Magnez

Z Wikipedii, wolnej encyklopedii
Skocz do: nawigacji, wyszukiwania
Ujednoznacznienie Ten artykuł dotyczy pierwiastka chemicznego. Zobacz też: magnes.
Magnez
sód ← magnez → glin
Wygląd
srebrzystobiały
Magnez
Widmo emisyjne magnezu
Widmo emisyjne magnezu
Ogólne informacje
Nazwa, symbol, l.a. magnez, Mg, 12
(łac. magnesium)
Grupa, okres, blok 2, 3, s
Stopień utlenienia II
Właściwości metaliczne metal ziem alkalicznych
Właściwości tlenków silnie zasadowe
Masa atomowa 24,304 – 24,307[a][3] u
Stan skupienia stały
Gęstość 1738 kg/m³
Temperatura topnienia 650 °C
Temperatura wrzenia 1090 °C
Numer CAS 7439-95-4
PubChem 5462224[4]
Jeżeli nie podano inaczej, dane dotyczą
warunków normalnych (0 °C, 1013,25 hPa)
Commons Multimedia w Wikimedia Commons
Wikisłownik Hasło magnez w Wikisłowniku

Magnez (Mg, łac. magnesium) – pierwiastek chemiczny, metal ziem alkalicznych (druga grupa główna układu okresowego). Izotopy stabilne magnezu to 24Mg, 25Mg oraz 26Mg.

Magnez po raz pierwszy został uznany za pierwiastek przez Josepha Blacka, zaś wyodrębniony w formie czystej w 1808 roku przez Humphry’ego Davy’ego. Jako pierwszy polską nazwę – magnez – zaproponował Filip Walter.

Występowanie[edytuj | edytuj kod]

Magnez jest jednym z najpospolitszych pierwiastków, występuje w skorupie ziemskiej w ilości 2,74% pod postacią minerałów: dolomitu, magnezytu, kizerytu, biszofitu, karnalitu, kainitu i szenitu. W wodzie morskiej występuje w ilości około 0,12%, w postaci roztworu soli Mg2+. Nie występuje w postaci pierwiastkowej.

Otrzymywanie[edytuj | edytuj kod]

Kryształy magnezu otrzymane w procesie Pidgeon

Magnez można otrzymać poprzez redukcję tlenku magnezu lub metodami elektrochemicznymi[6][7]. Do elektrolizy stosuje się stopione sole: karnalit lub chlorek magnezu z topnikami, np. fluorytem lub mieszaniną NaCl i CaCl2[7][8]. W metodach termicznych jako reduktory stosuje się węgiel lub karbid w temperaturze ok. 2000 °C[6][7][8][9]:

MgO + C ⇌ Mg + CO↑

lub krzem w reakcji z tlenkami magnezu i wapnia pochodzącymi z wyprażenia dolomitu (w metodzie tej uzyskuje się magnez o dużej czystości)[6]:

2(CaO•MgO) + Si → Ca2SiO4 + 2Mg

Zamiast czystego krzemu stosuje się także żelazokrzem[7]. W celu ochrony przed ponownym utlenieniem metalu proces prowadzić można w próżni lub atmosferze wodoru lub gazu ziemnego[6][8][9].

Związki[edytuj | edytuj kod]

Najważniejsze związki magnezu to tlenek magnezu, wodorotlenek magnezu oraz sole. Roztwory wodne, w których występuje duże stężenie jonów Mg2+ mają gorzki smak.

Siarczan magnezu, tzw. sól gorzka, znajduje zastosowanie jako środek przeczyszczający, a w formie bezwodnej jako środek suszący.

Właściwości fizyczne i chemiczne[edytuj | edytuj kod]

Magnez jest srebrzystobiałym metalem, który staje się kowalny w wysokiej temperaturze, dość łatwo utlenia się na powietrzu, ale podobnie jak w przypadku glinu, proces korozji jest hamowany przez pasywację. W przeciwieństwie do glinu (PBR = 1,28) magnez ma jednak niekorzystny współczynnik Pillinga i Bedwortha (PBR = 0,80)[10], w efekcie czego powłoka pasywacyjna jest mniej skuteczna.

