کاربرد عنصر منیزیم چیست؟ خواص و ویژگی عنصر منیزیم
عنصر منیزیم در جدول تناوبی عناصر شیمیایی با نماد شیمایی Mg شناخته می شود. عدد اتمی عنصر منیزیم ۱۲ و عدد جرمی آن ۲۴.۳۰۵۰ است. عنصر منیزیم از لحاظ شیمیایی در گروه فلزات قلیایی خاکی قرار گرفته است. این ماده در گروه دوم و تناوب سوم جدول مندلیف جای دارد. جایگاه عنصر منیزیم در جدول تناوبی، پایین عنصر بریلیوم و بالای عنصر کلسیم است. کاربرد عنصر منیزیم در صنعت به دلیل سبکی آن زیاد بوده و مصارف صنعتی فراوانی دارد. از خواص عنصر منیزیم می توان به رنگ خاکستری براقش اشاره نمود. توجه شود که این عنصر در طبیعت به شکل خالص وجود نداشته و همواره ترکیبات آن یافت می شود. کاربرد عنصر منیزیم در بدن و نقش سلامت آن نیز قابل توجه است. در ادامه این مقاله به بررسی این عنصر و مدل اتمی بور برای عنصر منیزیم می پردازیم.
نشریه علمی جهان شیمی فیزیک به بررسی بسیاری از عناصر جدول تناوبی پرداخته است. عناصری مانند: کربن، نیتروژن، اکسیژن، فلوئور و… . در ادامه با بررسی خواص و ویژگی و ترکیبات و ایزوتوپ عنصر منیزیم با ما همراه باشید.
خواص عنصر منیزیم عنصر شماره ۱۲ جدول تناوبی
عنصر منیزیم عنصر شماره ۱۲ جدول تناوبی مندلیف با عدد اتمی ۱۲ است. نماد شیمیایی عنصر منیزیم Mg بوده و در شرایط STP به حالت جامد وجود دارد. دمای ذوب عنصر منیزیم ۶۵۰ درجه سانتی گراد است. آرایش الکترونی عنصر منیزیم به صورت [Ne] 3S۲ بوده و چگالی ۱.۷۳۸ گرم بر سانتی متر مکعب دارد. ایزوتوپ منیزیم- ۲۴ بیشترین فراوانی را در بین ایزوتوپ عنصر منیزیم داراست. واکنش پذیری عنصر منیزیم بسیار زیاد است. اگرچه این عنصر به صورت خالص در طبیعت یافت نمی شود. اما به صورت صنعتی می توان نوع خالص این عنصر را تولید نمود. این عنصر نهمین عنصر کیهانی از لحاظ فراوانی است. ۱۳% جرم کره زمین را نیز این ماده تشکیل داده است. از لحاظ فراوانی هشتمین عنصر زمین بشمار می آید. در ادامه مدل اتمی بور برای عنصر منیزیم آمده است.
ویژگی عنصر منیزیم
این عنصر از سبک ترین عناصر جدول تناوبی بوده و در ساخت قطعات فلزی کاربرد دارد.
این ماده هشتمین عنصر فراوان در زمین است.
این عنصر چگالی پایینی و در عین حال استحکام قابل توجهی دارد.
این ماده به خوبی ارتعاشات را جذب می کند.
این ماده می تواند برای مقابله با امواج مغناطیسی در نیروگاه ها و شرکت های نفت و گاز و… استفاده شود.
کاربرد این ماده برای مقابله با امواج مضر مغناطیسی بسیار مفید است.
از لین ماده در گذشته برای عکاسی نیز استفاده می شد. نور فلش شده در عکاسی نیز از سوختن منیزیم حاصل می شود.
خواص شیمیایی منیزیم
این ماده فلزی نسبتاً فعال است. این عنصر به آرامی با آب سرد و با سرعت بیشتری با آب گرم واکنش می دهد. این عنصر واکنش پذیر در دمای اتاق با اکسیژن واکنش داده و پوسته نازکی از اکسید منیزیم را ایجاد می کند. زمانی که این عنصر در معرض هوا قرار بگیرد، رنگ آن کمی تیره خواهد شد. اما برخلاف سایر فلزات قلیایی خاکی، نیازی به نگهداری آن در محیط بدون اکسیژن مثلا داخل نفت نیست. در اثر واکنش با هوا، لایه ای اکسید بر روی آن تشکیل شده که از پیشرفت واکنش جلوگیری به عمل می آورد.
در دما های بالا با نور سفید شدیدی می سوزد. این نور شامل طول موج های قوی از پرتو ماورا بنفش است. در گذشته از پودر این فلز برای نور دهی به سوژه در عکاسی با فلاش استفاده می‌شد. که بعدها فیلامنت های منیزیمی در فلاش های عکاسی رواج پیدا نمود. در آتش بازی، نورپردازی صحنه تئاتر و شبیه‌سازی شلیک گلوله نیز این عنصر بکار گرفته می‌شده است.
