Historique du magnésium, structure, propriétés, réactions, utilisations

Il magnésium C'est un métal alcalin autre qui appartient au groupe 2 du tableau périodique. Son nombre atomique est de 12 et est représenté avec le symbole chimique MG. C'est le huitième élément le plus abondant de la croûte terrestre, environ 2,5% de la même.

Ce métal, comme ses poivrons et ses métaux alcalins, ne se trouve pas dans la nature dans un état indigène, mais est combiné avec d'autres éléments pour former de nombreux composés présents dans les rochers, l'eau de mer et la saumure.

Objets de tous les jours à base de magnésium. Source: Wikipedia Firetwister.

Le magnésium fait partie de minéraux tels que la dolomite (calcium et carbonate de magnésium), la magnésite (carbonate de magnésium), la carnalite (chlorure de magnésium et le potassium hexahydrate), la bruce (hydroxyde de magnésium) et les silicats tels que TALC et les talcs l'olivino.

Sa source naturelle la plus riche pour son extension est la mer qui a une abondance de 0,13%, bien que le grand lac salé (1,1%) et la mer Morte (3,4%) aient une concentration de magnésium majeur. Il y a des salmuelas avec une teneur élevée, qui est concentrée par évaporation.

Le nom du magnésium dérive probablement de la magnésita, trouvée dans la magnésie, dans la région de Tessaly, la région ancienne de Grèce. Cependant, il a été souligné que la magnétite et le manganèse ont été trouvés dans la même région.

Le magnésium réagit fortement avec l'oxygène à des températures supérieures à 645 ºC. Pendant ce temps, la poussière de magnésium brûle dans l'air sec, émettant une lumière blanche intense. Pour cette raison, il a été utilisé comme source de lumière en photographie. Actuellement, cette propriété est toujours utilisée en pyrotechnie.

C'est un élément principal pour les êtres vivants. Il est connu qu'il s'agit d'un cofacteur pour plus de 300 enzymes, dont plusieurs enzymes de glycolyse. Il s'agit d'un processus vital pour les êtres vivants pour leur relation avec la production d'ATP, la principale source d'énergie cellulaire.

Il fait également partie d'un complexe similaire à l'hémo d'hémoglobine, présent dans la chlorophylle. C'est un pigment qui intervient dans la réalisation de la photosynthèse.

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Histoire

Reconnaissance

Joseph Black, un chimiste écossais, en 1755, le reconnaissait comme un élément, démontrant expérimentalement qu'il était différent du calcium, métal avec lequel ils l'ont confondu.

À cet égard, Black a écrit: "Nous voyons par expérience que la magnésia alba (carbonate de magnésium) est un composé d'une terre particulière et d'un air fixe".

Isolement

En 1808, Sir Humprey Davy a réussi à l'isoler en utilisant l'électrolyse pour produire un amalgame de magnésium et de mercure. Il a réussi en électrolant son sel de sulfate humide avec l'utilisation du mercure comme cathode. Par la suite, il a évaporé le mercure de La Malgama en se réchauffant, laissant le résidu de magnésium.

POUR. Bussy, un scientifique français, a réussi à produire le premier magnésium métallique en 1833. Pour ce faire, Bussy a produit la réduction du chlorure de magnésium fondu avec du potassium métallique.

En 1833, le scientifique britannique Michael Faraday a utilisé pour la première fois l'électrolyse du chlorure de magnésium pour l'isolation de ce métal.

Production

En 1886, la société allemande en aluminium UND Magnésiumfabrik Hemelingen a utilisé l'électrolyse carnalite (MGCL₂· KCL · 6H₂O) fondu pour produire du magnésium.

Hemelingen, associé au complexe industriel de Farbe (IG Farben), a réussi à développer une technique pour produire de grandes quantités de chlorure de magnésium fondu pour la soumettre à l'électrolyse pour la production de magnésium et de chlore.

Pendant la Seconde Guerre mondiale, la Dow Chemical Company (USA) et le magnésium Elektron Ltd (Royaume-Uni) ont commencé à réduction électrolytique de l'eau de mer; Pumaada de Galveston Bay, Texas et en mer du Nord à Hartlepool, en Angleterre, pour la production de magnésium.