Pasywacji ulega także w stężonym (98%) kwasie siarkowym (istnieją jednak doniesienia o opornym rozpuszczaniu się magnezu w stęż. H2SO4 (Bunsen), z wydzielaniem SO2 (Liebig) lub H2S i S (A. Ditte)) i wobec par jodu (brak reakcji do temp. 600 °C)[11]. Pasywacyjna warstwa trudnorozpuszczalnego fluorku magnezu chroni go też przed działaniem kwasu fluorowodorowego[8].

Powoli reaguje z gorącą wodą (>70 °C) tworząc wodorotlenek magnezu. Jest całkowicie odporny na działanie alkaliów, natomiast energicznie reaguje z kwasami z wytworzeniem odpowiednich soli i wydzieleniem wodoru[8]. Kationy Mg2+ należą do V grupy kationów.

Jest substancją palną, temperatura zapłonu wynosi ok. 760 °C[12]. Pył magnezowy jest piroforyczny, jego temperatura samozapłonu wynosi ok. 470 °C[13]. Magnez w powietrzu spala się oślepiającym białym płomieniem, którego temperatura wynosi3000–3100 °C[14]. Produktem głównym jest tlenek magnezu, któremu towarzyszy azotek magnezu[6][12]:

2Mg + O2 → 2MgO
3Mg + N2 → Mg3N2

Spalanie podtrzymywane jest także w atmosferze pary wodnej i dwutlenku węgla[6]:

Mg + H2O → MgO + H2
2Mg + CO2 → 2MgO + C (sadza)

Magnez rozpuszcza się po podgrzaniu w [[metanol]u] i etanolu z wytworzeniem odpowiednich alkoholanów magnezu. Reakcje te inicjowane są przez jod, a inhibowane przez wodę w ilości powyżej 1%. Wykorzystywane są one do otrzymywania alkoholanów oraz do uzyskiwania tzw. absolutnego etanolu, tj. produktu o bardzo niskiej zawartości wody[15]:

2ROH + Mg → Mg(OR)2 + H2

Magnez reaguje też z halogenkami organicznymi z wytworzeniem związków Grignarda[16]:

R-X + Mg → R-Mg-X (X = Cl, Br, I)

Zastosowanie[edytuj | edytuj kod]

Magnez metaliczny wykorzystuje się w chemii organicznej do otrzymywania związków Grignarda, oraz w postaci prętów do ochrony przed korozją pojemnościowych podgrzewaczy wody, wykonanych ze stali (anoda magnezowa, montowana wewnątrz zbiornika).

Stopy magnezu są wykorzystywane w przemyśle lotniczym i kosmicznym, tam gdzie stopy tytanu i glinu są za ciężkie. Stopy magnezu z litem są stopami o jednej z najniższych gęstości i lepszym niż dla innych stopów stosunku wytrzymałości mechanicznej do masy. W podobnych zastosowaniach wykorzystywane są także magnale (stopy glinu z magnezem) oraz elektrony (stopy magnezu, glinu, cynku, manganu i krzemu)[17].

Ze stopów magnezowych wykonuje się obudowy niektórych urządzeń elektronicznych i precyzyjnych, np. obudowy notebooków, kamer filmowych i video oraz aparatów fotograficznych.

Znaczenie biologiczne[edytuj | edytuj kod]

Magnez wchodzi w skład chlorofilu, jony magnezu odgrywają też dużą rolę w utrzymywaniu ciśnienia osmotycznego krwi i innych tkanek, oraz utrzymywaniu właściwej struktury rybosomów. Jest składnikiem kości, obniża stopień uwodnienia koloidów komórkowych, uczestniczy w przekazywaniu sygnałów w układzie nerwowym.

Objawy niedoboru magnezu u roślin: więdnięcie, chloroza liści, zahamowanie fotosyntezy.

