منیزیم

منیزیم یک عنصر شیمیایی است . دارای نماد Mgو عدد اتمی 12 است . این فلز خاکستری براق است که چگالی پایین، نقطه ذوب پایین و واکنش شیمیایی بالا دارد. سایر فلزات قلیایی خاکی (گروه 2 جدول تناوبی ) به طور طبیعی فقط در ترکیب با عناصر دیگر وجود دارد و تقریباً همیشه حالت اکسیداسیون +2 دارد. به آسانی با هوای واکنش نشان می دهد تا پوشش نازکی از اکسید منیزیم ایجاد کند که از خوردگی بیشتر فلز می کند. فلز آزاد با نور سفید درخشان می سوزد. این فلز از طریق الکترولیز نمک های منیزیم به دست آمده از آب نمک به دست می آید. چگالی آن از کمترین مقدار ممکن است و به عنوان جزئی در آلیاژهای قوی و سبک وزن استفاده می شود.

در کیهان، منیزیم در ستارگان بزرگ و پیر با افزودن متوالی سه هسته هلیوم به یک هسته کربن تولید می‌شود. وقتی چنین استارگانی به صورت ابرنواختر منفجر می شود، بیشتر منیزیم به محیط بین ستاره ای دفع می شود، جایی که ممکن است در منظومه های ستاره ای جدید بازیافت شود. منیزیم هشتمین عنصر فراوان در پوسته زمین و چهارمین عنصر رایج در زمین (پس از آهن، داخل و سیلیکون) است که 13 درصد از جرم سیاره و بزرگی از گوشت سیاره را تشکیل می دهد. این عنصر از سدیم و کلر، سومین عنصر فراوان در آب دریا حل شده است.

این عنصر یازدهمین عنصر فراوان از نظر جرم در بدن انسان است و برای تمام سلول ها و حدود 30 آنزیم نیاز است. یون های منیزیم با ترکیبات پلی فسفات مانند ATP , DNA و RNA برهمکنش دارند . صدها آنزیم برای عملکرد به یون منیزیم نیاز دارند. ترکیبات منیزیم به عنوان ملین های رایج و ضد اسیدها (مانند شیر منیزیم) و برای تثبیت حرکت غیر طبیعی عصبی یا اسپاسم خونی در شرایطی مانند اکلامپسی استفاده می شود.

منیزیم عنصری یک فلز سبک وزن خاکستری مایل به سفید است که چگالی آن دو سوم شرکت است. منیزیم کمترین ذوب (923 کلوین (650 درجه سانتیگراد)) و کمترین نقطه جوش (1363 کلوین (1090 درجه سانتیگراد)) را در بین تمام فلزات قلیایی خاکی دارد.

منیزیم پلی کریستالی خالص شکننده است و به راحتی در امتداد نوارهای برشی شکسته می شود. زمانی که با کمی از فلزات دیگر مانند 1٪ آلیاژ شود، بسیار قابل قبول می شود. چکش خواری منیزیم پلی کریستالی را نیز می توان با میزان آن تا حدودی بهبود بخشید. 1 میکرون یا کمتر

زمانی که به صورت پودری ریز می شود، منیزیم با آب واکنش می دهد و گازژن تولید می کند:

Mg(s) + 2 H 2 O (g) → Mg(OH) 2 (aq) + H2 (g) + 1203.6 kJ/mol

با این حال، این واکنش بسیار کمتر از واکنش های فلزات قلیایی با آب است، زیرا هیدروکسید منیزیم در سطح فلز منیزیم جمع می شود و واکنش های بعدی را می توان کاهش داد.

خواص شیمیایی

اکسیداسیون

ویژگی اصلی فلز منیزیم کاهش آن است. نکته این است که وقتی در معرض هوا قرار می‌گیرند کمی کدر می‌شود، بدون فلزات قلیایی می‌شود، محیطی برای ذخیره‌سازی نیاز نیست، زیرا منیزیم توسط لایه نازکی از آلودگی می‌شود که نسبتاً غیرقابل نفوذ و حذف آن یک است.