Dans le même temps, en Ontario (Canada), une technique est créée pour la produire en fonction du processus L. M. Pidgeon. La technique se compose de la réduction thermique de l'oxyde de magnésium avec des silicates dans les rendements externes d'allumage.

Structure et configuration électroniques en magnésium

Le magnésium cristallise dans une structure hexagonale compacte, où chacun de ses atomes est entouré de douze voisins. Cela le rend dense que les autres métaux, comme le lithium ou le sodium.

Sa configuration électronique est [NE] 3S², Avec deux électrons de valence et dix en couche interne. En ayant un électron supplémentaire par rapport au sodium, sa liaison métallique devient plus forte.

En effet, l'atome est plus petit et son noyau a un proton de plus; Par conséquent, ils exercent un plus grand effet d'attraction sur les électrons des atomes voisins, qui contracte les distances entre eux. De plus, comme il y a deux électrons, la bande 3S résultante est pleine et est capable de ressentir encore plus l'attraction des noyaux.

Peut vous servir: élément chimique

Ensuite, les atomes de Mg finissent par s'asseoir un cristal hexagonal dense et avec une forte liaison métallique. Cela explique son point de fusion beaucoup plus élevé (650 ° C) que le sodium (98 ºC).

Les orbitales de 3s de tous les atomes et leurs douze voisins se chevauchent dans toutes les directions à l'intérieur du verre, et les deux électrons vont tandis que deux autres viennent; Ainsi, sans que les cations Mg puissent provenir²⁺.

Nombres d'oxydation

Le magnésium peut perdre deux électrons lorsqu'il forme des composés et rester en tant que cation mg²⁺, qui est isoléctronique au gaz néon noble. Lorsque l'on considère sa présence dans n'importe quel composé, le nombre d'oxydation du magnésium est +2.

D'un autre côté, et bien que moins commun, le cation Mg peut être formé⁺, qui n'a perdu qu'un de ses deux électrons et est isoléctronique de sodium. Lorsque sa présence est supposée dans un composé, il est dit que le magnésium a un nombre d'oxydation de +1.

Propriétés

Apparence physique

Solide blanc brillant dans son état le plus pur, avant d'oxyder ou de réagir avec l'air humide.

Masse atomique

24 304 g / mol.

Point de fusion

650 ºC.

Point d'ébullition

1.091 ºC.

Densité

1 738 g / cm³ à température ambiante. Et 1 584 g / cm³ à la température de fusion; c'est-à-dire que la phase liquide est moins dense que le solide, comme avec la grande majorité des composés ou des substances.

Chaleur de fusion

848 kJ / mol.

Chaleur de vaporisation

128 kJ / mol.

Capacité calorique molaire

24 869 J / (mol · k).

La pression de vapeur

À 701 K: 1 PA; c'est-à-dire que votre pression de vapeur est très basse.

Électronégativité

1.31 sur l'échelle Pauling.

Énergie d'ionisation

Premier niveau d'ionisation: 1.737,2 kJ / mol (mg⁺ gazeux)

Deuxième niveau d'ionisation: 1.450,7 kJ / mol (mg²⁺ Gazeux et nécessite moins d'énergie)

Troisième niveau d'ionisation: 7.732.7 kJ / mol (mg³⁺ Gazeux et nécessite beaucoup d'énergie).

Radio atomique

160 h.

Radio-covalent

141 ± 17 h

Volume atomique

13,97 cm³/ mol.

Dilatation thermique

24,8 µm / m · k à 25 ° C.

Conductivité thermique

156 w / m · k.

Résistivité électrique

43.9 nΩ · m à 20 ºC.

Conductivité électrique

22,4 × 10⁶ S · cm³.

Dureté

2,5 sur l'échelle Mohs.

Nomenclature

Le magnésium métallique manque d'autres noms attribués. Ses composés, car dans la plupart, ils ont un nombre d'oxydation de +2, sont mentionnés en utilisant la nomenclature des stocks sans avoir besoin d'exprimer ledit numéro entre parenthèses.

Par exemple, le MGO est l'oxyde de magnésium et pas d'oxyde de magnésium (II). Selon la nomenclature systématique, le composé précédent devient: monoxyde de magnésium et monoxyde non-miniagnésium.

La même chose se produit du côté de la nomenclature traditionnelle qu'avec le stock de nomenclature: les noms des composés se terminent de la même manière; c'est-à-dire avec le suffixe -ico. Ainsi, le MGO est l'oxyde magnétique, selon cette nomenclature.