Rola magnezu w organizmie człowieka[edytuj | edytuj kod]

Zapotrzebowanie na magnez u osób dorosłych wynosi 300-400 mg na dobę i chociaż w naturalnym środowisku bogato występuje w spożywanych przez człowieka pokarmach, jest go coraz mniej w wyniku nawożenia chemicznego gleby związkami zawierającymi potas oraz stosowania nadmiernej ilości konserwantów żywności. Inne przyczyny niedoboru magnezu to: nadużywanie alkoholu[18][19][20], picie kawy, stosowanie hormonalnych środków antykoncepcyjnych, stres, spożywanie nadmiernych ilości tłuszczów, niewydolność nerek.

Objawy niedoboru magnezu u człowieka[edytuj | edytuj kod]

Magnez bierze udział w bardzo licznych procesach zachodzących w organizmie ludzkim, zakres objawów jego niedoboru jest więc bardzo szeroki.

  • zwiększenie pobudliwości nerwowo-mięśniowej oraz osłabienia i nieprawidłowości pracy serca, czego efektem są:
  • drgania jednej z powiek, czy też częściowo górnych warg

Suplementacja magnezem może mieć wiele korzystnych skutków dla zdrowia w tych schorzeniach i objawach[21].

Magnez a depresja[edytuj | edytuj kod]

Istnieją uzasadnione podejrzenia iż niedobór magnezu w diecie może prowadzić do depresji[22][23]. Poziom tego pierwiastka był istotnie mniejszy w płynie mózgowo-rdzeniowym osób z lekooporną depresją grożącą samobójstwem oraz pobranym od osób które popełniły samobójstwo. Poziom magnezu w mózgu nie jest skorelowany bezpośrednio z jego poziomem w surowicy krwi. Jego nieinwazyjny pomiar w mózgu jest możliwy przy użyciu spektroskopii rezonansu magnetycznego 31P in vivo, gdyż przesunięcia chemiczne sygnałów atomu fosforu β nukleozydotrifosforanów można skorelować ze stężeniem wolnych jonów Mg2+[24]. Zawartość magnezu w mózgu osób z lekooporną depresją była istotnie mniejsza niż u osób zdrowych[25]. Metoda pomiaru poziomu magnezu w mózgu in vivo metodą MRI opublikowana została w roku 2008[24][26] i wymaga potwierdzenia w badaniach klinicznych[25].

Chlorek magnezu u osób z cukrzycą typu II i niedoborem magnezu już w niewielkich dawkach był tak skuteczny w leczeniu objawów depresyjnych, jak silny lek przeciwdepresyjny – imipramina[27]. Opisywano przypadki, z których wynikało że suplementacja rozpuszczalną formą magnezu (4 x 125-300 mg jonów Mg2+ dziennie) może nawet w ciągu mniej niż 7 dni znieść objawy kliniczne depresji[28]. Z niektórych badań wynika iż skuteczna terapia farmakologicznymi środkami przeciwdepresyjnymi przebiega ze wzrostem poziomu magnezu w organizmie[29].

Przedawkowanie[edytuj | edytuj kod]

Nadmiar magnezu z organizmu jest usuwany przez nerki. Istnieje pewna możliwość przedawkowania preparatów magnezu. Ryzyko to dotyczy więc szczególnie pacjentów starszych, ze znacznie upośledzoną funkcją nerek. Możliwe objawy obejmują: niedociśnienie, nadmierne spowolnienie akcji serca – bradykardia, niewydolność oddechowa, osłabienie odruchów – hyporeflexia, opisano śmierć osoby w podeszłym wieku po przyjęciu bardzo dużej ilości związków magnezu w celu ułatwienia wypróżnienia[30].

Magazynowanie[edytuj | edytuj kod]

Ponad połowa magnezu znajduje się w kościach, jedna czwarta w mięśniach szkieletowych, jedna czwarta rozmieszczona jest w całym organizmie, przeważnie w układzie nerwowym i w narządach o dużej aktywności metabolicznej, jak: mięsień sercowy, wątroba, przewód pokarmowy, nerki, gruczoły wydzielania wewnętrznego i zewnętrznego, układ hemolimfatyczny.

