 儲存
    密封陰涼幹燥儲存

​基本簡介

鎂(Magnesium)是一種化學元素,它的化學符號是Mg,它的原子序數是12,是一種銀白色的鹼土金屬。鎂是在地球的地殼中第八豐富的元素,約佔2%的質量,亦是宇宙中第八多元素。 

基本性質

鎂屬于元素周期表上的IIA族鹼土金屬元素。具有銀白色光澤,略有延展性。鎂的密度小,離子化傾向大。在空氣中,鎂的表面會生成一層很薄的氧化膜,使空氣很難與它反應。鎂和醇、水反應能夠生成氫氣。粉末或帶狀的鎂在空氣中燃燒時會發出強烈的白光。在氮氣中進行高溫加熱,鎂會生成氮化鎂(MgN);鎂也可以和鹵素發生強烈反應;鎂也能直接與硫化合。鎂的檢測可以用EDTA滴定法分析。

歷史簡介

第一個確認鎂是一種元素的是Joseph Black,在愛丁堡(英國)于1755年。他辨別了石灰(氧化鈣,CaO)中的苦土(氧化鎂,MgO),然而兩者各自都是由加熱類似于碳酸鹽岩,菱鎂礦和石灰石來製取。另一種鎂礦石叫做海泡石(矽酸鎂),于1799年由Thomas Henry報告,他說這種礦石更多的用于製作煙鬥,在土耳其。

不純凈的鎂金屬在1792年由Anton Rupprecht首次製取,他加熱苦土和木炭的混合物。純凈但非常小量的金屬鎂在1808年由Humphry Davy電解氧化鎂製取。然而,是法國科學家Antoine-Alexandre-Brutus Bussy使用氯化鈉和鉀反應製取了相當大量的金屬鎂于1831年,之後他開始研究它的特徵。

基本屬性

元素名稱:鎂(měi)元素類型:金屬

鎂

英文名稱:magnesium

CAS號:7439-95-4

相對原子質量:24.3050(6)

發現者:戴維

發現年代:1808年

化學式:Mg

核內質子數:12

核外電子數:12

核電荷數:12

電子層數:3

原子體積:13.97(立方釐米/摩爾)

元素在太陽中的含量:700(ppm)

元素在海水中的含量:1200(ppm)

地殼中含量:23000(ppm)

電負性:1.31

鎂

電離能(kJ/ mol)

M - M⁺  737.7

M⁺ - M2⁺  1450.7

M2⁺ - M3+ 7732.6

M3+ - M4+ 10540

M4+ - M5+ 13630

M5+ - M6+ 17995

M6+ - M7+ 21703

M7+ - M8+ 25656

M8+ - M9+ 31642

M9+ - M10+ 35461

外圍電子排布:3s2

核外電子排布: 2-8-2

電子層:KLM

外圍電子層排布:3s2

原子量:24.3050

晶體結構:晶胞為六方晶胞。

晶胞參數:

a = 320.94 pm

= 320.94 pm

c = 521.08 pm

α = 90°

β = 90°

γ = 120°

莫氏硬度:2.5

同位素及放射線: Mg-24 Mg-25 Mg-26 Mg-27[9.45m] Mg-28[21h]

電子親合和能: -21 KJ·mol⁻¹

第一電離能:738 KJ·mol⁻¹

第二電離能:1451 KJ·mol⁻¹

第三電離能:7733 KJ·mol⁻¹

單質密度:1.738 g/cm³

單質熔點:650.0 ℃

單質沸點:1170.0 ℃

原子半徑:1.72 埃

離子半徑:0.66(+2) 埃

共價半徑:1.36 埃

熱導率:156 W/(m·K)