واکنش مستقیم منیزیم با هوا یا محیط در فشار محیط تنها اکسید "معمولی" MgO را تشکیل می دهد. با این، این هیدروژن ممکن است با پراکسید ترکیب شود تا پراکسید منیزیم، MgO2 را تشکیل دهد و در حال حاضر پایین، پراکسید ممکن است بیشتر با واکنش داده و سوپراکسید منیزیم Mg(O 2 ) 2 را تشکیل دهد.

منیزیم در حالت جامد با نیتروژن واکنش می دهد، اگر پودر شود و درست نقطه زیر ذوب گرم شود، نیترید منیزیم Mg 3 N 2 را تشکیل می دهد.

منیزیم با آب در واکنش نشان می دهد، بسیار کندتر از کلسیم، فلز گروه 2 مشابه، نشان می دهد. زمانی که در آب غوطه ور می شود، حباب های هیدروژن به آرامی روی سطح فلز ایجاد می شود. این واکنش با پودر منیزیم بسیار سریعتر اتفاق می افتد. واکنش همچنین با دماهای بالاتر سریعتر رخ می دهد (به § بهتر رعایت ایمنی مراجعه کنید). واکنش برگشت پذیرای منیزیم با آب را می توان برای ذخیره انرژی و راه اندازی یک موتور بر منیزیم توان کرد . منیزیم همچنین با اکثر اسیدها مانند اسید کلریدریک (HCl) واکنش گرمازا می دهد و کلرید منیزیم و گاز هیدروژن تولید می کند، مشابه واکنش HCl با ماشین، روی و بسیاری از فلزات دیگر. اشتعال انبوه یا فله مشکل است، فلز منیزیم مشتعل می شود.

منیزیم ممکن است به عنوان یک محترقه برای ترمیت استفاده شود، مخلوطی از ترکیبی و پودری که در آن بسیار بالا مشتعل می شود، می شود.

ترکیبات ارگانومیزیم در شیمی آلی آسیب هستند . آنها معمولاً به عنوان معرف های گریگنارد پیدا می شوند که از واکنش منیزیم با هالوآلکان ها تشکیل می شوند. نمونه هایی از معرف های گریگنارد فنیل منیزیم بروماید و اتیل منیزیم بروماید هستند . معرف های گریگنارد به عنوان یک هسته دوست معمولی عمل می کنند و به گروه الکتروفیل مانند اتم کربن که در پیوند قطبی یک گروه کربونیل وجود دارد حمله می کنند.

یک معرف ارگانومیزیمی برجسته فراتر از معرف های گریگنارد، آنتراسن منیزیم است که به عنوان منبع منیزیم بسیار کاربردی می شود. افزودنی بوتادین منیزیم مرتبط با عنوان منبع برای دیانیون بوتادین عمل می کند.

تشخیص در محلول

وجود یون منیزیم را می توان با افزودن کلرید آمونیوم، هیدروکسید آمونیوم و مونووسدیم فسفات به محلول آبی یا رقیق HCl نمک تشخیص داد. تشکیل یک رسوب سفید نشان دهنده وجود یون های منیزیم است.

از رنگ آزو بنفش نیز می توان استفاده کرد که در حضور محلول قلیایی نمک منیزیم به رنگ آبی تیره در می آید. رنگ به دلیل جذب آزو بنفش توسط Mg(OH) 2 است .

در سال 2013، مصرف آلیاژهای منیزیم کمتر از یک میلیون تن در سال بود، در حالی که 50 میلیون تن آلیاژ ماشین بود. از نظر تاریخی به دلیل استفاده از آلیاژهای منیزیم به خوردگی، خزش در دماهای بالا و احتراق محدود شده است.

خوردگی

در آلیاژهای منیزیم، وجود آهن، نیکل، مس یا کبالت به شدت خوردگی را فعال می کند. در بیش از مقدار کمی، این فلزات به عنوان ترکیبات بین فلزی رسوب می کنند و محل های رسوب را به عنوان مکان های کاتدی می کنند که آب را به شدت کاهش می دهد و باعث می شود دست دادن منیزیم می شود. کنترل مقدار این فلزات مقاومت در برابر خوردگی را بهبود می بخشد. منگنز کافی بر خورنده آهن غلبه می کند. این امر مستلزم کنترل دقیق ترکیب، افزایش هزینه ها است. افزودن یک سم کاتدی، هیدروژن اتمی را در ساختار یک فلز جذب می کند. این امر از تشکیل گاز هیدروژن آزاد که یک اساسی فرآیندهای شیمیایی خورنده است، جلوگیری می کند. افزودن حدود یک در سیصد قسمت آرسنیک، سرعت خوردگی منیزیم در محلول نمک را تا حدود ده برابر می دهد.