Źródła magnezu w pożywieniu[edytuj | edytuj kod]

Najbogatsze źródła (zawartość magnezu w 1 kg produktu)[31]:

Łatwo rozpuszczalne (mleczan, wodoroasparaginian, chlorek, siarczan, cytrynian, glicynian, pidolinian), jak i nierozpuszczalne (węglan, tlenek, wodorotlenek) związki magnezu wchodzą w skład wielu suplementów diety. Poszczególne związki różnią się znacznie ilością zawartego w nich czystego jonu Mg2+ (kilka – kilkanaście %), dlatego do porównywania dawkowania preparatów brana jest pod uwagę zawartość samego jonu Mg2+. Preparaty związków łatwo rozpuszczalnych mają lepszą biodostępność, są jednak droższe. Niewielką dostępność związków nierozpuszczalnych można poprawić poprzez przygotowanie ich zawiesiny w wodzie (np. w postaci tabletek musujących, które jednak zawierają istotną ilość sodu)[32]. Dodatek witaminy B6 potęguje działanie preparatów magnezu.

Źródłem magnezu w diecie może być wschodnioazjatycka przyprawa nigari, w której ok. 95% stanowi MgCl2·6H2O.

Uwagi

  1. Ze względu na naturalną zmienność zawartości izotopów, podany jest zakres wartości masy atomowej dla naturalnych źródeł tego pierwiastka.