Parmi les autres, les autres composés peuvent avoir ou non des noms communs ou minéralogiques, ou se composent de molécules organiques (composés organomagnesium), dont la nomenclature dépend de la structure moléculaire et des substituants alquiliques (R) ou ARLIC (AR) (AR).

En ce qui concerne les composés organomagnésium, presque tous sont des réactifs Grignard avec la formule générale RMGX. Par exemple, brmgch₃ C'est le bromure de magnésium metil. Notez que la nomenclature ne semble pas si compliquée dans un premier contact .

Formes

Alliages

Le magnésium est utilisé dans les alliages car il s'agit d'un métal léger, utilisé principalement dans les alliages en aluminium, ce qui améliore les caractéristiques mécaniques de ce métal. Il a également été utilisé dans les alliages avec du fer.

Cependant, il a refusé son utilisation dans les alliages en raison de sa tendance à fonctionner à des températures élevées.

Minéraux et composés

En raison de sa réactivité, il ne se trouve pas dans le cortex terrestre sous une forme native ou élémentaire. Il fait plutôt partie de nombreux composés chimiques, qui sont situés dans une 60 minérale connue.

Parmi les minéraux de magnésium les plus courants figurent:

-Dolomita, carbonate de calcium et de magnésium, MGCO₃·Voleur₃

-Magnésita, carbonate de magnésium, caco₃

-Brucita, un hydroxyde de magnésium, Mg (OH)₂

-Carnalita, un chlorure de magnésium et de potassium, MGCL₂· KCL · H₂SOIT.

De plus, il peut prendre la forme d'autres minéraux tels que:

-Kieserita, un sulfate de magnésium, MGSO₄· H₂SOIT

-Forsterita, un silicate de magnésium, mgsio₄

-Chrystyle ou amiante, un autre silicate de magnésium, mg₃Ouais₂SOIT₅(OH)₄

-Talc, mg₃Ouais₁₄SOIT₁₁₀(OH)₂.

Isotopes

Le magnésium se trouve dans la nature comme une combinaison de trois isotopes naturels: ²⁴Mg, avec une abondance de 79%; ²⁵Mg, avec une abondance de 11%; et le ²⁶Mg, avec une abondance de 10%. De plus, il y a 19 isotopes radioactifs artificiels.

Papier biologique

Glycolyse

Le magnésium est un élément essentiel pour tous les êtres vivants. Les êtres humains ont une consommation quotidienne de 300 à 400 mg de magnésium. Sa teneur en corps se situe entre 22 et 26 g, chez un être humain adulte, concentré principalement sur le squelette osseux (60%).

Peut vous servir: turbidimétrie

La glycolyse est une séquence de réactions dans lesquelles le glucose est transformé en acide pyruvique, avec une production nette de 2 molécules d'ATP. Le pyruvate kinase, l'hexoquinase et la phosphofruction kinase sont des enzymes, entre autres, de la glycolyse qui utilisent Mg comme activateur.

ADN

L'ADN est formé par deux chaînes nucléotidiques qui ont chargé négativement des groupes de phosphate dans leur structure; Par conséquent, les chaînes d'ADN connaissent une répulsion électrostatique. Na ions⁺, K⁺ et mg²⁺, Neutraliser les charges négatives, en évitant la dissociation des chaînes.

ATP

La molécule d'ATP a des groupes de phosphate avec des atomes d'oxygène chargés négativement. Parmi les atomes d'oxygène voisins, il y a une répulsion électrique qui pourrait diviser la molécule ATP.

Cela ne se produit pas parce que le magnésium interagit avec les atomes d'oxygène voisins, formant un chelato. On dit que l'ATP-MG est la forme active de l'ATP.

Photosynthèse

Le magnésium est essentiel pour la photosynthèse, processus central dans l'utilisation de l'énergie par les plantes. Il fait partie de la chlorophylle, qui se présente à l'intérieur d'une structure similaire au groupe HEM de l'hémoglobine; Mais avec un atome de magnésium au centre au lieu d'un fer.

La chlorophylle absorbe l'énergie lumineuse et l'utilise dans la photosynthèse pour convertir le dioxyde de carbone et le glucose et le dioxyde d'oxygène. Le glucose et l'oxygène sont ensuite utilisés dans la production d'énergie.

