镁：历史，结构，性质，反应，用途 - 化学 - 2025

的镁是属于周期表的第2族的碱土金属。它的原子序数为12，用化学符号Mg表示。它是地壳中第八大最丰富的元素，约占其2.5％。

这种金属与其同类物和碱金属一样，在自然界中并不存在，而是与其他元素结合形成许多存在于岩石，海水和盐水中的化合物。

日常用镁制成的物品。资料来源：维基百科的Firetwister。

镁是矿物质的一部分，例如白云石（碳酸钙和碳酸镁），菱镁矿（碳酸镁），菱镁矿（六水合镁和氯化钾），水镁石（氢氧化镁）以及硅酸盐（例如滑石粉）中的一部分。黄绿。

它最丰富的天然来源是海洋，其丰度为0.13％，尽管大盐湖（1.1％）和死海（3.4％）的镁含量较高。有高含量的盐水，通过蒸发将其浓缩。

镁的名称可能源自镁质，镁质发现于希腊古代色萨利地区的镁质地区。虽然已经指出，磁铁矿和锰在同一地区发现。

镁在高于645°C的温度下会与氧气强烈反应。同时，镁粉在干燥的空气中燃烧，发出强烈的白光。因此，它被用作摄影中的光源。目前，该特性仍在烟火中使用。

它是生命的基本要素。已知它是300多种酶（包括几种糖酵解酶）的辅助因子。由于它与主要细胞能源ATP的产生有关，因此这是生命的重要过程。

同样，它是叶绿素中与血红蛋白血红素基团相似的复合物的一部分。这是一种参与光合作用实现的色素。

历史

承认

苏格兰化学家约瑟夫·布莱克（Joseph Black）在1755年认识到它是一种元素，并通过实验证明了它不同于钙，而钙是他们与之混淆的一种金属。

在这方面，布莱克写道：“通过实验我们已经看到，氧化镁（碳酸镁）是特殊地球和固定空气的混合物。”

隔离

1808年，汉普里·戴维爵士（Sir Humprey Davy）成功地通过电解将其分离，产生了镁和汞的汞齐。它是通过使用汞作为阴极电解湿硫酸盐来实现的。随后，它通过加热蒸发了汞齐中的汞，剩下了镁残留物。

法国科学家A. Bussy于1833年设法生产了第一批金属镁。为此，Bussy用金属钾还原了熔融氯化镁。

1833年，英国科学家迈克尔·法拉第（Michael Faraday）首次使用氯化镁电解来分离这种金属。

生产

1886年，德国的Aluminium und Magnesiumfabrik Hemelingen公司使用电解的熔融碱沸石（MgCl ₂ ·KCl·6H ₂ O）生产镁。

Hemelingen与Farbe工业园区（IG Farben）合作，成功开发了一种技术，该技术可生产大量用于电解的熔融氯化镁，以生产镁和氯。

第二次世界大战期间，陶氏化学公司（美国）和镁电子有限公司（英国）开始电解还原海水。从德克萨斯州的加尔维斯顿湾和北海抽到英国的哈特尔普尔，用于生产镁。

同时，安大略省（加拿大）根据LM Pidgeon工艺创建了一种生产工艺。该技术包括在外部烧制的杀菌罐中用硅酸盐对氧化镁进行热还原。

镁的结构和电子构型

镁以紧凑的六边形结构结晶，其中的每个原子都被十二个相邻原子包围。这使其比其他金属（例如锂或钠）致密。

它的电子结构是3s ²，具有两个价电子和十个内壳。与钠相比，通过具有多余的电子，其金属键变得更牢固。

这是因为原子更小，原子核又有一个质子。因此，它们对相邻原子的电子产生更大的吸引作用，使它们之间的距离缩小。另外，由于有两个电子，因此3s谱带已满，并且可以感觉到更多的原子核吸引力。