Przypisy

  1. 1,0 1,1 Informacje o klasyfikacji i oznakowaniu substancji według Rozporządzenia 1272/2008, zał. VI: Magnez (pol.) w bazie European chemical Substances Information System. Instytut Ochrony Zdrowia i Konsumenta. [dostęp 2011-10-02].
  2. Magnez (ang.). Karta charakterystyki produktu Sigma-Aldrich dla Stanów Zjednoczonych. [dostęp 2011-10-02].
  3. Current Table of Standard Atomic Weights in Order of Atomic Number (ang.). Commission on Isotopic Abundances and Atomic Weights, IUPAC, 2013-09-24. [dostęp 2013-12-02].
  4. Magnez – podsumowanie (ang.). PubChem Public Chemical Database.
  5. Magnez (pol.). Karta charakterystyki produktu Sigma-Aldrich dla Polski. [dostęp 2011-10-02].
  6. 6,0 6,1 6,2 6,3 6,4 6,5 Stanisław Tołłoczko, Wiktor Kemula: Chemia nieorganiczna z zasadami chemii ogólnej. Warszawa: PWN, 1954, s. 405-406.
  7. 7,0 7,1 7,2 7,3 Encyklopedia techniki CHEMIA. Warszawa: WNT, 1965.
  8. 8,0 8,1 8,2 8,3 8,4 Adam Bielański: Chemia ogólna i nieorganiczna. Warszawa: PWN, 1981, s. 516-518. ISBN 83-01-02626-X.
  9. 9,0 9,1 Mały słownik chemiczny. Jerzy Chodkowski (red.). Wyd. V. Warszawa: Wiedza Powszechna, 1976.
  10. Laurel M. Sheppard. Using "corrosion" to make ceramics. „Chemical Innovation”. 31 (11), s. 23–30, 2001. 
  11. Leon McCulloch. Reactions of magnesium and aluminum with iodine and with concentrated sulfuric acid. „J. Chem. Educ.”. 24 (5), s. 240, 1947. doi:10.1021/ed024p240 (ang.). 
  12. 12,0 12,1 Adam Bielański: Podstawy chemii nieorganicznej. Wyd. 5. Warszawa: PWN, 2002, s. 797–798. ISBN 83-01-13654-5.
  13. Magnesium (powder). W: International Chemical Safety Cards [on-line]. International Programme on Chemical Safety. [dostęp 2014-08-10].
  14. Dreizin, Edward L., Berman, Charles H., Vicenzi, Edward P.. Condensed-phase modifications in magnesium particle combustion in air. „Combustion and Flame”. 122 (1–2), s. 30-42, 2000. doi:10.1016/S0010-2180(00)00101-2. 
  15. Arthur I. Vogel: Preparatyka Organiczna. Warszawa: Wydawnictwo Naukowo Techniczne, 1964, s. 168-171.
  16. J.D. Roberts, M.C. Caserio: Chemia organiczna. Warszawa: PWN, 1969, s. 360-363.
  17. Struktury stopów metali lekkich (Al, Mg i Ti). [dostęp 2009-07-06].
  18. K. Laitinen, R. Tähtelä, M. Välimäki. The dose-dependency of alcohol-induced hypoparathyroidism, hypercalciuria, and hypermagnesuria. „Bone Miner”. 19 (1), s. 75-83, 1992. doi:10.1016/0169-6009(92)90845-5. PMID 1422307. 
  19. LJ. Chandler, NJ. Guzman, C. Sumners, FT. Crews. Magnesium and zinc potentiate ethanol inhibition of N-methyl-D-aspartate-stimulated nitric oxide synthase in cortical neurons.. „J Pharmacol Exp Ther”. 271 (1), s. 67-75, 1994. PMID 7525932. 
  20. TD. Murray, A. Berger. Alcohol withdrawal. „Va Med Q”. 124 (3), s. 184-187, 1997. PMID 9227048. 
  21. MP. Guerrera, SL. Volpe, JJ. Mao. Therapeutic uses of magnesium. „Am Fam Physician”. 80 (2), s. 157-162, 2009. PMID 19621856. 
  22. FN. Jacka, S. Overland, R. Stewart, GS. Tell i inni. Association between magnesium intake and depression and anxiety in community-dwelling adults: the Hordaland Health Study. „Aust N Z J Psychiatry”. 43 (1), s. 45-52, 2009. doi:10.1080/00048670802534408. PMID 19085527. 
  23. K. Wilson, V. Brakoulias. Magnesium intake and depression. „Aust N Z J Psychiatry”. 43 (6), s. 580, 2009. PMID 19452662. 
  24. 24,0 24,1 DV. Iosifescu, NR. Bolo, AA. Nierenberg, JE. Jensen i inni. Brain bioenergetics and response to triiodothyronine augmentation in major depressive disorder. „Biol Psychiatry”. 63 (12), s. 1127-1134, 2008. doi:10.1016/j.biopsych.2007.11.020. PMID 18206856. 
  25. 25,0 25,1 GA. Eby, KL. Eby. Magnesium for treatment-resistant depression: a review and hypothesis. „Med Hypotheses”. 74 (4), s. 649-660, 2010. doi:10.1016/j.mehy.2009.10.051. PMID 19944540. 
  26. S. Iotti, E. Malucelli. In vivo assessment of Mg2+ in human brain and skeletal muscle by 31P-MRS. „Magnes Res”. 21 (3), s. 157-162, 2008. doi:10.1684/mrh.2008.0142. PMID 19009818. 
  27. L. Barragán-Rodríguez, M. Rodríguez-Morán, F. Guerrero-Romero. Efficacy and safety of oral magnesium supplementation in the treatment of depression in the elderly with type 2 diabetes: a randomized, equivalent trial. „Magnes Res”. 21 (4), s. 218-223, 2008. doi:10.1684/mrh.2008.0149. PMID 19271419. 
  28. GA. Eby, KL. Eby. Rapid recovery from major depression using magnesium treatment. „Med Hypotheses”. 67 (2), s. 362-370, 2006. doi:10.1016/j.mehy.2006.01.047. PMID 16542786. 
  29. M. Nechifor. Magnesium in major depression. „Magnes Res”. 22 (3), s. 163S-166S, 2009. doi:10.1684/mrh.2009.0177. PMID 19780403. 
  30. S. Onishi, S. Yoshino. Cathartic-induced fatal hypermagnesemia in the elderly. „Intern Med”. 45 (4), s. 207-210, 2006. doi:10.2169/internalmedicine.45.1482. PMID 16543690. 
  31. Magnez wzmacnia mięśnie i koi nerwy – bezsenność, czekolada, magnez, mięśnie, nerwy – Żywienie – poradnikzdrowie.pl
  32. Siener, Roswitha, Jahnen, Andrea, Hesse, Albrecht. Bioavailability of magnesium from different pharmaceutical formulations. „Urol Res”. 39 (2), s. 123-127, 2011. doi:10.1007/s00240-010-0309-y. PMID 20862466. 

Bibliografia[edytuj | edytuj kod]