Magnezyum

bilgipedi.com.tr sitesinden
Magnezyum, 12Mg
CSIRO ScienceImage 2893 Crystalised magnesium.jpg
Magnezyum
Telaffuz/mæɡˈnziəm/ (mag-NEE-zee-əm)
Görünüşparlak gri katı
Standart atom ağırlığı Ar°(Mg)
  • [24.30424.307]
  • 24.305±0.002 (kısaltılmış)
Periyodik tabloda magnezyum
Hidrojen Helyum
Lityum Berilyum Bor Karbon Azot Oksijen Flor Neon
Sodyum Magnezyum Alüminyum Silikon Fosfor Sülfür Klor Argon
Potasyum Kalsiyum Skandiyum Titanyum Vanadyum Krom Manganez Demir Kobalt Nikel Bakır Çinko Galyum Germanyum Arsenik Selenyum Brom Kripton
Rubidyum Stronsiyum İtriyum Zirkonyum Niyobyum Molibden Teknesyum Rutenyum Rodyum Paladyum Gümüş Kadmiyum İndiyum Kalay Antimon Tellür İyot Xenon
Sezyum Baryum Lantan Seryum Praseodimyum Neodimyum Promethium Samaryum Europium Gadolinyum Terbiyum Disprosiyum Holmiyum Erbiyum Thulium Ytterbium Lutesyum Hafniyum Tantal Tungsten Renyum Osmiyum İridyum Platin Altın Cıva (element) Talyum Kurşun Bizmut Polonyum Astatin Radon
Francium Radyum Actinium Toryum Protaktinyum Uranyum Neptünyum Plütonyum Americium Curium Berkelium Kaliforniyum Einsteinium Fermiyum Mendelevium Nobelium Lawrencium Rutherfordium Dubnium Seaborgium Bohrium Hassium Meitnerium Darmstadtium Roentgenium Copernicium Nihonyum Flerovium Moscovium Livermorium Tennessine Oganesson
Olmak

Mg

Ca
sodyummagnezyumalüminyum
Atom numarası (Z)12
Grupgrup 2 (toprak alkali metaller)
Dönemdönem 3
Blok  s-blok
Elektron konfigürasyonu[[[Neon|Ne]]] 3s2
Kabuk başına elektron2, 8, 2
Fiziksel özellikler
STP'de Fazkatı
Erime noktası923 K (650 °C, 1202 °F)
Kaynama noktası1363 K (1091 °C, 1994 °F)
Yoğunluk (r.t.'ye yakın)1.738 g/cm3
sıvı olduğunda (m.p.'de)1.584 g/cm3
Füzyon ısısı8,48 kJ/mol
Buharlaşma ısısı128 kJ/mol
Molar ısı kapasitesi24,869 J/(mol-K)
Buhar basıncı
P (Pa) 1 10 100 1 k 10 k 100 k
T'de (K) 701 773 861 971 1132 1361
Atomik özellikler
Oksidasyon durumları0, +1, +2 (güçlü bazik bir oksit)
ElektronegatiflikPauling ölçeği: 1.31
İyonlaşma enerjileri
  • 1: 737,7 kJ/mol
  • 2.: 1450,7 kJ/mol
  • 3.: 7732,7 kJ/mol
  • (daha fazla)
Atomik yarıçapampi̇ri̇k: 160 pm
Kovalent yarıçap141±7 pm
Van der Waals yarıçapı173 pm
Color lines in a spectral range
Magnezyumun spektral çizgileri
Diğer özellikler
Doğal oluşumilkel
Kristal yapı altıgen yakın paketlenmiş (hcp)
Hexagonal close packed crystal structure for magnesium
Ses hızı ince çubuk4940 m/s (r.t.'de) (tavlanmış)
Termal genleşme24,8 µm/(m⋅K) (25 °C'de)
Termal iletkenlik156 W/(m⋅K)
Elektriksel direnç43,9 nΩ⋅m (20 °C'de)
Manyetik sıralamaparamanyetik
Molar manyetik duyarlılık+13,1×10-6 cm3/mol (298 K)
Young modülü45 GPa
Kayma modülü17 GPa
Yığın modülü35,4 GPa
Poisson oranı0.290
Mohs sertliği1–2.5
Brinell sertliği44-260 MPa
CAS Numarası7439-95-4
Tarih
İsimlendirmeMagnesia, Yunanistan'dan sonra
KeşifJoseph Black (1755)
İlk izolasyonHumphry Davy (1808)
Magnezyumun ana izotopları
İzotop Bolluk Yarılanma ömrü (t1/2) Çürüme modu Ürün
24Mg 79.0% kararlı
25Mg 10.0% kararlı
26Mg 11.0% kararlı
 Kategori Magnezyum
| referanslar

Magnezyum, Mg sembolüne ve 12 atom numarasına sahip kimyasal bir elementtir. Diğer beş toprak alkali metalle (periyodik tablonun 2. grubu) birçok fiziksel ve kimyasal özelliği paylaşan parlak gri bir katıdır.

Bu element büyük, yaşlanan yıldızlarda üç helyum çekirdeğinin bir karbon çekirdeğine sırayla eklenmesiyle üretilir. Bu tür yıldızlar süpernova olarak patladıklarında, magnezyumun çoğu yıldızlararası ortama atılır ve burada yeni yıldız sistemlerine geri dönüşebilir. Magnezyum, Dünya'nın kabuğunda en bol bulunan sekizinci elementtir ve Dünya'da en yaygın dördüncü elementtir (demir, oksijen ve silikondan sonra), gezegenin kütlesinin %13'ünü ve gezegenin mantosunun büyük bir kısmını oluşturur. Sodyum ve klordan sonra deniz suyunda çözünmüş halde en bol bulunan üçüncü elementtir.

Magnezyum doğal olarak yalnızca diğer elementlerle birlikte bulunur ve neredeyse her zaman +2 oksidasyon durumuna sahiptir. Serbest element (metal) yapay olarak üretilebilir ve oldukça reaktiftir (ancak atmosferde kısa sürede reaktiviteyi kısmen engelleyen ince bir oksit tabakasıyla kaplanır - bkz. pasivasyon). Serbest metal karakteristik parlak-beyaz bir ışıkla yanar. Metal günümüzde esas olarak tuzlu sudan elde edilen magnezyum tuzlarının elektroliziyle elde edilir ve esas olarak alüminyum-magnezyum alaşımlarında bir bileşen olarak kullanılır, bazen magnalium veya magnelium olarak da adlandırılır. Magnezyum alüminyumdan daha az yoğundur ve ikisinin alaşımı hafiflik ve mukavemet kombinasyonu nedeniyle değerlidir.

