Magnezij

Magnezij je kemijski element atomskog (rednog) broja 12 i atomske mase 24,3050(6). U periodnom sustavu elemenata predstavlja ga simbol Mg. Hrvatski stari naziv za magnezij je gorčik.

Svojstva, osobine i rasprostranjenost

Kemijski element 2. skupine periodnoga sustava elemenata, sjajna srebrno bijela kovina. Mekan je i plastičan, pa se može kovati, lijevati i valjati u limove i žice. Na zraku brzo potamni zbog nastajanja tankoga zaštitnoga sloja oksida.

Magnezij ne reagira burno s vodom, a otapa se samo u vrućoj vodi. Od zemnoalkalijskih metala, magnezij i berilij nisu baš pretjerano agresivni. Magnezij je sličan aluminiju ili srebru (malo je tamniji), ali je više reaktivniji od aluminija (u pirotehnici nadasve).

Dobro je topljiv u kiselinama, osim u fluorovodičnoj i koncentriranoj sumpornoj kiselini, te u smjesi sumporne i dušične kiseline, a u lužinama nije topljiv. Snažan je reducens koji može reducirati mnoge metalne okside.

Magnezij je vrlo rasprostranjen u prirodi i zauzima osmo mjesto po količini rasprostranjenosti elementa u sastavu Zemljine kore, s udjelom od 2% od ukupne količine tvari. Ime u hrvatskom rječniku dobio je prema imenu maloazijskog grada Magnesia ad Sipylum i izvedenice iz srednjovjekovnog latinskog; magnesia/magnesium. Stabilni izotopi s masenim brojevima 24, 25 i 26.

U prirodi ga ne nalazimo u elementarnom stanju, već je vrlo raširen u spojevima, a najčešće u obliku oksida (MgO). Najčešće se nalazi u različitim silikatima, iz kojih se uglavnom ne dobiva. Sastojak je mnogih minerala i stijena, napose silikatnih (serpentin ((Mg, Fe)₃Si₂O₅(OH)₄), olivin, azbest i dr.) i karbonatnih (magnezit (MgCO₃), dolomit(CaCO₃ x MgCO₃)). Mnogi minerali sadrže magnezij (karnalit (KCl x MgCl₂ x 6 H₂O), kainit, kizerit, šenit).

Nalazimo ga i u biljkama, gdje je bitan sastojak klorofila (biljnog pigmenta koji sudjeluje u procesu fotosinteze) i životinjama (u kostima, krvi i mlijeku).

Ima ga u prirodnim vodama, osobito u morskoj, gdje se nalaze goleme količine u obliku iona Mg²⁺, u štasfurtskim solima, koje su nastale taloženjem iz nekadašnjeg mora. Magnezij je prvi metal dobiven iz mora. U moru je treći element po količini otopljen u jednoj mjeri morske vode. U 1 l morske vode ima oko 1,3g iona Mg²⁺ i 0,4g iona Ca²⁺.

Dobivanje i uporaba metalnog magnezija

Magnezij je godine 1808. otkrio Sir Humphry Davy.

Magnezij se industrijski proizvodi uglavnom elektrolizom taline (rastaljenoga) bezvodnoga magnezijeva klorida (MgCl₂), koji se dobiva iz magnezita, dolomita ili morske vode.

Elementarni magnezij upotrebljava se također u fotografiji (za bljeskalice), u proizvodnji el. baterija, za proizvodnju novca (kovanica), u pirotehnici, proizvodnji pigmenata, specijalnih vodootpornih opeka, u vojne svrhe kao sastojak zapaljivih smjesa za osvjetljivanje ciljeva pri zračnim napadima, itd. U kemijskoj industriji, magnezij se upotrebljava kao redukcijsko sredstvo.

Magnezijevi poznati spojevi

Magnezij i njegovi spojevi upotrebljavaju se najviše za proizvodnju lakih slitina, te pri sintezama organskih spojeva (kao npr. tzv. Gringnardov reagens). Od organskih spojeva magnezija, posebno mjesto zauzimaju magnezijevi alkil-halogenidi, poznati kao Grignardovi reagensi (npr. metilmagnezijev jodid; CH₃MgI), koji su od velike važnosti u organskoj sintezi.