屬于元素周期表上的IIA(第二主族)族鹼土金屬元素。具有銀白色光澤,略有延展性。鎂的密度小,離子化傾向大。

在空氣中,鎂的表面會生成一層很薄的氧化膜,使空氣很難與它反應。鎂和醇、水反應能夠生成氫氣。粉末或帶狀的鎂在空氣中燃燒時會發出強烈的白光。在氮氣中進行高溫加熱,鎂會生成氮化鎂(Mg3N2);鎂也可以和鹵素發生強烈反應;鎂也能直接與硫化合。鎂的檢測可以用EDTA滴定法分析。

化學性質

金屬鎂燃燒的實驗

具有比較強的還原性,能與沸水反應放出氫氣,燃燒時能產生眩目的白光,鎂與氟化物、氫氟酸和鉻酸不發生作用,也不受苛性鹼侵蝕,但極易溶解于有機和無機酸中,鎂能直接與氮、硫和鹵素等化合,包括烴、醛、醇、、胺、脂和大多數油類在內的有機化學葯品與鎂僅僅輕微地或者根本不起作用。但和鹵代烴在無水的條件下反應卻較為劇烈(生成格氏試劑)鎂能和二氧化碳發生燃燒反應,因此鎂燃燒不能用二氧化碳滅火器滅火。鎂由于能和N和O2反應,所以鎂在空氣中燃燒時,劇烈燃燒發出耀眼白光,放熱,生成白色固體。在食醋中的變化為快速冒出氣泡,浮在醋液面上,逐漸消失。一些煙花和照明彈裏都含有鎂粉,就是利用了在空氣中燃燒能發出耀眼的白光的性質。

1.與非金屬單質的反應:

2Mg+O2==點燃==2MgO

3Mg+N2==點燃==Mg3N2

Mg+Cl2==點燃==MgCl2

2.與水的反應:

Mg+2H2O==△==Mg(OH)2+H2↑

3.與酸的反應:

Mg+2HCl=MgCl2+H2 ↑ Mg+H2SO4=MgSO4+H2 ↑

4.與氧化物的反應:

鎂

2Mg+CO2==點燃==2MgO+C

*註:該反應在氧氣充足時一般不發生或發生後又有 C+O2=CO2(點燃),所以在反應後不見有黑色固體生成。

5.鎂與氯化銨反應: 

Mg + 2NH4Cl ===MgCl2 + 2NH3↑ + H2↑ 

NH4+ + H2O ==(可逆)==NH3·H2O + H+(水解) 

Mg+ 2H+ =====Mg2+ +H2↑ NH3H2O====NH3↑+H2O

製備方法

工業製法

鎂存在于菱鎂礦(碳酸鎂)MgCO3.白雲石(碳酸鎂鈣)CaMg(CO3)2.光鹵石(水合氯化鎂鉀)KCl·MgCl2·H2O中。工業上利用電解熔融氯化鎂或在電爐中用矽鐵等使其還原而製得金屬鎂,前者叫做熔鹽電解法,後者叫做矽熱還原法。

熔融電解 MgCl2(l)= Mg(s)+Cl2(g)↑

矽熱還原

① CaCO3(s)= (高溫)CaO(s)+CO2(g)↑ CaO(s)+H2O(l)=Ca(OH)2(s)

② Ca(OH)2(aq)+MgCl2(aq)=Mg(OH)2(s)↓+CaCl2(aq)

③ Mg(OH)2(s)+2HCl(l)+6H2O(l)=MgCl2·6H2O(s)+2H2O(l)

④ MgCl2·6H2O(s)=(HCl) MgCl2(s) +6H2O(l)

⑤ MgCl2(l)==熔融電解== Mg(s)+Cl2(g)↑

海水中提取

氯化鎂可以從海水中提取,每立方英裏海水含有約120億磅鎂。

MgCl2·6H2O(s)= MgCl2(s) +6H2O(l)

MgCl2(l)==熔融電解== Mg(s)+Cl2(g)↑

基本用途

醫療用途

治療缺鎂和痙攣。

體育用途

在緊張運動幾小時前註射,或在緊張運動後註射以彌補鎂的流失。

體操運動員常塗鎂粉來增加摩擦力。 (是MgCO3)