然后，Mg原子最终形成具有强金属键的致密六方晶体。这解释了它的熔点（650℃）比钠（98℃）高得多。

所有原子的所有3s轨道及其十二个相邻原子在晶体内的各个方向上都重叠，并且两个其他的电子随着两个电子的到来而离开。等等，而Mg ²⁺阳离子却无法产生。

氧化数

镁在形成化合物时会失去两个电子，并保留为Mg ²⁺阳离子，与稀有气体氖等电子。考虑到其在任何化合物中的存在，镁的氧化数均为+2。

另一方面，虽然不太常见，但可以形成Mg ⁺阳离子，它仅失去其两个电子之一，与钠等电子。当假定其存在于化合物中时，则称镁的氧化数为+1。

物产

外观

在氧化或与潮湿空气反应之前，呈纯净状态的亮白色固体。

原子质量

24.304克/摩尔

熔点

650°C的

沸点

1,091°C。

密度

在室温下为1.738 g / cm ³。Y 在熔融温度下为1.584g / cm ³；也就是说，液相的密度小于固相的密度，绝大多数化合物或物质就是这种情况。

熔化热

848 kJ /摩尔

汽化热

128 kJ /摩尔

摩尔热容量

24.869 J /（摩尔·K）。

蒸汽压力

在701 K：1 Pa；即，其蒸气压非常低。

电负性

鲍林标度为1.31。

电离能

第一级电离：1,737.2 kJ / mol（镁⁺气体）

第二级电离：1,450.7 kJ / mol（Mg ²⁺气体，需要的能量更少）

第三级电离：7,732.7 kJ / mol（Mg ³⁺气体，需要大量能量）。

原子无线电

160下午

共价半径

141±17下午

原子量

13.97 cm ³ /摩尔

热膨胀

在25°C下为24.8 µm / m·K。

导热系数

156瓦/平方米

电阻率

在20°C下为43.9nΩ·m

电导率

22.4×10 ⁶ S cm ³。

硬度

莫氏刻度为2.5。

命名法

金属镁没有其他归因名称。由于认为它们的化合物在大多数情况下具有+2的氧化数，因此使用储备命名法提及了其化合物，而无需在括号中表示该数目。

例如，MgO是氧化镁而不是氧化镁（II）。根据系统命名法，先前的化合物是：一氧化镁而不是一氧化镁。

在传统命名法方面，库存命名法会发生相同的事情：化合物的名称以相同的方式结尾；也就是后缀–ico。因此，根据该命名法，MgO为氧化镁。

否则，其他化合物可能具有或不具有通用名称或矿物名称，或者它们由有机分子（有机镁化合物）组成，其命名取决于分子结构和烷基（R）或芳基（Ar）取代基。

关于有机镁化合物，几乎所有它们都是通式为RMgX的格氏试剂。例如，BrMgCH ₃是甲基溴化镁。请注意，第一次接触时的命名似乎并不那么复杂。

形状

合金类

镁用于合金是因为它是轻金属，主要用于与铝的合金中，从而改善了这种金属的机械特性。它也已用于与铁的合金中。

但是，由于其在高温下容易腐蚀的趋势，因此在合金中的使用量有所下降。

矿物质和化合物

由于它具有反应性，因此在地壳中未发现其天然或元素形式。相反，它是许多化合物的一部分，这些化合物又位于约60种已知矿物中。

镁中最常见的矿物质有：

-白云石，钙和镁的碳酸盐，MgCO ₃ CaCO ₃

-菱镁矿，碳酸镁，CaCO ₃

-青铜矿，氢氧化镁，Mg（OH）₂

-carnalite，氯化镁钾，氯化镁₂ ·氯化钾·H ₂ O.

同样，它也可以是其他矿物质的形式，例如：

-硅藻土，硫酸镁，MgSO ₄ H ₂ O

-镁橄榄石，硅酸镁，MgSiO ₄

-Christoyl或石棉，另一种硅酸镁，Mg ₃ Si ₂ O ₅（OH）₄

-滑石粉，Mg ₃ Si ₁₄ O ₁₁₀（OH）₂。

同位素

在自然界中发现的镁是三种天然同位素的组合：²⁴ Mg，丰度为79％； Mg为79。²⁵ Mg，11％的丰度；和²⁶ Mg，丰度为10％。此外，还有19种人工放射性同位素。

