Magnez

Magnez
sód ← magnez → glin
Be ↑ Mg ↓ Ca 12 Mg
Wygląd
srebrzystobiały
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 u
Stan skupienia	stały
Gęstość	1738 kg/m³
Temperatura topnienia	650 °C
Temperatura wrzenia	1090 °C
Numer CAS	7439-95-4
PubChem	5462224
Właściwości atomowe Promień • atomowy • walencyjny • van der Waalsa 150 (obl. 145) pm 130 pm 173 pm Konfiguracja elektronowa [Ne]3s2 Zapełnienie powłok 2, 8, 2 (wizualizacja powłok) Elektroujemność • w skali Paulinga • w skali Allreda 1,31 1,23 Potencjały jonizacyjne I 737,7 kJ/mol II 1450,7 kJ/mol III 7732,7 kJ/mol
Właściwości fizyczne Ciepło parowania 127,4 kJ/mol Ciepło topnienia 8,954 kJ/mol Ciśnienie pary nasyconej 361 Pa (923 K) Konduktywność 22,6×106 S/m Ciepło właściwe 1020 J/(kg·K) Przewodność cieplna 156 W/(m·K) Układ krystalograficzny heksagonalny Twardość • w skali Mohsa 2,5 Prędkość dźwięku 4602 m/s (293,15 K) Objętość molowa 14,00−6 m³/mol
Najbardziej stabilne izotopy izotop wyst. o.p.r. s.r. e.r. MeV p.r. 22Mg {syn.} 3,9 s β+ 4,785 22Na 23Mg {syn.} 11,3 s β+ 4,057 23Na 24Mg 78,99% stabilny izotop z 12 neutronami 25Mg 10% stabilny izotop z 13 neutronami 26Mg 11,01% stabilny izotop z 14 neutronami 27Mg {syn.} 9,45 min β− 2,610 27Al 28Mg {syn.} 20,9 h β− 1,832 28Al
Niebezpieczeństwa Karta charakterystyki: dane zewnętrzne firmy Sigma-Aldrich Globalnie zharmonizowany system klasyfikacji i oznakowania chemikaliów Na podstawie Rozporządzenia CLP, zał. VI Niebezpieczeństwo Zwroty H H250, H260 Zwroty P P222, P223, P231+P232, P370+P378, P422 Europejskie oznakowanie substancji oznakowanie ma znaczenie wyłącznie historyczne Na podstawie Rozporządzenia CLP, zał. VI Łatwopalny (F) Zwroty R R15, R17 Zwroty S S2, S7/8, S43 NFPA 704 Na podstawie podanego źródła 0 2 2   Numer RTECS OM2100000
Jeżeli nie podano inaczej, dane dotyczą warunków normalnych (0 °C, 1013,25 hPa)

Magnez (Mg, łac. magnesium) – pierwiastek chemiczny, metal ziem alkalicznych (druga grupa główna układu okresowego). Ma trzy stabilne izotopy: 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. Polską nazwę „magnez” jako pierwszy zaproponował Filip Neriusz Walter.

Występowanie

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

Kryształy magnezu otrzymane w procesie Pidgeon

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

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):

2(CaO•MgO) + Si → Ca₂SiO₄ + 2Mg

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

Związki

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

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), 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). Pasywacyjna warstwa trudnorozpuszczalnego fluorku magnezu chroni go też przed działaniem kwasu fluorowodorowego.

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. Kationy Mg²⁺ należą do V grupy kationów.

Jest substancją palną, temperatura zapłonu wynosi ok. 760 °C. Pył magnezowy jest piroforyczny, jego temperatura samozapłonu wynosi ok. 470 °C. Magnez w powietrzu spala się oślepiającym białym płomieniem, którego temperatura wynosi 3000–3100 °C. Produktem głównym jest tlenek magnezu, któremu towarzyszy azotek magnezu:

2Mg + O₂ → 2MgO

3Mg + N₂ → Mg₃N₂

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

Mg + H₂O → MgO + H₂

2Mg + CO₂ → 2MgO + C (sadza)

Magnez rozpuszcza się po podgrzaniu w metanolu 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:

2ROH + Mg → Mg(OR)₂ + H₂↑

Magnez reaguje też z halogenkami organicznymi z wytworzeniem związków Grignarda:

R-X + Mg → R-Mg-X (X = Cl, Br, I)

Zastosowanie

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).

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

Znaczenie biologiczne

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

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, picie kawy, stosowanie hormonalnych środków antykoncepcyjnych, stres, spożywanie nadmiernych ilości tłuszczów, niewydolność nerek.

Objawy niedoboru magnezu u człowieka

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

• bolesne skurcze łydek
• uczucia odrętwienia i mrowienia w kończynach
• objaw Raynauda
• wzmożone wypadanie włosów
• łamanie się paznokci
• próchnica zębów
• rozdrażnienia, lęki, stan zagubienia
• zespół niespokojnych nóg
• zaburzenie depresyjne
• trudności w koncentracji
• zaburzenia snu, nocne poty
• bóle głowy, mdłości
• nagłe zawroty głowy
• kołatanie serca, arytmii
• nadciśnienie
• miażdżyca
• biegunka
• nietolerancja glukozy, cukrzyca typu II
• kamica nerkowa
• bolesne miesiączkowanie
• rzucawka okołoporodowa,
• zatrucie ciążowe
• astma oskrzelowa
• migrena
• zespół metaboliczny

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

Magnez a depresja

Istnieją uzasadnione podejrzenia, iż niedobór magnezu w diecie może prowadzić do depresji. 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⁺. Zawartość magnezu w mózgu osób z lekooporną depresją była istotnie mniejsza niż u osób zdrowych. Metoda pomiaru poziomu magnezu w mózgu in vivo metodą MRI opublikowana została w roku 2008 i wymaga potwierdzenia w badaniach klinicznych.

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. Opisywano przypadki, z których wynikało, że suplementacja rozpuszczalną formą magnezu (4 × 125-300 mg jonów Mg²⁺ dziennie) może nawet w ciągu mniej niż 7 dni znieść objawy kliniczne depresji. Z niektórych badań wynika, iż skuteczna terapia farmakologicznymi środkami przeciwdepresyjnymi przebiega ze wzrostem poziomu magnezu w organizmie.

Przedawkowanie

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 – hiporefleksja, opisano śmierć osoby w podeszłym wieku po przyjęciu bardzo dużej ilości związków magnezu w celu ułatwienia wypróżnienia.

Magazynowanie

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

Najbogatsze źródła (zawartość magnezu w 1 kg produktu):

• kakao gorzkie 16% – 4,2 g
• kasza gryczana – 2,2 g
• fasola biała – 1,7 g
• czekolada gorzka – 1,7 g
• orzechy laskowe – 1,4 g
• płatki owsiane – 1,3 g
• ciecierzyca – 1,2 g
• groch – 1,2 g
• szpinak – 0,5 g
• makrela, dorsz – 0,3 g

Łatwo rozpuszczalne związki magnezu (mleczan, wodoroasparaginian, chlorek, siarczan, cytrynian, glicynian, pidolinian), jak i nierozpuszczalne (węglan, tlenek, wodorotlenek) 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). Dodatek witaminy B6 potęguje działanie preparatów magnezu.

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

Bibliografia

• Jerzy Minczewski, Zygmunt Marczenko Chemia analityczna – 1 podstawy teoretyczne i analiza jakościowa (Wydawnictwo Naukowe PWN) Warszawa 2001 ​ISBN 83-01-13499-2​.
• Izotopy http://amdc.in2p3.fr/nubase/Nubase2003.pdf