醫療中:如果註射鎂鹽速度太快,會造成發燒和全身不適。

金屬鎂能與大多數非金屬和酸反應;在高壓下能與氫直接合成氫化鎂;鎂能與鹵化烴或鹵化芳烴作用合成格利雅試劑,廣泛套用于有機合成。鎂具有生成配位化合物的明顯傾向。

鎂是航空工業的重要材料,鎂合金用于製造飛機機身、發動機零件等;鎂還用來製造照相和光學儀器等;鎂及其合金的非結構套用也很廣;鎂作為一種強還原劑,還用于鈦、鋯、鈹、鈾和鉿等的生產中。

純鎂的強度小,但鎂合金是良好的輕型結構材料,廣泛用于空間技術、航空、汽車和儀表等工業部門。一架超音速飛機約有5%的鎂合金構件,一枚飛彈一般消耗100~200公斤鎂合金。鎂是其他合金(特別是鋁合金)的主要組元,它與其他元素配合能使鋁合金熱處理強化;球墨鑄鐵用鎂作球化劑;而有些金屬(如鈦和鋯)生產又用鎂作還原劑;鎂是燃燒彈彈,照明彈和閃光彈不能缺少的組成物;鎂粉是節日煙花必需的原料;鎂是核工業上的結構材料或包裝材料;鎂肥能促使植物對磷的吸收利用,缺鎂植物則生長趨于停滯。鎂在人民生活中佔有重要地位的一種基礎材料。

生理用途

鎂是人體細胞內的主要陽離子,濃集于線粒體中,僅次于鉀和磷,在細胞外液僅次于鈉和鈣居第三位,是體內多種細胞基本生化反應的必需物質。正常成人身體總鎂含量約25g,其中60%~65%存在于骨、齒,27%分布于軟組織。鎂主要分布于細胞內,細胞外液的鎂不超過1%。在鈣、維生素C、磷、鈉、鉀等的代謝上,鎂是必要的物質,在神經肌肉的機能正常運作、血糖轉化等過程中扮演著重要角色。

鎂是一種參與生物體正常生命活動及新陳代謝過程必不可少的元素。鎂影響細胞的多種生物功能:影響鉀離子鈣離子的轉運,調控信號的傳遞,參與能量代謝蛋白質核酸的合成;可以通過絡合負電荷基團,尤其核苷酸中的磷酸基團來發揮維持物質的結構和功能;催化酶的激活和抑製及對細胞周期細胞增殖細胞分化的調控;鎂還參與維持基因組的穩定性,並且還與機體氧化應激和腫瘤發生有關。

鎂的吸收代謝:成人身體總鎂含量約25g,其中60%~65%存在于骨、齒,27%分布于軟組織。膳食中促進鎂吸收的成分主要有氨基酸乳糖等;抑製鎂吸收的主要成分有過多的草酸、植酸和膳食纖維等。成人從膳食中攝入的鎂大量從膽汁、胰液和腸液分泌到腸道,其中60%~70%隨糞便排出,部分從汗和脫落的皮膚細胞丟失。

鎂離子是生物機體中含量較多的一種正離子,其量在整體中僅次于、鉀而居第四位;鎂離子在細胞內的含量則僅次于鉀離子而居第二位。整粒的種子、未經碾磨的谷物、青葉蔬菜、豆類和堅果是日糧鎂最為豐富的來源;魚、肉、奶和水果中鎂含量較低;經過加工的食物,在加工過程中鎂幾乎全部損失。肌酸六磷酸、粗纖維乙醇、過量的磷酸鹽和鈣離子削弱了鎂的吸收,這可能是因為降低了內腔鎂的濃度