Bu element insan vücudunda kütle olarak en çok bulunan on birinci elementtir ve tüm hücreler ve yaklaşık 300 enzim için gereklidir. Magnezyum iyonları ATP, DNA ve RNA gibi polifosfat bileşikleri ile etkileşime girer. Yüzlerce enzimin çalışması için magnezyum iyonlarına ihtiyaç vardır. Magnezyum bileşikleri tıbbi olarak yaygın laksatifler, antiasitler (örneğin magnezya sütü) olarak ve eklampsi gibi durumlarda anormal sinir uyarımını veya kan damarı spazmını stabilize etmek için kullanılır.

1755 yılında İngiltere'de Joseph Black tarafından keşfedilmiştir. 1808 yılında Humphrey Davey tarafından saf olarak, magnezya ve cıva-II-oksit (HgO) karışımından izole edilmiştir.

Özellikleri

Fiziksel özellikler

Elementel magnezyum, alüminyumun üçte ikisi yoğunluğunda gri-beyaz hafif bir metaldir. Magnezyum, tüm toprak alkali metaller arasında en düşük erime (923 K (650 °C)) ve en düşük kaynama noktası olan 1.363 K'ye (1.090 °C) sahiptir.

Saf polikristalin magnezyum kırılgandır ve kesme bantları boyunca kolayca kırılır. 1'lik alüminyum gibi az miktarda diğer metallerle alaşımlandığında çok daha yumuşak hale gelir. Polikristalin magnezyumun dövülebilirliği, tane boyutunun yaklaşık 1 mikron veya altına düşürülmesiyle de önemli ölçüde geliştirilebilir.

İnce toz haline getirildiğinde, magnezyum hidrojen gazı üretmek için su ile reaksiyona girebilir:

Mg(s) + 2H2O(g) → Mg(OH)2(aq) + H2(g) + 1203,6 kJ

Ancak bu reaksiyon alkali metallerin su ile reaksiyonlarından çok daha az dramatiktir, çünkü magnezyum hidroksit saf magnezyum metalinin yüzeyinde birikme ve reaksiyonun gerçekleşmesini önleme eğilimindedir.

Kimyasal özellikler

Genel kimya

Havaya maruz kaldığında hafifçe kararır, ancak daha ağır toprak alkali metallerin aksine, magnezyum oldukça geçirimsiz ve çıkarılması zor olan ince bir oksit tabakası ile korunduğu için depolama için oksijensiz bir ortam gereksizdir.

Magnezyumun ortam basıncında hava veya oksijenle doğrudan reaksiyonu yalnızca "normal" oksit MgO'yu oluşturur. Ancak bu oksit hidrojen peroksit ile birleşerek Magnezyum peroksit, MgO2 oluşturabilir ve düşük sıcaklıkta peroksit ozon ile reaksiyona girerek magnezyum süperoksit Mg(O2)2 oluşturabilir.

Magnezyum oda sıcaklığında su ile reaksiyona girer, ancak benzer bir grup 2 metali olan kalsiyumdan çok daha yavaş reaksiyona girer. Suya batırıldığında, metalin yüzeyinde yavaşça hidrojen kabarcıkları oluşur - ancak toz haline getirilirse çok daha hızlı reaksiyona girer. Reaksiyon daha yüksek sıcaklıklarda daha hızlı gerçekleşir (bkz. güvenlik önlemleri). Magnezyumun suyla tersinir reaksiyonundan enerji depolamak ve magnezyum bazlı bir motoru çalıştırmak için yararlanılabilir. Magnezyum ayrıca hidroklorik asit (HCl) gibi çoğu asitle ekzotermik olarak reaksiyona girerek, alüminyum, çinko ve diğer birçok metalle HCl reaksiyonuna benzer şekilde metal klorür ve hidrojen gazı üretir.

Yanıcılık

Magnezyum, özellikle toz haline getirildiğinde veya ince şeritler halinde traşlandığında oldukça yanıcıdır, ancak kütle veya yığın halinde tutuşması zordur. Magnezyum ve magnezyum alaşımlarının alev sıcaklıkları 3.100 °C'ye (5.610 °F) ulaşabilir, ancak yanan metalin üzerindeki alev yüksekliği genellikle 300 mm'den (12 inç) azdır. Tutuştuktan sonra bu tür yangınları söndürmek zordur, çünkü yanma azot (magnezyum nitrür oluşturur), karbondioksit (magnezyum oksit ve karbon oluşturur) ve su (magnezyum oksit ve hidrojen oluşturur, bu da ek oksijen varlığında ısı nedeniyle yanar) içinde devam eder. Bu özellik, İkinci Dünya Savaşı'nda şehirlerin bombalanması sırasında yangın çıkarıcı silahlarda kullanılmıştır; burada tek pratik sivil savunma, atmosferi yanmanın dışında tutmak için yanan bir fişeği kuru kumun altında boğmaktı.

Magnezyum ayrıca sadece çok yüksek sıcaklıkta tutuşan alüminyum ve demir oksit tozu karışımı olan termit için ateşleyici olarak da kullanılabilir.

Organik kimya

Organomagnezyum bileşikleri organik kimyada yaygındır. Genellikle Grignard reaktifleri olarak bulunurlar. Magnezyum, Grignard reaktifleri vermek için haloalkanlar ile reaksiyona girebilir. Grignard reaktiflerine örnek olarak fenilmagnezyum bromür ve etilmagnezyum bromür verilebilir. Grignard reaktifleri, bir karbonil grubunun polar bağı içinde bulunan karbon atomu gibi elektrofilik gruba saldıran ortak bir nükleofil olarak işlev görür.

Grignard reaktiflerinin ötesinde öne çıkan bir organomagnezyum reaktifi, magnezyumun merkezi halka üzerinde 1,4- köprü oluşturduğu magnezyum antrasendir. Oldukça aktif magnezyum kaynağı olarak kullanılır. İlgili bütadien-magnezyum eklentisi bütadien dianyonu için bir kaynak görevi görür.