منیزیم همچنین با بیشتر اسید ها و برخی از مواد قلیایی نیز واکنش می دهد. نمونه هایی از مواد قلیایی که عنصر منیزیم با آن ها وارد واکنش می شود، هیدروکسید سدیم و آب آهک است.
این ماده با بسیاری از غیر فلزات نیز وارد واکنش می شود. مانند: نیتروژن، گوگرد، فسفر، کلر، فلوئور، برم و ید. حتی برخی ترکیبات مانند مونوکسیدکربن، دی اکسید کربن، دی اکسید گوگرد و اکسید نیتریک نیز به راحتی با این ماده وارد واکنش می شوند.
ایزوتوپ عنصر منیزیم
تعداد ایزوتوپ عنصر منیزیم که به طور طبیعی وجود دارد، ۳ ایزوتوپ است. منیزیم-۲۴، منیزیم-۲۵ و منیزیم-۲۶. ایزوتوپ های یک عنصر با توجه به عدد جرمی متفاوت از یکدیگر متمایز می شوند. عدد جرمی همان تعداد پروتون ها و نوترون ها در هسته اتم عنصر است.
درواقع این تعداد پروتون هاست که نوع هر عنصر را تعیین می کند. از طرفی تعداد نوترون های موجود در اتم هر یک از عناصر نیز می تواند متفاوت باشد. ایجاد تغییر در تعداد پروتون های اتم نشان دهنده ایزوتوپ جدید است. علاوه بر ۳ ایزوتوپ بالا، عنصر منیزیم یک ایزوتوپ رادیواکتیو نیز با نام منیزیم-۲۸ دارد. اما این ایزوتوپ استفاده تجاری مهمی ندارد.
آلیاژ عنصر منیزیم
آلیاژ این ماده از ترکیب آن با فلزاتی همانند: آلومینیوم، روی، منگنز، سیلیسیم، مس، فلزات کمیاب و زیرکونیم تولید می شود. آلیاژ های این ماده ساختار شبکه ای شش ضلعی هگزاگونال دارند. این شبکه های هگزاگونال بر خواص بنیادی این آلیاژها بسیار موثرند.
البته تغییر شکل پلاستیک شبکه هگزاگونال پیچیده تر از فلزاتی با کریستال مکعبی مانند آلومینیوم، مس و فولاد است. از این جهت آلیاژ های عنصر منیزیم اغلب به عنوان آلیاژ های ریخته گری استفاده می گردند. کاربرد آلیاژ های این ماده در بسیاری از اجزای اتومبیل های مدرن با عملکرد بالا نیز استفاده شده اند.
نام آلیاژ های منیزیم اغلب با دو حرف و دو عدد مشخص می شوند. حروف، عناصر اصلی آلیاژ را معرفی می کنند. مانند A: آلومینیوم، Z: روی، M: منگنز، S: silicon). اعداد نیز مقدار درصد ترکیبات در آلیاژ اصلی را نشان می دهند. مثلا علامت AZ91، نشان دهنده آلیاژ منیزیم با حدود ۹ درصد آلومینیوم و ۱ درصد روی است.
منبع تهیه عنصر منیزیم و ارتباط با طبیعت
همان طور که پیش تر اشاره شد، حدود ۲.۱ درصد از پوسته زمین از این ماده تشکیل شده است. این مقدار از فراوانی آن را به هشتمین عنصر فراوان زمین مبدل ساخته است. این عنصر به طور طبیعی در آب دریا نیز وجود دارد. به طوری که در یک مایل مکعب آب دریا، حداکثر شش میلیون تن از این عنصر وجود دارد.
بسیاری از مواد معدنی طبیعی نیز حاوی این ماده اند. از مهم ترین ترکیبات معدنی حاوی این ماده می توان به دولومیت، منیزیت یا کربنات منیزیم (MgCO3)، کارنالیت یا پتاسیم منیزیم کلرید (KMgCl3) و اپسومیت یا سولفات منیزیم (MgSO4) اشاره کرد.
جالب است بدانید قطب تولید کننده سنگ های معدنی منیزیم کشور ترکیه است. کره شمالی، چین، اسلواکی، اتریش و روسیه از دیگر تولیدکنندگان هستند. مقدار تولیدات این ماده در ایالات متحده به دلیل محافظت از اسرار تجاری گزارش نشده است.
در ایالات متحده این ماده از سه منبع به دست می آید. آب دریا، شوراب ها و معادن. آب دریا به منظور به دست آوردن منیزیم توسط شرکت هایی فرآوری می شود. این عنصر از شوراب ها نیز به دست می آید. به آبی که حتی از آب دریا نیز شور تر است، شورابه می گویند. تقاضای جهانی برای این ماده بخصوص در صنایع خودروسازی و صنایع تولید آلیاژ های آلومینیومی در سال های اخیر رشد چشمگیری داشته است.