鎂屬于人體營養素——礦物質元素中的一種,屬于礦物質的常量元素類。人體中的鎂60~65%存在于骨骼和牙齒中,27%存在于軟組織中,細胞內鎂離子僅佔1%,多以活性形式Mg2+ -ATP形式存在。

  1. 作為酶的激活劑,參與300種以上的酶促反應。糖酵解脂肪酸氧化、蛋白質的合成、核酸代謝等需要鎂離子參加。
  2. 促進骨的形成。在骨骼中僅次于鈣、磷,是骨細胞結構和功能所必需的元素,對促進骨形成和骨再生,維持骨骼和牙齒的強度和密度具有重要作用。
  3. 調節神經肌肉的興奮性。能抑製鉀、鈣通道。鎂、鈣、鉀離子協同維持神經肌肉的興奮性。血中鎂過低或鈣過低,興奮性均增高;反之則有鎮靜作用。
  4. 維護胃腸道和激素的功能。
  5. 鎂也是重要的神經傳導物質,它可以讓肌肉放松下來;與含鈣食品一同補充,能促進鈣的吸收。

建議攝取量

中國營養學會建議,成年男性每天約需鎂350毫克,成年女性約為300毫克,孕婦以及喂奶期女性約為450毫克,2~3歲兒童為150毫克,3~6歲為200毫克。可耐受最高攝入量(UL)定為700mg/d。

鎂缺乏在臨床上主要表現為情緒不安、易激動、手足抽搐、反射亢進等,正常情況下,由于的調節作用,口服過量的鎂一般不會發生鎂中毒。當腎功能不全時,大量口服鎂可引起鎂中毒,表現為腹痛、腹瀉、嘔吐、煩渴、疲乏無力,嚴重者出現呼吸困難、紫紺、瞳孔散大等。

鎂廣泛分布于植物中,肌肉和髒器中較多,乳製品中較少。動物性食品中鎂的利用率較高,達30%~40%,植物性食品中鎂的利用率較低。

代謝吸收

食物中的鎂在整個腸道均可被吸收,但主要是在空腸末端與回腸部位吸收,吸收率一般約為30%。可通過被動擴散和耗能的主動吸收兩種機製吸收。健康成人從食物中攝入的鎂大量從膽汁、胰液和腸液分泌到腸道,其中60%~70%隨糞便排出,部分從汗和脫落的皮膚細胞丟失,其餘從尿中排出,每天約排出50~120mg,約佔攝入量的1/3~1/2。

缺乏表現

鎂缺乏可致血清鈣下降,神經肌肉興奮性亢進;對血管功能可能有潛在的影響,有人報告低鎂血症患者可有房室性早搏、房顫以及室速與室顫,半數有血壓升高;鎂對骨礦物質的內穩態有重要作用,鎂缺乏可能是絕經後骨質疏松症的一種危險因素;少數研究表明鎂耗竭可以導致胰島素抵抗。

鈣代謝異常。

造成神經系統問題,如記憶力衰退、神經錯亂、抑鬱症、幻覺、肌肉震顫等。

影響心髒、骨骼及胃腸道等器官功能。

引致肌肉無力、抽筋等肌肉問題。

治療措施

輕度缺鎂時,可由飲食或口服補充鎂劑,可給予氧化鎂或用氫氧化鎂,為避免腹瀉可與氫氧化鋁膠聯用。口服不能耐受或不能吸收時,可採用肌肉註射鎂劑,一般採用20%~50%硫酸鎂。靜脈給鎂時需註意急性鎂中毒的發生,以免引起心搏驟停。故避免給鎂過多、過快,如遇鎂中毒,應給註射葡萄糖酸鈣氯化鈣對抗之。

工業套用

鎂是最輕的結構金屬材料之一,又具有比強度和比剛度高、阻尼性和切削性好、易于回收等優點。國內外將鎂合金套用于汽車行業,以減重、節能、降低污染,改善環境。發達國家汽車百公裏耗油最終將實現3L目標,歐洲汽車用鎂佔鎂總消耗量的14%,預計今後將以15~20%的速度遞增,2005年將達到20萬噸。