خزش در بالا و قابليت اشتعال

بالا منیزیم به خزش (تدریج تغییر) در دماهای بالا با آلیاژ شدن با روی و شکل عناصر کمیاب خاکی بسیار کاهش می یابد. اشتعال پذیری با توجه به مقدار کمی کلسیم در آلیاژ کاهش می یابد. با استفاده از عناصر خاکی کمیاب، ممکن است آلیاژهای منیزیمی تولید شود که در دماهای بالاتر نسبت به مایعات آتش نگیرد و در برخی موارد به طور بالقوه آن را به نقطه جوش منیزیم نزدیک کند.

منیزیم ترکیبات مختلف را تشکیل می دهند که برای صنعت و زیست شناسی مهم هستند، از جمله کربنات منیزیم، کلرید منیزیم، سیترات منیزیم، هیدروکسید منیزیم (شیر منیزیم)، اسید منیزیم، سولفات منیزیم، و هپتا هیدرات سولفات منیزیم ( Epsom ).

تا سال 2020، هیدرید منیزیم به عنوان راهی برای ذخیره هیدروژن تحت بررسی قرار گرفت.

منیزیم دارای سه ایزوتوپ پایدار است :24

Mg 25

Mg و26

Mg ​همه به مقدار قابل توجهی در طبیعت وجود دارند (جدول ایزوتوپ ها را ببینید). حدود 79 درصد منیزیم است24

منیزیم ایزوتوپ28

منیزیم رادیواکتیو است و در دهه 1950 1970 توسط چندین نیروگاه هسته ای برای استفاده در آزمایش های علمی تولید می شود. این ایزوتوپ نیمه عمر نسبتاً کوتاهی دارد (21 ساعت) و استفاده از آن به دلیل زمان حمل محدود بود.

نوکلید26

منیزیم در زمین شناسی ایزوتوپی مانند کاربرد کاربرد پیدا کرده است .26

Mg یک محصول دختر پرتوزا است26

ال که نیمه عمر آن 717000 سال است. بیش از حد پایدار26

منیزیم در اجزای غنی از Ca-Al برخی از سنگهای کندریتی کربنی مشاهده شده است. این فراوانی غیرعادی به زوال والد آن نسبت داده می شود26

Al در اجزاء، و نتیجه نتیجه می گیرند که چنین شهاب سنگهایی در سحابی خورشیدی قبل از26

آل پوسیده شده بود. اینها از قدیمی ترین اجرام منومه شمسی هستند و حاوی اطلاعات ذخیره شده درباره تاریخ اولیه آن هستند.

رسم کردن متعارف است26

Mg /24

Mg در برابر نسبت Al/Mg. در تاریخ نگارش هم زمان، نسبت Al/Mg رسم شده است27

ال /24

Mg شیب isochron هیچ مهم سنی ندارد، اما نشان دهنده اولیه است26

ال /27

نسبت Al در نمونه در زمانی که سیستم ها از یک مخزن مشترک جدا شدند.

منیزیم هشتمین عنصر فراوان در پوسته زمین از نظر جرم است و در جایگاه هفتم با آهن در مولاریته قرار دارد. [در ذخایر بزرگ منیزیت، دولومیت، و سایر مواد معدنی و در آبهای معدنی، جایی که یون منیزیم محلول است، یافت می شود.

منیزیم در بیش از 60 ماده معدنی یافت می شود، اما تنها دولومیت، منیزیت، بروسیت، کارنالیت، تالک و الیوین از اهمیت تجاری دارند.

Mg2+

کاتیون دومین کاتیون فراوان در آب دریا است (حدود 1/8 جرم یون سدیم در یک نمونه مشخص)، که آب دریا و نمک را به منابع تجاری جذابی برای منیزیم تبدیل می کند. برای استخراج منیزیم، هیدروکسید کلسیم به آب دریا اضافه می شود تا هیدروکسید منیزیم رسوب کند .