Organik kimyada magnezyum aynı zamanda düşük değerlikli magnezyum bileşikleri olarak da ortaya çıkar, öncelikle magnezyum +1 oksidasyon durumunda diyatomik iyonlar oluşturur, ancak son zamanlarda sıfır oksidasyon durumu veya +1 ve sıfır durumlarının bir karışımı da vardır. Bu tür bileşikler, indirgeyici maddeler ve nükleofilik metal atomlarının kaynakları olarak sentetik uygulama alanı bulmaktadır.

Işık kaynağı

Magnezyum havada yandığında güçlü ultraviyole dalga boyları içeren parlak beyaz bir ışık üretir. Magnezyum tozu (flaş tozu) fotoğrafçılığın ilk günlerinde konu aydınlatması için kullanılmıştır. Daha sonra magnezyum filament, elektrikle ateşlenen tek kullanımlık fotoğraf flaş ampullerinde kullanıldı. Magnezyum tozu, parlak beyaz ışığın gerekli olduğu havai fişeklerde ve deniz fişeklerinde kullanılır. Ayrıca yıldırım, tabanca flaşları ve doğaüstü görünümler gibi çeşitli teatral efektler için de kullanılmıştır.

Çözelti içinde tespit

Magnezyum iyonlarının varlığı, tuzun sulu veya seyreltik HCl çözeltisine amonyum klorür, amonyum hidroksit ve monosodyum fosfat eklenerek tespit edilebilir. Beyaz bir çökelti oluşumu magnezyum iyonlarının varlığını gösterir.

Alkali magnezyum tuzu çözeltisi varlığında koyu maviye dönüşen Azo violet boyası da kullanılabilir. Renk, azo violetin Mg(OH)2 tarafından adsorpsiyonundan kaynaklanmaktadır.

Oluşum

Magnezyum, yerkabuğunda kütlece en bol bulunan sekizinci elementtir ve molarite bakımından demir ile yedinci sırada yer alır. Magnezit, dolomit ve diğer minerallerin büyük yataklarında ve magnezyum iyonunun çözünebilir olduğu maden sularında bulunur.

Magnezyum 60'tan fazla mineralde bulunmasına rağmen, sadece dolomit, manyezit, brusit, karnallit, talk ve olivin ticari öneme sahiptir.

Mg2+
katyonu deniz suyunda en fazla bulunan ikinci katyondur (belirli bir numunedeki sodyum iyonlarının kütlesinin yaklaşık 18'i), bu da deniz suyunu ve deniz tuzunu Mg için cazip ticari kaynaklar haline getirir. Magnezyumu çıkarmak için deniz suyuna kalsiyum hidroksit eklenerek magnezyum hidroksit çökeltisi oluşturulur.

MgCl
2 + Ca(OH)
2 → Mg(OH)
2 + CaCl
2

Magnezyum hidroksit (brusit) suda çözünmez ve süzülüp hidroklorik asit ile reaksiyona sokularak konsantre magnezyum klorür üretilebilir.

Mg(OH)
2 + 2 HCl → MgCl
2 + 2 H
2O

Magnezyum klorürden elektrolizle magnezyum üretilir.

Formlar

Alaşımlar

Magnezyum kırılgandır ve soğuk haddeleme ile kalınlığı sadece %10 azaltıldığında kesme bantları boyunca kırılır (üstte). Ancak, Mg %1 Al ve %0,1 Ca ile alaşımlandırıldıktan sonra, aynı işlem kullanılarak kalınlığı %54 oranında azaltılabilir (altta).

2013 yılı itibariyle, 50 milyon ton alüminyum alaşımına kıyasla magnezyum alaşımlarının tüketimi yılda bir milyon tondan daha azdı. Mg alaşımlarının korozyona uğrama, yüksek sıcaklıklarda sünme ve yanma eğilimleri nedeniyle kullanımları tarihsel olarak sınırlı kalmıştır.

Korozyon

Demir, nikel, bakır ve kobaltın varlığı korozyonu güçlü bir şekilde aktive eder. Eser miktardan fazla olduğunda bu metaller metaller arası bileşikler olarak çökelir ve çökelti bölgeleri suyu azaltan aktif katodik bölgeler olarak işlev görerek magnezyum kaybına neden olur. Bu metallerin miktarının kontrol edilmesi korozyon direncini artırır. Yeterli manganez demirin korozif etkilerinin üstesinden gelir. Bu, bileşim üzerinde hassas kontrol gerektirir ve maliyetleri artırır. Katodik bir zehir eklenmesi metalin yapısındaki atomik hidrojeni yakalar. Bu, korozif kimyasal süreçlerin önemli bir faktörü olan serbest hidrojen gazı oluşumunu önler. Yaklaşık üç yüz parçada bir arsenik ilavesi, bir tuz çözeltisindeki korozyon oranını neredeyse on kat azaltır.

Yüksek sıcaklıkta sürünme ve yanıcılık

Araştırmalar, magnezyumun yüksek sıcaklıklarda sünme eğiliminin skandiyum ve gadolinyum ilavesiyle ortadan kaldırıldığını göstermiştir. Alevlenebilirlik, alaşımdaki az miktarda kalsiyum ile büyük ölçüde azaltılır. Nadir toprak elementleri kullanılarak, tutuşma sıcaklığı magnezyumun sıvı halinden daha yüksek olan ve bazı durumlarda potansiyel olarak magnezyumun kaynama noktasına yaklaştıran magnezyum alaşımları üretmek mümkün olabilir.

Bileşikler

Magnezyum, magnezyum karbonat, magnezyum klorür, magnezyum sitrat, magnezyum hidroksit (magnezya sütü), magnezyum oksit, magnezyum sülfat ve magnezyum sülfat heptahidrat (Epsom tuzları) dahil olmak üzere endüstri ve biyoloji için önemli çeşitli bileşikler oluşturur.