生物作用

糖酵解

镁是所有生物必不可少的元素。人类每天摄入300-400毫克的镁。在成年人中，其身体含量为22至26 g，主要集中在骨骼中（60％）。

糖酵解是一系列反应，其中葡萄糖转化为丙酮酸，净产生2个ATP分子。丙酮酸激酶，己糖激酶和磷酸果糖激酶是糖酵解的酶，其中使用Mg作为激活剂。

脱氧核糖核酸

DNA由两条核苷酸链组成，两条核苷酸链的结构中带有负电荷的磷酸基团。因此，DNA链会受到静电排斥。Na ⁺，K ⁺和Mg ²⁺离子中和负电荷，从而防止链解离。

ATP

ATP分子具有带负电氧原子的磷酸基团。相邻的氧原子之间会发生电排斥，从而使ATP分子断裂。

因为镁与相邻的氧原子相互作用形成螯合物，所以不会发生这种情况。ATP-Mg是ATP的活性形式。

光合作用

镁对于光合作用至关重要，而光合作用是植物利用能量的主要过程。它是叶绿素的一部分，叶绿素的内部结构类似于血红蛋白的血红素基团。但中心是镁原子而不是铁原子。

叶绿素吸收光能并将其用于光合作用，将二氧化碳和水转化为葡萄糖和氧气。葡萄糖和氧气稍后用于产生能量。

生物

血浆镁浓度的降低与肌肉痉挛有关。心血管疾病，例如高血压；糖尿病，骨质疏松等疾病。

镁离子参与调节神经细胞中钙通道的功能。高浓度时，它会阻塞钙通道。相反，钙的减少会使钙进入细胞，从而激活神经。

这可以解释主要血管壁中肌肉细胞的痉挛和收缩。

在哪里找到和生产

镁不是自然界中的元素，而是海洋，岩石和盐水中约60种矿物质和多种化合物的一部分。

海洋中的镁含量为0.13％。由于其规模，海洋是世界上主要的镁储层。其他镁储集层是镁含量为1.1％的大盐湖（美国）和浓度为3.4％的死海。

镁矿物，白云石和菱镁矿是使用传统采矿方法从其矿脉中提取的。同时，在carnalite溶液中使用允许其他盐分上升到表面的溶液，使carnalite保持在背景中。

含镁的盐水通过太阳能加热在池塘中浓缩。

镁是通过两种方法获得的：电解法和热还原法（Pidgeon法）。

电解

在电解过程中可使用含有无水氯化镁，部分脱水的无水氯化镁或矿物无水碱沸石的熔融盐。在某些情况下，为避免污染天然褐煤，可使用人造褐煤。

氯化镁也可以按照陶氏公司设计的程序获得。在絮凝器中将水与略微煅烧的矿物白云石混合。

根据以下反应，通过添加氢氧化钙将混合物中存在的氯化镁转化为Mg（OH）₂：

MgCl ₂ + Ca（OH）₂ →Mg（OH）₂ + CaCl ₂

根据概述的化学反应，用盐酸处理沉淀的氢氧化镁，生成氯化镁和水：

镁（OH）₂ + 2 HCl→MgCl ₂ + 2 H ₂ O

然后，对氯化镁进行脱水处理直至达到25％的水合作用，从而在冶炼过程中完成脱水。电解温度在680到750ºC之间变化。

MgCl ₂ →Mg + Cl ₂

在阳极产生双原子氯，熔融镁漂浮到盐的顶部，在那里被收集。

热还原

镁晶体从蒸气中沉积出来。资料来源：Warut Roonguthai在Pidgeon工艺中，将经过研磨和煅烧的白云石与经精细研磨的硅铁混合，然后放入圆柱形镍铬铁-罐中。脱水缸放置在烤箱内，并与烤箱外的冷凝器串联。

该反应在1200℃的温度和13Pa的低压下发生。从冷凝器中除去镁晶体。产生的炉渣从the的底部收集。

2 CaO + 2 MgO + Si→2 Mg（气态）+ Ca ₂ SiO ₄（矿渣）

钙和镁的氧化物是通过煅烧白云石中存在的碳酸钙和碳酸镁而产生的。

反应

镁与酸特别是草酸剧烈反应。它与硝酸反应生成硝酸镁Mg（NO ₃）₂。同样，它与盐酸反应生成氯化镁和氢气。

镁不会与碱（例如氢氧化钠）反应。在室温下，它覆盖有一层不溶于水的氧化镁，可防止腐蚀。

除其他元素外，它还与氯，氧，氮和硫形成化学化合物。在高温下与氧气高度反应。

应用领域

-元素镁

合金类

镁合金已用于飞机和汽车。后者作为控制污染气体排放的要求是减轻机动车辆的重量。

镁的应用是基于其低重量，高强度和易于制造合金。应用包括手工工具，体育用品，照相机，电器，行李架，汽车零件，航空航天产品。

镁合金还用于飞机，火箭和太空卫星的制造中，以及用于快速和受控雕刻的光蚀刻中。

冶金

少量添加镁以铸造白铁，从而提高其强度和延展性。另外，将与石灰混合的镁注入液态高炉铁中，从而改善了钢的机械性能。

镁参与钛，铀和ha的生产。在Kroll工艺中，它充当四氯化钛的还原剂，生成钛。

电化学

镁用于干电池中，充当阳极，氯化银充当阴极。当镁在水的存在下与钢发生电接触时，会牺牲腐蚀，使钢保持完整。

船舶，储油罐，热水器，桥梁结构等中均存在这种类型的钢保护。

烟火

粉末或条状的镁燃烧，发出非常强烈的白光。此属性已用于军事烟火中，以通过火炬点燃火或点燃。

它的细分固体已用作燃料成分，尤其是在固体火箭推进剂中。

-化合物

碳酸镁

它用作锅炉和管道的绝热材料。由于它具有吸湿性并且可溶于水，因此可用于防止食盐在食盐器中压实，并且在食物调味期间不能正常流动。

氢氧化镁

它可以用作阻燃剂。溶于水，形成众所周知的氧化镁牛奶，一种白色混悬液，已用作抗酸剂和泻药。

氯化镁

它用于制造高强度地板水泥，以及用于纺织品的添加剂。此外，它还被用作豆浆中的絮凝剂以生产豆腐。

氧化镁

它用于制造耐火砖，以抵抗高温并用作隔热和电绝缘体。它也用作泻药和抗酸药。

硫酸镁

它在工业上用于制造水泥和肥料，鞣革和染色。它也是一种干燥剂。泻盐MgSO ₄ ·7H ₂ O被用作泻药。

-矿物质

滑石粉

它被视为莫氏硬度等级的最低硬度标准（1）。它在造纸和纸板生产中用作填充剂，并防止皮肤刺激和水合作用。它用于制造耐热材料，并用作化妆品中许多粉末的基础。

温石棉或石棉

它已被用作隔热材料，并在建筑业中用于制造天花板。目前，由于其肺癌纤维而未被使用。

参考文献

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