Organisme

Une diminution de la concentration plasmatique de magnésium est associée à des spasmes musculaires; maladies cardiovasculaires, comme l'hypertension; diabète, ostéoporose et autres maladies.

L'ion de magnésium intervient dans la régulation du fonctionnement des canaux calciques dans les cellules nerveuses. À des concentrations élevées, bloquez le canal calcique. Au contraire, une diminution du calcium produit une activation nerveuse en permettant à la calcium de saisir dans les cellules.

Cela expliquerait le spasme et la contraction des cellules musculaires des parois des principaux vaisseaux sanguins.

Où est et la production

Le magnésium ne se trouve pas dans la nature dans un état élémentaire, mais faisant partie d'environ 60 minéraux et de nombreux composés, situés dans la mer, les rochers et les salmueras.

La mer a une concentration en magnésium de 0,13%. En raison de son extension, la mer est le principal réservoir mondial du magnésium. Les autres réservoirs de magnésium sont le grand lac Salt (États-Unis), avec une concentration de magnésium de 1,1%, et la mer Morte, avec une concentration de 3,4%.

Les minéraux en magnésium de dolomite et de magnésite sont extraits de leurs veines en utilisant des méthodes d'exploitation traditionnelles. Entre-temps, dans les solutions de carnalite, des solutions sont utilisées qui permettent aux autres sels d'aller à la surface, en gardant le carnalite en arrière-plan.

Les salmuelas contenant du magnésium sont concentrés dans des étangs en utilisant le chauffage solaire.

Le magnésium est obtenu par deux méthodes: l'électrolyse et la réduction thermique (processus Pidgeon).

Électrolyse

Dans les processus d'électrolyse, les sels en fusion contenant ou le chlorure de magnésium anhydre, le chlorure de magnésium anhydre partiellement déshydraté sont utilisés, ou l'anhydra minéral carnalite. Dans certaines circonstances pour éviter la contamination du carnalite naturelle, artificiel est utilisé.

Vous pouvez également obtenir du chlorure de magnésium après la procédure conçue par la société Dow. L'eau est mélangée dans un floculateur avec le minerai de dolomite légèrement calciné.

Le chlorure de magnésium présent dans le mélange est transformé en Mg (OH)₂ par l'ajout d'hydroxyde de calcium, selon la réaction suivante:

MGCL₂    +     Ca (oh)₂    → Mg (OH)₂       +        Cacl₂

L'hydroxyde de magnésium précipité est traité avec de l'acide chlorhydrique, produisant du magnésium et du chlorure d'eau, selon la réaction chimique schématisée:

Mg (oh)₂     +       2 HCL → MGCL₂     +       2 h₂SOIT

Ensuite, le chlorure de magnésium est soumis à un processus de déshydratation pour atteindre une hydratation de 25%, terminant la déshydratation pendant le processus de fonderie. L'électrolyse est effectuée à une température qui varie entre 680 et 750 ºC.

MGCL₂      → Mg + Cl₂

Le chlore diatomique est généré dans l'anode et le magnésium fondu flotte dans le haut des sels, où il est collecté.

Réduction thermique

Cristaux de magnésium déposés avec leurs vapeurs. Source: Warut Roonguthai [CC BY-SA 3.0 (https: // CreativeCommons.Org / licences / by-sa / 3.0)] Dans le processus Pidgeon, le sol et la dolomite calcinée sont mélangés avec du ferrosilicio finement moulu et placé dans le nickel-chrome cylindrique. Les retraces sont placées à l'intérieur d'un four et sont en série avec des condensateurs situés à l'extérieur du four.

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La réaction se produit à une température de 1200 ºC et à une basse pression de 13 PA. Les cristaux de magnésium se retirent des condenseurs. L'écumage produit est collecté à l'arrière-plan des retours.

2 Cao +2 Mgo + Si → 2 mg (gaz) + Ca₂Sio₄ (déchets humains)

Les oxydes de calcium et de magnésium sont produits par la calcination du calcium et des carbonates de magnésium présents chez Dolomita.

Réactions

Le magnésium réagit vigoureusement avec les acides, en particulier avec les oxacides. Sa réaction avec l'acide nitrique produit du nitrate de magnésium, Mg (non₃)₂. De la même manière, il réagit avec l'acide chlorhydrique pour produire du magnésium et du chlorure d'hydrogène.