İzotoplar

Magnezyumun üç kararlı izotopu vardır: 24
Mg, 25
Mg ve 26
Mg. Hepsi doğada önemli miktarlarda bulunur (yukarıdaki izotop tablosuna bakınız). Mg'un yaklaşık %79'u 24
Mg. İzotop 28
Mg radyoaktiftir ve 1950'lerden 1970'lere kadar bilimsel deneylerde kullanılmak üzere çeşitli nükleer enerji santralleri tarafından üretilmiştir. Bu izotopun yarı ömrü nispeten kısadır (21 saat) ve kullanımı nakliye süreleriyle sınırlıydı.

Nüklid 26
Mg, alüminyuma benzer şekilde izotopik jeolojide uygulama alanı bulmuştur. 26
Mg, 26'nın radyojenik bir yan ürünüdür
Yarılanma ömrü 717.000 yıl olan Al. Aşırı miktarda kararlı 26
Mg, bazı karbonlu kondrit meteoritlerinin Ca-Al bakımından zengin kapanımlarında gözlemlenmiştir. Bu anormal bolluk, ana bileşenin bozunmasına atfedilmektedir 26
Al içerir ve araştırmacılar bu tür meteoritlerin 26. yüzyıldan önce güneş nebulasında oluştuğu sonucuna varırlar.
Al çürümüştü. Bunlar Güneş Sistemi'ndeki en eski nesneler arasındadır ve erken tarihi hakkında korunmuş bilgiler içerir.

Geleneksel olarak 26
Mg/24
Al/Mg oranına karşı Mg. Bir izokron tarihleme grafiğinde, çizilen Al/Mg oranı27
Al/24
Mg. İzokronun eğiminin yaş açısından bir önemi yoktur, ancak ilk 26
Al/27
Sistemler ortak bir rezervuardan ayrıldığı zaman numunedeki Al oranı.

Üretim

Magnezyum levhalar ve külçeler

Dünya üretimi 2017 yılında yaklaşık 1.100 kt olup, üretimin büyük kısmı Çin (930 kt) ve Rusya'da (60 kt) gerçekleştirilmiştir. Amerika Birleşik Devletleri 20. yüzyılda bu metalin en büyük dünya tedarikçisiydi ve 1995 gibi yakın bir tarihte bile dünya üretiminin %45'ini sağlıyordu. Çin'in Pidgeon prosesinde ustalaşmasından bu yana ABD'nin pazar payı %7'ye düştü ve geriye tek bir ABD'li üretici kaldı: Şu anda feshedilmiş olan Magcorp'tan doğan Utah'taki bir Renco Group şirketi olan US Magnesium.

Eylül 2021'de Çin, imalat sanayileri için enerji kullanılabilirliğini azaltmaya yönelik bir hükümet girişiminin sonucu olarak magnezyum üretimini azaltmaya yönelik adımlar attı ve bu da önemli bir fiyat artışına yol açtı.

Pidgeon süreci

Çin, metali elde etmek için neredeyse tamamen silikotermik Pidgeon sürecine (oksidin yüksek sıcaklıklarda silikon ile indirgenmesi, genellikle demirin reaksiyonlarda sadece bir izleyici olduğu bir ferrosilikon alaşımı ile sağlanır) güvenmektedir. Bu işlem yaklaşık 2300 °C'de karbon ile de gerçekleştirilebilir:

2MgO
(s) + Si
(s) + 2CaO
(s) → 2Mg
(g) + Ca
2SiO
4(s)
MgO
(s) + C
(s) → Mg
(g) + CO
(g)
Dow süreci

Amerika Birleşik Devletleri'nde magnezyum esas olarak Dow işlemiyle, tuzlu su ve deniz suyundan erimiş magnezyum klorürün elektroliziyle elde edilir. Mg2+ içeren bir tuzlu su çözeltisi
iyonları önce kireç (kalsiyum oksit) ile muamele edilir ve çöken magnezyum hidroksit toplanır:

Mg2+
(aq) + CaO
(s) + H
2O → Ca2+
(aq) + Mg(OH)
2(s)

Hidroksit daha sonra hidroklorik asit ile muamele edilerek ve ürün ısıtılarak kısmi magnezyum klorür hidratına dönüştürülür:

Mg(OH)
2(s) + 2 HCl → MgCl
2(aq) + 2H
2O
(l)

Tuz daha sonra erimiş halde elektroliz edilir. Katotta, Mg2+
iyonu iki elektron tarafından magnezyum metaline indirgenir:

Mg2+
+ 2
e-
→ Mg

Anotta, her bir Cl- çifti
iyonları klor gazına oksitlenir ve devreyi tamamlamak için iki elektron serbest bırakır:

2 Cl-
→ Cl
2 (g) + 2
e-
YSZ süreci

Yeni bir süreç olan katı oksit membran teknolojisi, MgO'nun elektrolitik indirgenmesini içerir. Katotta, Mg2+
iyonu iki elektron tarafından magnezyum metaline indirgenir. Elektrolit, yttria-stabilize zirkonyadır (YSZ). Anot bir sıvı metaldir. YSZ/sıvı metal anotta O2-
oksitlenir. Bir grafit tabakası sıvı metal anodu sınırlar ve bu ara yüzeyde karbon ve oksijen reaksiyona girerek karbon monoksit oluşturur. Sıvı metal anot olarak gümüş kullanıldığında, indirgeyici karbon veya hidrojen gerekmez ve anotta sadece oksijen gazı açığa çıkar. Bu yöntemin elektrolitik indirgeme yöntemine göre pound başına maliyette %40 azalma sağladığı bildirilmiştir.

Tarih

Magnezyum adı, Teselya'da Magnesia veya Magnesia ad Sipylum olarak adlandırılan ve şu anda Türkiye'de bulunan bir bölge olan Magnetes kabilesi ile ilgili yerler için Yunanca kelimeden kaynaklanmaktadır. Yine bu bölgeden kaynaklanan manyetit ve manganez ile ilişkilidir ve ayrı maddeler olarak ayırt edilmeleri gerekir. Bu tarihçe için manganeze bakınız.

1618 yılında İngiltere'de Epsom'da bir çiftçi ineklerine oradaki bir kuyudan su vermeye çalıştı. İnekler suyun acı tadı nedeniyle içmeyi reddettiler, ancak çiftçi suyun çizik ve kızarıklıkları iyileştirdiğini fark etti. Bu madde Epsom tuzları olarak tanındı ve ünü yayıldı. Sonunda hidratlı magnezyum sülfat olarak tanındı, MgSO
4-7 H
2O.