與塑膠相比,鎂合金具有重量輕、比強度高、減振性好、熱疲勞性能好、不易老化,又有良好的導熱性、電磁禁止能力強、非常好的壓鑄工藝性能,尤其易于回收等優點,是替代鋼鐵、鋁合金和工程塑膠的新一代高性能結構材料。為適應電子、通訊器件高度集成化和輕薄小型化的發展趨勢,鎂合金是交通、電子信息、通訊、電腦、聲像器材、手提工具、電機、林業、紡織、核動力裝置等產品外殼的理想材料。發達國家非常重視鎂合金開發與套用,尤其在汽車零部件、筆電等便攜電子產品的套用,每年以20%的速度成長,非常引人註目,發展趨勢驚人。

金屬鎂是鋁合金中的主要合金元素,世界年需求量在15萬噸左右,2000年中國鋁合金生產290萬噸,用鎂作合金元素,每年約需1.01萬噸。

隨著汽車工業、石油、天然氣管線、海洋鑽井平台,橋梁建築等領域用高強度低硫鋼的需求不斷增加,中國鞍鋼、寶鋼、武鋼、本鋼、包鋼、攀鋼、首鋼等鋼廠已經用鎂粉深脫硫,獲得優質鋼,取得良好效果。鎂粉用于鋼鐵脫硫具有潛在市場。此外,鎂粉還用于製造化工產品、葯品煙火信號、照明彈等材料、金屬還原劑、油漆塗料、焊絲以及供球墨鑄鐵用球化劑等。

犧牲陽極作為有效的防止金屬腐蝕的方法之一,可廣泛用在地下鐵製通路、石油通路、儲罐、海上設施、裝備、民用等。

鎂合金型材、管材用作腳踏車架、輪椅、康復和醫療器械等。

鎂是可以在空氣中燃燒的,燃燒時火花四射,十分美麗,因此煙花中通常都摻有一定量的鎂粉,來達到美觀的效果。

現代戰爭需要軍隊具有遠程快速部署運動的能力,要求武器裝備輕量化,在手持式武器、裝甲戰車、運輸車、航空製導武器上將大量採用輕金屬材料。輕量化是提高武器裝備作戰性能的重要方向。鎂所具有的輕質特徵決定了鎂合金是生產航天器、軍用飛機、飛彈、高機動性能戰車、船舶的必不可少的結構材料,因此,大力開發鎂合金套用範圍是國防現代化的需要。

工業發展:20世紀50年代以前,鎂的發展依附于軍事工業,20世紀60年代以後,由于金屬鎂在民用市場和空間技術的套用得到發展,于是推動了鎂的平衡成長。近幾年來隨著鎂合金在交通、電子及通信等領域套用的成長,世界鎂的消費在逐年上升並成長迅速。全世界(除中國外)有10個國家即美國、加拿大、挪威、俄羅斯、法國、義大利、前南斯拉夫、巴西、印度、朝鮮生產金屬鎂。2004年,世界金屬鎂開採量為58.4萬噸, 其中,中國42.6萬噸,加拿大5.4萬噸,俄羅斯5萬噸,以色列2.8萬噸,哈薩克1.8萬噸。

20世紀90年代以來,市場經濟拉動了中國鎂工業的發展。在90年代的10年間,中國原鎂產量成長了37倍,特別是1995~2000年,年平均成長率為15.84%,大大高于西方世界的成長率。中國已成為世界上最大的原鎂生產國和出口國。

2006年1~12月,全國共產金屬鎂613084.94噸,同比成長32.23%;2007年1~12月,全國共產金屬鎂(鎂)670130.87噸,同比成長24.12%;2008年1~10月,全國共產金屬鎂(鎂)539498.36噸,同比成長6.59%

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