Magnez
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
sód ← magnez → glin | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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[3][a] | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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) |
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.
Spis treści
Występowanie[edytuj]
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]
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]:
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]
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]
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 wynosi 3000–3100 °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 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[15]:
- 2ROH + Mg → Mg(OR)2 + H2↑
Magnez reaguje też z halogenkami organicznymi z wytworzeniem związków Grignarda[16]:
Zastosowanie[edytuj]
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]
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]
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]
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[21].
Magnez a depresja[edytuj]
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 × 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]
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]
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]
Najbogatsze źródła (zawartość magnezu w 1 kg produktu)[31]:
- 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)[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
- ↑ Z uwagi na zmienność abundancji izotopów pierwiastka w naturze, podany został zakres wartości masy atomowej dla naturalnych źródeł tego pierwiastka.
Przypisy
- ↑ a b Informacje o klasyfikacji i oznakowaniu substancji według Rozporządzenia (WE) nr 1272/2008, zał. VI, z uwzględnieniem Rozporządzeń ATP: Magnez w wykazie klasyfikacji i oznakowania Europejskiej Agencji Chemikaliów. [dostęp 2015-04-10].
- ↑ Magnez (ang.). Karta charakterystyki produktu Sigma-Aldrich (Merck KGaA) dla Stanów Zjednoczonych. [dostęp 2011-10-02].
- ↑
Juris Meija, Tyler B. Coplen, Michael Berglund, Willi A. Brand i inni. Atomic weights of the elements 2013 (IUPAC Technical Report). „Pure and Applied Chemistry”. 88 (3), s. 265–291, 2016. DOI: 10.1515/pac-2015-0305.
- ↑ Magnez – podsumowanie (ang.). PubChem Public Chemical Database.
- ↑ Magnez. Karta charakterystyki produktu Sigma-Aldrich (Merck KGaA) dla Polski. [dostęp 2011-10-02].
- ↑ a b c d e f Stanisław Tołłoczko, Wiktor Kemula: Chemia nieorganiczna z zasadami chemii ogólnej. Warszawa: PWN, 1954, s. 405–406.
- ↑ a b c d Encyklopedia techniki CHEMIA. Warszawa: WNT, 1965.
- ↑ a b c d e Adam Bielański: Chemia ogólna i nieorganiczna. Warszawa: PWN, 1981, s. 516–518. ISBN 83-01-02626-X.
- ↑ a b Mały słownik chemiczny. Jerzy Chodkowski (red.). Wyd. V. Warszawa: Wiedza Powszechna, 1976.
- ↑ Laurel M. Sheppard. Using „corrosion” to make ceramics. „Chemical Innovation”. 31 (11), s. 23–30, 2001.
- ↑ 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.).
- ↑ a b Adam Bielański: Podstawy chemii nieorganicznej. Wyd. 5. Warszawa: PWN, 2002, s. 797–798. ISBN 83-01-13654-5.
- ↑ Magnesium (powder). W: International Chemical Safety Cards [on-line]. International Programme on Chemical Safety. [dostęp 2014-08-10].
- ↑ 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.
- ↑ Arthur I. Vogel: Preparatyka Organiczna. Warszawa: Wydawnictwo Naukowo Techniczne, 1964, s. 168–171.
- ↑ J.D. Roberts, M.C. Caserio: Chemia organiczna. Warszawa: PWN, 1969, s. 360–363.
- ↑ Struktury stopów metali lekkich (Al, Mg i Ti). [dostęp 2016-03-08]. [zarchiwizowane z tego adresu].
- ↑ 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.
- ↑ L.J. Chandler, N.J. Guzman, C. Sumners, F.T. 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.
- ↑ T.D. Murray, A. Berger. Alcohol withdrawal. „Va Med Q”. 124 (3), s. 184–187, 1997. PMID: 9227048.
- ↑ M.P. Guerrera, S.L. Volpe, J.J. Mao. Therapeutic uses of magnesium. „Am Fam Physician”. 80 (2), s. 157–162, 2009. PMID: 19621856.
- ↑ F.N. Jacka, S. Overland, R. Stewart, G.S. 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.
- ↑ K. Wilson, V. Brakoulias. Magnesium intake and depression. „Aust N Z J Psychiatry”. 43 (6), s. 580, 2009. PMID: 19452662.
- ↑ a b D.V. Iosifescu, N.R. Bolo, A.A. Nierenberg, J.E. 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.
- ↑ a b G.A. Eby, K.L. 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.
- ↑ 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.
- ↑ 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.
- ↑ G.A. Eby, K.L. 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.
- ↑ M. Nechifor. Magnesium in major depression. „Magnes Res”. 22 (3), s. 163S-166S, 2009. DOI: 10.1684/mrh.2009.0177. PMID: 19780403.
- ↑ 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.
- ↑ Magnez wzmacnia mięśnie i koi nerwy – bezsenność, czekolada, magnez, mięśnie, nerwy – Żywienie – poradnikzdrowie.pl.
- ↑ 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]
- 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
Układ okresowy pierwiastków | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | 12 | 13 | 14 | 15 | 16 | 17 | 18 | ||||||||||||||||||||||||||
1 | H | He | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
2 | Li | Be | B | C | N | O | F | Ne | |||||||||||||||||||||||||||||||||||
3 | Na | Mg | Al | Si | P | S | Cl | Ar | |||||||||||||||||||||||||||||||||||
4 | K | Ca | Sc | Ti | V | Cr | Mn | Fe | Co | Ni | Cu | Zn | Ga | Ge | As | Se | Br | Kr | |||||||||||||||||||||||||
5 | Rb | Sr | Y | Zr | Nb | Mo | Tc | Ru | Rh | Pd | Ag | Cd | In | Sn | Sb | Te | I | Xe | |||||||||||||||||||||||||
6 | Cs | Ba | La | Ce | Pr | Nd | Pm | Sm | Eu | Gd | Tb | Dy | Ho | Er | Tm | Yb | Lu | Hf | Ta | W | Re | Os | Ir | Pt | Au | Hg | Tl | Pb | Bi | Po | At | Rn | |||||||||||
7 | Fr | Ra | Ac | Th | Pa | U | Np | Pu | Am | Cm | Bk | Cf | Es | Fm | Md | No | Lr | Rf | Db | Sg | Bh | Hs | Mt | Ds | Rg | Cn | Uut | Fl | Uup | Lv | Uus | Uuo | |||||||||||
|