Metalin kendisi ilk olarak 1808 yılında İngiltere'de Sir Humphry Davy tarafından izole edilmiştir. Magnezya ve merkürik oksit karışımı üzerinde elektroliz kullanmıştır. Antoine Bussy 1831'de onu tutarlı bir biçimde hazırladı. Davy'nin ilk isim önerisi magnyumdu, ancak magnezyum adı artık İngilizce'de ve Rusça hariç tüm büyük Avrupa dillerinde kullanılmaktadır.

Metal olarak kullanımları

1931'de wakeskating yaparken aydınlatma kaynağı olarak magnezyumun alışılmadık bir uygulaması

Magnezyum, demir ve alüminyumdan sonra en yaygın kullanılan üçüncü yapısal metaldir. Magnezyumun başlıca uygulamaları sırasıyla şunlardır: alüminyum alaşımları, kalıp döküm (çinko ile alaşımlı), demir ve çelik üretiminde sülfürün giderilmesi ve Kroll işleminde titanyum üretimi.

Magnezyum hafif malzeme ve alaşımlarda kullanılır. Örneğin, silisyum karbür nanopartikülleri ile aşılandığında, son derece yüksek özgül mukavemete sahiptir.

Tarihsel olarak, magnezyum ana havacılık ve uzay inşaat metallerinden biriydi ve I. Dünya Savaşı'nın başlarında Alman askeri uçakları için ve İkinci Dünya Savaşı'nda Alman uçakları için kapsamlı olarak kullanıldı. Almanlar magnezyum alaşımı için "Elektron" adını kullanmışlardır ve bu terim günümüzde de kullanılmaktadır. Ticari havacılık ve uzay endüstrisinde magnezyum, yangın ve korozyon tehlikeleri nedeniyle genellikle motorla ilgili bileşenlerle sınırlandırılmıştır. Havacılık ve uzayda magnezyum alaşımı kullanımı 21. yüzyılda yakıt ekonomisinin önemi nedeniyle artmaktadır. Yeni magnezyum alaşımlarının geliştirilmesi ve test edilmesi devam etmektedir, özellikle de (test aşamasında) havacılık motoru, iç ve uçak gövdesi bileşenleri için uygun olduğu kanıtlanan Elektron 21. Avrupa Topluluğu, FP6 Programının Havacılık ve Uzay önceliğinde üç Ar-Ge magnezyum projesi yürütmektedir. Metalurji ve imalat alanındaki son gelişmeler, magnezyum alaşımlarının belirli uygulamalarda alüminyum ve çelik alaşımlarının yerine geçme potansiyeline sahip olmasını sağlamıştır.

İnce şeritler halinde magnezyum, çözücüleri saflaştırmak için kullanılır; örneğin süper kuru etanol hazırlamak için.

Uçaklar

  • Wright Aeronautical, İkinci Dünya Savaşı dönemindeki Wright R-3350 Duplex Cyclone havacılık motorunda magnezyum karter kullanmıştır. Bu durum, Boeing B-29 Superfortress ağır bombardıman uçağının ilk modellerinde, uçuş sırasında çıkan bir motor yangını motor karterini tutuşturduğunda ciddi bir sorun teşkil etmiştir. Ortaya çıkan yanma 5.600 °F (3.100 °C) kadar sıcaktı ve kanat kolunu gövdeden ayırabilirdi.

Otomotiv

Mg alaşımlı motosiklet motor blokları
  • Mercedes-Benz, Elektron alaşımını ilk model Mercedes-Benz 300 SLR'nin karoserinde kullanmıştır; bu araçlar 1955 Dünya Spor Otomobil Şampiyonası'nda yarışmış, Mille Miglia'yı kazanmış ve Le Mans'ta bir tanesi 1955 Le Mans faciasına karışmış, seyircilerin üzerine yanan elektron parçaları yağmıştır.
  • Porsche 1971'de Le Mans'ı kazanan 917/053'te magnezyum alaşımlı şasiler kullanmıştır ve ağırlık avantajı nedeniyle motor bloklarında magnezyum alaşımları kullanmaya devam etmektedir.
  • Volkswagen Grubu uzun yıllardır motor bileşenlerinde magnezyum kullanmaktadır.
  • Mitsubishi Motors, vites değiştiricilerinde magnezyum kullanmaktadır.
  • BMW, N52 motorunda magnezyum alaşımlı bloklar kullanmış, silindir duvarları için alüminyum alaşımlı bir ek parça ve yüksek sıcaklık magnezyum alaşımı AJ62A ile çevrili soğutma ceketleri kullanmıştır. Motor 2005 ve 2011 yılları arasında dünya çapında çeşitli 1, 3, 5, 6 ve 7 serisi modellerin yanı sıra Z4, X1, X3 ve X5'te kullanılmıştır.
  • Chevrolet magnezyum alaşımlı AE44'ü 2006 Corvette Z06'da kullanmıştır.

Hem AJ62A hem de AE44, yüksek sıcaklıkta düşük sürünmeli magnezyum alaşımlarındaki son gelişmelerdir. Bu tür alaşımlar için genel strateji, örneğin mischmetal veya kalsiyum ekleyerek tane sınırlarında intermetalik çökeltiler oluşturmaktır. Yeni alaşımların geliştirilmesi ve magnezyumu alüminyumla rekabet edebilir hale getiren düşük maliyetler otomotiv uygulamalarının sayısını artıracaktır.

Elektronik

Düşük yoğunluğu ve iyi mekanik ve elektriksel özellikleri nedeniyle magnezyum, cep telefonları, dizüstü ve tablet bilgisayarlar, kameralar ve diğer elektronik bileşenlerin üretiminde kullanılır. Bazı 2020 dizüstü bilgisayarlarda hafifliği nedeniyle premium bir özellik olarak kullanılmıştır.