Magnezijevi spojevi u čistom su stanju uglavnom bijele ili bezbojne tvari. Tehnički su važni:

Magnezijev oksid (MgO) tvori mineral periklas. Bijel je i vrlo lagan prah slabo topljiv u vodi. Žarenjem pri temperaturi 800-900 °C daje tzv. kaustični oksid (MgO) koji se koristi za dobivanje magnezijevog cementa i pri izradi običnoga cementa. Zagrijavanjem do oko 1600-1700 °C nastaje tzv. magnezijeva paljena boja (MgO), viskozan prah, koji ne očvršćuje djelovanjem vode, a upotrebljava se za izradu vatrostalnih opeka.

I sam sinterirani (vrlo čisti) MgO u obliku finog praha dodaje se većini visokovrijednih oksidnih keramika, koja ima određene primjene u elektrotehnici jer ima dobru toplinsku provodljivost i izuzetno je dobar električni izolator. U procesu sinteriranja pospješuje i kontrolira proces sinteriranja i rast kristalnih zrna tijekom procesa.

Dobiven iz prirodnoga magnezita, rabi se kao bazični vatrostalni materijal za metalurške peći (izradbu vatrostalnih opeka), a dobiven kao prah žarenjem taloženoga bazičnoga karbonata (magnesia usta) upotrebljava se protiv viška kiseline u želucu, kao posip za rane, itd., ali često u smjesi s magnezijevim peroksidom. Također se koristi u gimnastici za mazanje ruku pri radu na spravama.

Dobiva se žarenjem hidroksida, karbonata ili nitrata na zraku. Magnezijev oksid se također dobiva i izgaranjem magnezija, ali problem je što tako nastaje i malo magnezijevog nitrida.

Magnezijev peroksid (MgO₂) se dobije djelovanjem vodikova peroksida na MgO.
Magnezijev karbonat (MgCO₃) u prirodi se nalazi kao mineral magnezit i u smjesi s kalcijevim karbonatom kao dolomit. Dodavanjem natrijeva karbonata otopini magnezijeva sulfata (gorka sol), iztaloži se bazični magnezijev karbonat (magnesia usta), koji, osušen, tvori bijeli prah/prašak. Rabi se za proizvodnju drugih spojeva magnezija, kao zubni prašak, punilo za boje s magnezijevim hidroksidom (tzv. magnezijeva bijela boja; 3 MgCO₃ x Mg(OH)₂), papir, kaučuk, i dr. U medicini se koristi protiv viška kiseline, za arsenov oksid (As₂O₃, mišomor) i metalne soli, kao posip za rane, itd.
Magnezijev hidroksid (Mg(OH)₂, mineral brucit) se dobiva žarenjem magnezijevog karbonata na oko 800 °C. Otapa se u kiselinama dajući magnezijeve soli. Upotrebljava se kao sredstvo za neutralizaciju slabih kiselina i koristi se u slučaju trovanja kiselinama.
Magnezijev nitrat (Mg(NO₃)₂ x 6 H₂O) se koristi kao umjetno gnojivo.
Magnezijev klorid (MgCl₂ x 6 H₂O) su vrlo higroskopni kristali gorka okusa, a dobivaju se iz karnalita ili otapanjem magnezijeva hidroksida, odnosno karbonata, u klorovodičnoj kiselini, također djelovanjem klora na užarenu smjesu magnezijeva oksida, odnosno oksiklorida i ugljena. Služi za proizvodnju magnezija, za dobivanje magnezijskoga cementa i proizvoda od njega, za konzerviranje željezničkih pragova, kao sredstvo za vezanje prašine, za gašenje vatre i dr.
Magnezijev sulfat heptahidrat (MgSO₄ x 7 H₂O, gorka sol, episomit, epsomit, epsonova sol, epsomska sol, magnezijeva galica) se nalazi u nekim mineralnim vodama, a dobiva se prekristalizacijom kizerita (MgSO₄ x H₂O) ili otapanjem magnezita u sumpornoj kiselini. Hidratizirani magnezijev sulfat se koristi u proizvodnji cementa, služi za otežavanje svile, za impregnaziju tkanina, kao punilo za papir, kao močilo u bojadisarstvu. Također se koristi kao laksativ u medicini (trudnice ga koriste), i u veterinarnicama (za razne životinje), gdje u prodaju dolazi u kristalima ili u tabletama, a služi protiv bola u mišićima. Najviše se koristi kao umjetno gnojivo.
Magnezijev fluorid (MgF) se koristi u obliku tankog sloja na fotografskim lećama, jer smanjuje refleksiju svjetlosti s njihove površine (tzv. modra optika).
Magnezijev silikofluorid (MgSiF₂) je topljiv u vodi, služi za otvrdnjavanje betona i impregnaciju drva.
Magnezijev stearat (vrlo često nazvan stereat) se dodaje puderima, a u industriji gume, polimernih materijala, olovaka i dr., služi kao sredstvo za matiranje, zgušnjavanje mase, smanjenje zapaljivosti, olakšanje klizanja, kao mazivo pod visokim tlakom, i dr.