Le magnésium ne réagit pas avec les alcalis, comme l'hydroxyde de sodium. À température ambiante, une couche d'oxyde de magnésium est recouverte, insoluble dans l'eau, qui la protège de la corrosion.

Former des composés chimiques, entre autres éléments, avec du chlore, de l'oxygène, de l'azote et du soufre. Il est très réactif avec l'oxygène à des températures élevées.

Applications

- Magnésium élémentaire

Alliages

Les alliages de magnésium ont été utilisés dans les avions et les voitures. Ces derniers ont besoin de contrôle des émanations de gaz polluantes, une réduction du poids des véhicules à moteur.

Les applications en magnésium sont basées sur leur faible poids, leur faible résistance et leur facilité de fabrication d'alliages. Les applications comprennent des outils à main, des articles sportifs, des caméras, des appareils électroménagers, des cadres de bagages, des pièces de voiture, des articles pour l'industrie aérospatiale.

Les alliages de magnésium sont également utilisés dans la fabrication d'avions spatiaux, de roquettes et de satellites, ainsi que de la photogravure.

Métallurgie

Le magnésium est ajouté en petite quantité au fer blanc fondu, ce qui améliore la résistance et la malléabilité de la même. De plus, le magnésium mélangé à la chaux est injecté dans le fer à four liquide, améliorant les propriétés mécaniques de l'acier.

Le magnésium intervient dans la production de titane, d'uranium et de hafnio. Il agit comme un agent réducteur sur le tétrachlorure de titane, dans le processus de Kroll, pour créer le titane.

Électrochimie

Le magnésium est utilisé dans un tas sec, agissant comme l'anode et le chlorure d'argent comme la cathode. Lorsque le magnésium est mis en contact électrique avec de l'acier en présence d'eau, il corroda de manière sacrificielle, laissant l'acier intact.

Ce type de protection en acier est présent dans les navires, les réservoirs de stockage, les chauffe-eau, les structures de pont, etc.

Pyrotechnie

Le magnésium dans la poussière ou les bandes brûle, émettant une lumière blanche très intense. Cette propriété a été utilisée dans la pyrotechnie militaire pour produire des incendies ou des éclairs à travers des fusées.

Son solide finement divisé a été utilisé comme composant de carburant, en particulier dans les hélices solides pour les roquettes.

- Composés

Carbonate de magnésium

Il est utilisé comme isolant thermique pour les chaudières et les tuyaux. Étant hygroscopique et soluble dans l'eau, il est utilisé pour empêcher le sel commun d'être compact dans les sel de sel et ne coule pas correctement pendant l'assaisonnement alimentaire.

L'hydroxyde de magnésium

Il a une application en tant que retardateur d'incendie. Dissous dans l'eau forme le lait bien connu de la magnésie, une suspension blanchâtre qui a été utilisée comme antiacide et laxatif.

Chlorure de magnésium

Il est utilisé dans la fabrication du ciment pour les planchers à haute résistance, ainsi que dans l'additif dans la fabrication de textiles. De plus, il est utilisé comme floculant au lait de soja pour la production du tofu.

L'oxyde de magnésium

Il est utilisé dans la fabrication de briques réfractaires pour résister aux températures élevées et en tant qu'isolant thermique et électrique. Il est également utilisé comme laxatif et antiacide.

Sulfate de magnesium

Il est utilisé industriellement pour fabriquer du ciment et des engrais, bronzé et teint. C'est aussi un dessicant. Sel d'Epsom, mgso₄· 7h₂Ou, il est utilisé comme purgatif.

- Minéraux

poudre de talc

Vous avez comme modèle de dureté inférieur (1) sur l'échelle Mohs. Il sert de remplissage de fabrication de papier et de carton, ainsi que de prévenir l'irritation et l'hydratation de la peau. Il est utilisé dans la fabrication de matériaux résistants à la chaleur et, comme base de nombreux cosmétiques, utilisez des poudres.

Chrystyle ou amiante

Il a été utilisé comme isolant thermique et dans l'industrie de la construction pour la fabrication de toit. Actuellement, il n'est pas utilisé car ce sont ses fibres cancérogènes pulmonaires.

Les références

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