Magnezyumdan yapılan ürünler: ateşleyici ve talaş, kalemtıraş, magnezyum şerit

Diğer

Kolayca bulunabilen ve nispeten toksik olmayan magnezyumun çeşitli kullanım alanları vardır:

  • Magnezyum yanıcıdır, yaklaşık 3.100 °C (3.370 K; 5.610 °F) sıcaklıkta yanar ve magnezyum şeridin kendiliğinden tutuşma sıcaklığı yaklaşık 473 °C'dir (746 K; 883 °F). Yandığında yoğun, parlak, beyaz ışık üretir. Magnezyumun yüksek yanma sıcaklığı onu acil durum yangınlarını başlatmak için kullanışlı bir araç haline getirir. Diğer kullanım alanları arasında flaşlı fotoğrafçılık, işaret fişekleri, piroteknikler, havai fişek maytapları ve hileli doğum günü mumları yer alır. Magnezyum ayrıca termit veya yüksek tutuşma sıcaklığı gerektiren diğer malzemeleri tutuşturmak için de sıklıkla kullanılır.
    Talaşı tutuşturan kıvılcımlar yaratmak için çakı ve çakmaktaşı ile kullanılan magnezyum ateşleyici (sol elde)
  • Organik sentezde yararlı olan Grignard reaktiflerini hazırlamak için dönüşler veya şeritler şeklinde.
  • Geleneksel itici gazlarda ve dökme demirde nodüler grafit üretiminde katkı maddesi olarak.
  • Uranyum ve diğer metalleri tuzlarından ayırmak için indirgeyici bir madde olarak.
  • Tekneleri, yeraltı tanklarını, boru hatlarını, gömülü yapıları ve su ısıtıcılarını korumak için kurbanlık (galvanik) anot olarak.
  • Baskı endüstrisinde foto gravür plakalarında, kuru hücreli pil duvarlarında ve çatı kaplamalarında kullanılan çinko levhayı üretmek için çinko ile alaşımlanır.
  • Bir metal olarak, bu elementin başlıca kullanım alanı alüminyuma alaşım katkısıdır ve bu alüminyum-magnezyum alaşımları çoğunlukla içecek kutuları, golf sopaları gibi spor ekipmanları, balıkçılık makaraları ve okçuluk yayları ve okları için kullanılır.
  • Magnezyum alaşımlı özel, yüksek kaliteli araba jantlarına "mag jant" adı verilir, ancak bu terim genellikle alüminyum jantlara yanlış uygulanır. Birçok otomobil ve uçak üreticisi magnezyumdan motor ve gövde parçaları üretmiştir.
  • Magnezyum piller birincil piller olarak ticarileştirilmiştir ve şarj edilebilir piller için aktif bir araştırma konusudur.

Güvenlik önlemleri

Magnezyum blok pürmüzle ısıtılarak kendi kendine yanar ve yoğun beyaz ışık yayar
Magnezyum
Tehlikeler
GHS etiketlemesi:
Piktogramlar
GHS02: Yanıcı
Sinyal kelimesi
Tehlike
Tehlike bildirimleri
H228, H251, H261
Önlem ifadeleri
P210, P231, P235, P410, P422
NFPA 704 (yangın elması)

Magnezyum metali ve alaşımları patlayıcı tehlike oluşturabilir; erimiş halde veya toz ya da şerit halindeyken saf formlarında oldukça yanıcıdırlar. Yanan veya erimiş magnezyum su ile şiddetli reaksiyona girer. Toz magnezyumla çalışırken, göz korumalı ve UV filtreli (kaynakçıların kullandığı gibi) güvenlik gözlükleri kullanılmalıdır, çünkü yanan magnezyum insan gözünün retinasına kalıcı olarak zarar verebilecek ultraviyole ışık üretir.

Magnezyum suyu indirgeyebilir ve yüksek derecede yanıcı hidrojen gazı açığa çıkarabilir:

Mg (s) + 2 H
2O (l) → Mg(OH)
2 (s) + H
2 (g)

Bu nedenle su magnezyum yangınlarını söndüremez. Oluşan hidrojen gazı yangını şiddetlendirir. Kuru kum etkili bir boğucu maddedir, ancak sadece nispeten düz ve düz yüzeylerde.

Magnezyum, magnezyum oksit ve karbon oluşturmak için karbondioksit ile ekzotermik olarak reaksiyona girer:

2 Mg + CO
2 → 2 MgO + C (s)

Bu nedenle, karbondioksit magnezyum yangınlarını söndürmek yerine körükler.

Yanan magnezyum, D Sınıfı kuru kimyasal yangın söndürücü kullanılarak ya da hava kaynağını ortadan kaldırmak için yangının üzeri kum veya magnezyum dökümhane flaksı ile kapatılarak söndürülebilir.

Yararlı bileşikler

Başta magnezyum oksit (MgO) olmak üzere magnezyum bileşikleri demir, çelik, demir dışı metaller, cam ve çimento üretiminde fırın astarlarında refrakter malzeme olarak kullanılır. Magnezyum oksit ve diğer magnezyum bileşikleri tarım, kimya ve inşaat sektörlerinde de kullanılmaktadır. Kalsinasyondan elde edilen magnezyum oksit, yangına dayanıklı kablolarda elektrik yalıtkanı olarak kullanılır.

Magnezyum hidrür, hidrojen depolamanın bir yolu olarak araştırılmaktadır.

Bir alkil halojenür ile reaksiyona giren magnezyum, alkol hazırlamak için çok kullanışlı bir araç olan bir Grignard reaktifi verir.

Magnezyum tuzları çeşitli gıdalarda, gübrelerde (magnezyum klorofilin bir bileşenidir) ve mikrop kültürü ortamlarında bulunur.

Magnezyum sülfit kağıt üretiminde kullanılır (sülfit işlemi).

Magnezyum fosfat, inşaatta kullanılan ahşabı ateşe dayanıklı hale getirmek için kullanılır.

Magnezyum hekzaflorosilikat tekstil ürünlerini güve geçirmez hale getirmek için kullanılır.

Biyolojik roller

Etki mekanizması

Fosfat ve magnezyum iyonları arasındaki önemli etkileşim, magnezyumu bilinen tüm canlı organizmaların tüm hücrelerinin temel nükleik asit kimyası için gerekli kılmaktadır. ATP kullanan veya sentezleyen tüm enzimler ile DNA ve RNA sentezlemek için diğer nükleotidleri kullananlar da dahil olmak üzere 300'den fazla enzim katalitik eylemleri için magnezyum iyonlarına ihtiyaç duyar. ATP molekülü normalde magnezyum iyonu ile bir şelat içinde bulunur.