MgCl

2+ Ca(OH)

2← Mg(OH)

2+ CaCl

2

هیدروکسید منیزیم ( بروسیت ) در آب کم محلول است و می توان آن را با فیلتراسیون جمع آوری کرد. با اسید هیدروکلریک به کلرید منیزیم واکنش می دهد .

Mg(OH)

2 + 2 HCl → MgCl

2 + 2 H

2 THE

از کلرید منیزیم، الکترولیز منیزیم تولید می کند.

تولید جهانی در سال 2017 تقریباً 1100 تن بود که عمده آن در چین (930 تن) و روسیه (60 تن) تولید شد. [ایالات متحده آمریکا در قرن بیستم تامین کننده اصلی این فلز در جهان بود و 45 درصد از تولید جهانی را حتی تا سال 1995 تامین کرد. تنها تولید کننده ایالات متحده در سال 2013 ترک کرد: US Magnesium، یک شرکت گروه Renco واقع در سواحل دریاچه نمک بزرگ .

در سپتامبر 2021، چینی را برای کاهش تولید منیزیم در نتیجه شروع دولت برای کاهش انرژی برای صنایع تولیدی انجام داد که باعث افزایش قابل توجه قیمت شد.

Process Pidgeon وProcess Bolzano مشابه هستند. در هر دو، منیزیم پیش ساز فلز منیزیم است. اکسید منیزیم به صورت محلول جامد با اکسید کلسیم از طریق کلسین ماده معدنی دولومیت که محلول جامد کربنات های کلسیم و منیزیم تولید می شود:

CaCO 3 · MgCO 3 → MgO · CaO + 2 CO 2

کاهش در دماهای بالا با سیلیکن اتفاق می افتد. از آلیاژ فروسیلیکون به جای سیلیکون خالص استفاده می شود زیرا مقرون به صرفه تر است. جزء آهن هیچ تاثیری بر واکنش ندارد و معادله ساده شده دارد: [ نیازمند منبع ]

MgO·CaO +Si → 2 Mg + Ca 2 SiO 4

اکسید کلسیم با سیلیکون به عنوان جاذب ترکیب می شود و سیلیکات کلسیم بسیار پایداری را تولید می کند. نسبت Mg/Ca پیش سازها را می توان با افزودن MgOیا CaOتنظیم کرد.

Process Pidgeon وBolzano در جزئیات گرمایش و پیکربندی راکتور متفاوت است. هر دو منیزیم گازی تولی می کنند که متراکم و جمع آوری می شود. Process Pidgeon بر تولید جهانی تسلط دارد. روش Pidgeon از نظر فنی پیچیده تر است و به دلایل شرایط رسوب تقطیر/بخار، یک محصول با خلوص بالا به راحتی قابل دستیابی است. چین معمولاً به طور کامل به فرآیند پیجون سیلیکوترمیک متکی است

نام منیزیم از لغت یونانی برای مکان‌های مربوط به قوم مغناطیس‌ها، یا ناحیه‌ای در تسلی به نام Magnesia یا Magnesia ad Sipylum، که اکنون در ترکیه گرفته شده است. مربوط به مگنتیت و منگنز است که آنها نیز از این ناحیه سرچشمه می گیرند و به عنوان مواد دیگری به تمایز نیاز دارند. برای این تاریخچه منگنز را ببینید .

در سال 1618، یک کشاورز در Epsom در انگلستان تلاش کرد تا آب گاوهای خود را از یک چاه ارائه دهد. گاوها به دلیل طعم تلخ آب از نوشیدن خودداری کردند، اما کشاورز متوجه شد که به نظر می رسد آب خراش ها و بثورات را بهبود می بخشد. ماده ای که از تبخیر آب به دست می آمد به نمک اپسوم معروف شد و شهرت آن فراگیر شد. در نهایت به عنوان سولفات منیزیم هیدراته، MgSO شناخته شد.

خود این فلز برای اولین بار توسط سر همفری دیوی در انگلستان در سال 1808 جدا شد. او از الکترولیز بر روی مخلوطی از منیزیم و اکسید جیوه استفاده کرد . Antoine Bussy آن را به شکل منسجمی در سال 1831 آماده کرد. پیشنهاد دیوی برای نام «مگنیوم» بود، اما نام منیزیم اکنون در بیشتر زبان های اروپایی استفاده می شود.