Legure (i slitine) i njihova primjena

Magnezij s lakim kovinama tvori plastične slitine male gustoće, koje dobro podnose dinamička opterećenja i lako se lijevaju, pa se najčešće upotrebljavaju za izradbu dijelova zrakoplova, raketa, svemirskih letjelica, radioaparata, fotoaparata, trkaćih bicikala i sl., ali i za katodnu zaštitu čelika, bakra i bakrenih slitina, kao anode u suhim baterijama, te za proizvodnju baterija u raketnim sustavima.
Magnezijeve slitine sadrže najčešće aluminij (do 10%), cink i mangan (od svakoga 0,3 do 2,5%), rjeđe silicij, cerij, titanij, berilij, bakar i kadmij. Te su slitine najlakši materijal koji se upotrebljava u tehnici (gustoća 1,7 do 2,0 g/cm³), imaju razmjerno dobra mehanička i tehnološka svojstva, a nedostatak im je slaba otpornost prema koroziji. Prerađuju se gnječenjem i lijevanjem i obrađuju rezanjem. Duraluminij sadrži 0,5 – 2 % magnezija. Vrlo tvrda legura (triput tvrđa od običnoga čelika, a lakša od njega), otporna na udarce, pa se rabi u građevinarstvu, za izradu prijevoznih sredstava, za oplatu aviona i okvire trkaćih bicikala.

Demonstracijski pokus: Gorenje magnezija

OPREZ! Zbog štetnosti UV zračenja u plamen se ne smije gledati izravno, već kroz crne naočale ili začađeno staklo!

Vrlo je reaktivan, pa zapaljen na zraku (u kisiku) izgara u oksid (MgO), uz pojavu blještave bijele svjetlosti i oslobađanje velike količine topline. Gorenjem nastaje bijela čvrsta tvar, magnezijev oksid.
Jednadžba kemijske reakcije je:

2Mg(s) + O₂(g) --> 2MgO(s)

Atomi magnezija povezani su međusobno metalnom vezom, atomi kisika kovalentnom vezom, a nastalom magnezijevom oksidu veza je ionska. I u ovoj kemijskoj reakciji došlo je do kidanja postojećih i nastajanja novih kemijskih veza. Iz pokusa i mnogobrojnih primjera iz svakodnevnog života može se zaključiti da sve kemijske, kao i fizikalne promjene, prati promjena energije.
Tvari, primjerice metan i magnezij imaju različitu potencijalnu energiju, koja proizlazi iz različitih kemijskih veza između atoma, pa se zato i naziva kemijska energija.

Zanimljivosti

Legirani magnezij prvi je puta primijenjen u automobilskoj industriji 1921.g. L. Chevrolet je u trkaći automobil „Ford“ ugradio ventile od slitine magnezija s aluminijem i cinkom, što je znatno poboljšalo rad motora na automobilskim trkama.