Beslenme

Diyet

refer to caption; follow link for complete description
Magnezyum kaynağı besinlere örnekler (sol üstten saat yönünde): kepekli kekler, kabak çekirdeği, arpa, karabuğday unu, az yağlı vanilyalı yoğurt, iz karışımı, pisi balığı biftekleri, garbanzo fasulyesi, lima fasulyesi, soya fasulyesi ve ıspanak

Baharatlar, kuruyemişler, tahıllar, kakao ve sebzeler zengin magnezyum kaynaklarıdır. Ispanak gibi yeşil yapraklı sebzeler de magnezyum açısından zengindir.

Magnezyum açısından zengin içecekler kahve, çay ve kakaodur.

Diyet önerileri

Birleşik Krallık'ta, magnezyum için önerilen günlük değerler erkekler için 300 mg ve kadınlar için 270 mg'dir. ABD'de Tavsiye Edilen Diyet İzinleri (ingilizce:Recommended Dietary Allowances(RDA)) 19-30 yaş arası erkekler için 400 mg ve daha büyükler için 420 mg'dir; kadınlar için 19-30 yaş için 310 mg ve daha büyükler için 320 mg.

Takviyeler

Çok sayıda farmasötik magnezyum preparatı ve diyet takviyesi mevcuttur. İki insan çalışmasında, ağırlık başına yüksek magnezyum içeriği nedeniyle magnezyum diyet takviyelerinde en yaygın formlardan biri olan magnezyum oksit, magnezyum sitrat, klorür, laktat veya aspartattan daha az biyoyararlanım göstermiştir.

Metabolizma

Yetişkin bir vücudunda 22-26 gram magnezyum vardır, %60'ı iskelet'te, %39 hücre içi (iskelet kasında %20) ve %1 hücre dışıdır. Serum seviyeleri tipik olarak 0.7-1.0 mmol/L veya 1,8-2,4 mEq/L‘dir. Serum magnezyum seviyeleri, hücre içi magnezyum eksik olduğunda bile normal olabilir. Serumdaki magnezyum seviyesini korumaya yönelik mekanizmalar, midebağırsak emilimi ve böbrek atılımı arasında değişir. Hücre içi magnezyum, hücre içi potasyum ile ilişkilidir. Artan magnezyum kalsiyum’u düşürür ve başlangıç düzeyine bağlı olarak hiperkalsemiyi (ingilizce:hypercalcemia) önleyebilir veya hipokalsemiye (ingilizce: hypocalcemia) neden olabilir. Hem düşük hem de yüksek protein alım koşulları, bağırsaktaki fosfat, fitat ve yağ miktarlarında olduğu gibi magnezyum emilimini engeller. Emilmeyen diyet magnezyum dışkıyla atılır; emilen magnezyum idrar ve terle atılır.

Serum ve plazmada tespit

Magnezyum durumu, idrar ve dışkı magnezyum içeriği ile birlikte serum ve eritrosit magnezyum konsantrasyonları ölçülerek değerlendirilebilir, ancak intravenöz magnezyum yükleme testleri daha doğru ve pratiktir. Enjekte edilen miktarın %20 veya daha fazlasının tutulması eksikliğe işaret eder. 2004 yılı itibariyle magnezyum için herhangi bir biyobelirteç belirlenmemiştir.

Plazma veya serumdaki magnezyum konsantrasyonları, ilacı terapötik olarak alan kişilerde etkinlik ve güvenlik açısından, potansiyel zehirlenme kurbanlarında tanıyı doğrulamak için veya ölümcül bir aşırı doz vakasında adli soruşturmaya yardımcı olmak için izlenebilir. Doğum sırasında parenteral magnezyum sülfat alan annelerin yeni doğan çocukları, normal serum magnezyum seviyeleri ile toksisite gösterebilir.

Eksiklik

Düşük plazma magnezyumu (hipomagnezemi) yaygındır: genel nüfusun %2,5-15'inde bulunur. 2005-2006 yılları arasında Amerika Birleşik Devletleri nüfusunun yüzde 48'i Diyet Referans Alımında önerilenden daha az magnezyum tüketmiştir. Diğer nedenler arasında böbrek veya gastrointestinal sistem kaybının artması, hücre içi kaymanın artması ve proton pompası inhibitörü antiasit tedavisi sayılabilir. Çoğu asemptomatiktir, ancak nöromüsküler, kardiyovasküler ve metabolik disfonksiyona işaret eden semptomlar ortaya çıkabilir. Alkolizm genellikle magnezyum eksikliği ile ilişkilidir. Kronik olarak düşük serum magnezyum seviyeleri metabolik sendrom, diabetes mellitus tip 2, fasikülasyon ve hipertansiyon ile ilişkilidir.

Terapi

  • Damar içi magnezyum, kalp karınçık anormal ritmleri (Ventriküler aritmiler) olan hastaların yönetimi ve ani kalp ölümünün önlenmesi için ACC/AHA/ESC 2006 kılavuzları tarafından karıncık aritmi ile ilişkili uzun QT sendromu ile mevcut torsades de pointes ile ilişkili hastalar ve digoksin kaynaklı aritmileri olan hastaların tedavisi için için tavsiye edilir.
  • Magnezyum sülfat – damar içi (ingilizce:intravenous) – preeklampsi (ingilizce:pre-eclampsia) ve eklampsi (ingilizce:eclampsia) tedavisinde kullanılır.
  • Alkolizmin neden olduğu hipomagnezemi (ingilizce:Hypomagnesemia), eksikliğin derecesine bağlı olarak ağızdan veya parenteral magnezyum uygulamasıyla geri döndürülebilir.
  • Magnezyum takviyesinin migren hastalığının önlenmesinde ve tedavisinde rol oynayabileceğine dair sınırlı kanıt vardır.

Magnezyum tuzu türüne göre sıralanan diğer tedavi edici uygulamalar şunlardır:

  • Magnezyum sülfat, Epsom tuzları olarak adlandırılan heptahidrat olarak, banyo tuzları, müshil ve yüksek oranda çözünür gübre olarak kullanılır.
  • Magnezyum hidroksit, suda süspansiyon halinde, magnezyum sütü antasit'ler ve müshillerde kullanılır.
  • Magnezyum klorür, oksit, glukonat, malat, orotat, glisinat, askorbat ve sitrat'ın tümü ağızdan magnezyum takviyesi olarak kullanılır.
  • Magnezyum borat, magnezyum salisilat ve magnezyum sülfat, antiseptikler olarak kullanılır.
  • Magnezyum bromür hafif yatıştırıcı olarak kullanılır (bu etki magnezyumdan değil bromürden kaynaklanır).
  • Magnezyum stearat, yağlayıcı özellikleri olan hafif yanıcı beyaz bir toz'dur. Eczacılık teknolojisinde, bileşenleri tablet şekline sıkıştırırken tabletlerin ekipmana yapışmasını önlemek için farmakolojik üretimde kullanılır.
  • Magnezyum karbonat tozu, jimnastikçiler, halterciler ve dağcılar gibi sporcular tarafından avuç içi terlemesini ortadan kaldırmak, yapışmayı önlemek ve jimnastik aletlerinin tutuşunu iyileştirmek, çubukları kaldırmak ve kayalara tırmanmak için kullanılır.

Aşırı Doz

Kandaki fazla magnezyum böbrekler tarafından derhal süzüldüğünden ve böbrek fonksiyonlarının bozuk olduğu durumlarda aşırı doz olasılığı daha yüksek olduğundan, tek başına diyet kaynaklarından aşırı doz alınması olası değildir. Buna rağmen, megadoz tedavisi küçük bir çocukta ölüme ve sağlıklı böbrekleri olan bir kadın ve genç bir kızda ciddi hipermagnezemiye neden olmuştur. Doz aşımının en yaygın semptomları bulantı, kusma ve ishaldir; diğer semptomlar arasında hipotansiyon, konfüzyon, kalp ve solunum hızında yavaşlama, diğer minerallerin eksikliği, koma, kardiyak aritmi ve kalp durması sonucu ölüm yer alır.

Bitkilerdeki işlevi

Bitkiler, fotosentez için gerekli olan klorofili sentezlemek için magnezyuma ihtiyaç duyar. Klorofildeki porfirin halkasının merkezinde bulunan magnezyum, hemedeki porfirin halkasının merkezinde bulunan demire benzer bir şekilde işlev görür. Bitkilerde magnezyum eksikliği, özellikle yaşlı yapraklarda yaprak damarları arasında sezon sonu sararmasına neden olur ve toprağa epsom tuzları (hızla süzülür) veya ezilmiş dolomitik kireç taşı uygulanarak düzeltilebilir.

Ayrıca bakınız

  • Magnezyum üretimine göre ülkelerin listesi
  • Magnezyum yağı

Atıf yapılan kaynaklar

  • Rumble, John R., ed. (2018). CRC Handbook of Chemistry and Physics (99. baskı). Boca Raton, FL: CRC Press. ISBN 978-1-1385-6163-2.

Magnezyum ve insan vücudu

Tohum ve sebzelerde klorofil kompleksi halinde bulunur. Günlük ihtiyaç 0,2-0,3 g kadardır. Magnezyum eksikliğinin tıptaki adı Hipomagnezemi, fazla olması ise Hipermagnezemi olarak bilinir. Vücuttaki toplam magnezyum miktarı 20-30 g kadardır. Bunun % 60-70'i kemiklerde, % 1,5 oranında magnezyum fosfat (Mg3(PO4)2)halinde yer alır. Geri kalan kısmı yumuşak dokularda, diğer kısmı ise sıvılarda bulunur. Kan plazmasında 0,02-0,03 mg; eritrositlerde 0,06 mg bulunur. Plazmadaki magnezyumun üçte biri proteinlere bağlıdır.

Fosfataz, fosforilaz, enolaz, fosfoglukomutaz enzimlerinin aktivatörüdür. ATPaz'ın inhibitörüdür. Magnezyum idrar yollarında magnezyum amonyum fosfat (MgNH4PO4) şeklinde çökerek idrar yolu taşlarının yapısında bulunur. Damara şırınga edilen magnezyum iyonları narkotik etki gösterir. Magnezyum elementi sinir sisteminin aşırı duyarlılığını azaltır.

Hipomagnezemi;

  1. Böbrek yetmezliği
  2. Diabetik koma
  3. Hipotiroidizm
  4. İyatrojenik
  5. Addison hastalığında görülür.

Hipermagnezemi ise;

  1. Sindirim sistemi hastalıkları
  2. Böbrek hastalıkları
  3. Endokrin hastalıklar
  4. Metabolik bozukluklar
  5. Terleme, yanık, akut pankreatit
  6. Beslenmeye bağlı olarak görülür.

Bulunduğu yerler

Magnezyum

Vücutta bulunan magnezyumun yaklaşık %60’ı kemik ve dişlerin yapısında yer alır. Diğer minerallerle birlikte sinir uyarımını ve kas kasılmalarını düzenler. Ayrıca enerji metabolizmasında rol alan pek çok enzimi etkin biçime dönüştürür. Kalsiyum gibi magnezyum tuzları da suda çözünmez ve besinlerdeki magnezyumun çoğu emilemez. Emilimin çoğu yukarı bağırsak bölgesinde olur. Günlük gereksinim düzeyi 300–350 mg arasındadır. Bitki klorofilinin bir yapı taşı olduğundan başlıca kaynak yeşil yapraklı bitkilerdir. Fındık, tahıl ve deniz ürünleri de magnezyumdan zengin besinlerdir.

Kullanım alanları

Fotoğraf makinelerinin gövde ve flaş kaplamalarında, işaret fişeklerinde ve yangın bombaları başta olmak üzere pirotekni alanında yoğun olarak kullanılır. Alüminyumdan üçte bir oranında daha hafif olması nedeniyle, alaşımlarından uçak ve füze yapımında faydalanılır. Eczacılık alanında önem taşıyan bileşikleri de vardır. İtici özellikteki bileşiklerin yapısına katılır. Döküm demir yapımında ve uranyum başta olmak üzere çeşitli metallerin tuzlarından saflaştırılması işleminde kullanılır. Şömine tuğlalarının, aydınlatma ampullerinin, renk maddelerinin ve filtrelerin yapımında da yeri vardır. Yeşil bitkilerde bulunan klorofil yapısında da yer alır. Ayrıca havai fişeklerin patlarken ortaya çıkardıkları renkleri vermek için de çeşitli bileşiklerle kullanılır.