مهم ترین منابع این ماده
- آب دریا (کلرید منیزیم)
- دولومیت (MgCO3.CaCO3)
- مگنزیت (MgCO3)
- کارنالیت (KCl.MgCl۲.۶H۲O)
تولید عنصر منیزیم
همان طور که اشاره شد، این ماده را می‌توان به صورت محلول، در آب دریا و آب های شور پیدا نمود. سنگ های منیزی و دولومیت از منابع دیگر این ماده به شمار می‌آیند. این ماده را به دو روش کلی می توان تولید نمود. فرآیند کاهشی منیزیم اکسید و الکترولیز نمودن منیزیم کلرید.
کاربرد عنصر منیزیم
- کاربرد منیزیم و خواص بیولوژیکی
- کاربرد در صنایع متالورژی
- کاربرد در صنایع هوافضا
- کاربرد در صنایع اتومبیل سازی
- مصرف در صنایع الکترونیک
کاربرد عنصر منیزیم در متالوژی
از کاربرد و مصرف این ماده می توان به ایجاد گرافیت گره ای (nodular) در آهن ریختگی اشاره کرد.
این عنصر می تواند به عنوان آند گالوانیکی در لوله ها، قایق ها و هیتر های آب استفاده شود.
باتری های منیزیمی نیز از موارد قابل سرمایه گذاری برای تولید باتری های قابل شارژ به شمار می روند.
این ماده در تولید مواد و آلیاژ های بسیار مستحکم و سبک وزن استفاده می شود. وقتی منیزیم با نانوذرات کاربید سیلیکون ترکیب شود، از استحکام ویژه بسیار بالایی برخوردار خواهد شد.
این ماده در استخراج اورانیم و دیگر فلزات از نمک هایشان نیز کاربرد دارد.
این ماده در آلیاژ سازی با مشارکت فلز آلومینیوم کاربرد دارد.
این ماده در ریخته گری به صورت آلیاژ با روی به کار می رود.
در تولید تیتانیوم در فرآیند کرول کاربرد دارد.
در فرایندهای تولید آهن و فولاد برای حذف گوگرد کاربرد دارد.
ویژگی بیولوژیکی عنصر منیزیم
منیزیم بخشی از کلروفیل گیاهان را تشکیل می دهد. کلروفیل رنگدانه ای سبز است که گیاهان جهت استخراج انرژی از نور خورشید استفاده می کنند. گیاهانی که به اندازه کافی منیزیم ندارند، نمی توانند به اندازه کافی کلروفیل تولید کنند. در نتیجه روی برگ های آن ها، لکه هایی مایل به رنگ زرد ایجاد می شود.
علاوه بر این، این ماده برای تعداد زیادی از فرآیند های بیولوژیکی در بدن انسان بسیار مهم است. زنان بزرگسال باید حدود ۳۲۰ میلی گرم منیزیم در روز و مردان بزرگسال ۴۲۰ میلی گرم منیزیم مصرف کنند.
میوه، سبزیجات، آجیل، حبوبات و غلات منابع خوبی از این ماده هستند. مکمل های حاوی منیزیم نیز برای انواع شرایط مانند: فشار خون بالا، سندرم قبل از قاعدگی و دیابت توصیه می شوند.
افراد الکلی و کودکانی که تغذیه مناسب ندارند، معمولا دچار کمبود منیزیم می شوند. کمبود منیزیم باعث می شود که فرد به راحتی ناراحت یا پرخاشگر شود. البته قرار گرفتن بیش از حد در معرض منیزیم نیز مشکلاتی را ایجاد می کند.
استنشاق پودر منیزیم می تواند باعث تحریک گلو و چشم شود و تب شود. مصرف این ماده در دوز های زیاد می تواند به عضلات و اعصاب آسیب برساند. در مواردی هم می تواند منجر به از دست دادن احساس و فلج شود.
قرص منیزیم
یکی از اعضای مینرال ها که ارزش بالایی در مصارف خوراکی و دارویی دارند، منیزیم است. در ادامه به کاربرد قرص منیزیم اشاره شده است:
- سلامت استخوان ها
- سلامت قلب انسان و حیوانات
- دیابت
- جلوگیری از سندروم پیش از قائدگی
ترکیبات عنصر منیزیم
از ترکیبات این فلز به عنوان ماده نسوز در کوره ها می توان استفاده نمود. یکی از این ترکیبات منیزیم اکسید است. کاربرد این کوره ها در تولید آهن، فولاد، شیشه و سیمان است.
منیزیم اکسید و سایر ترکیبات مشابه در کشاورزی، صنایع و ساخت و ساز کاربرد فراوانی دارند.
واکنشگر گرینیارد، از واکنش منیزیم با آلکیل هالید ها تولید شده و در تهیه الکل ها کاربرد دارد.
منیزیم فسفات برای نسوز کردن مصالح ساختمانی چوبی مورد استفاده قرار می گیرد.
نمک های فلز منیزیم در بسیاری از غذا ها، کود ها و محیط های کشت میکروبی مصرف می شود.
از منیزیم سولفیت در تولید کاغذ استفاده می شود.
هشدار و خطر
عنصر منیزیم فلزی و آلیاژ های آن می توانند خطر انفجار داشته باشند. انواع ایمن ترکیبات این ماده در آتش بازی ها کاربرد دارند. اما اگر تکه ای از این عنصر به صورت پودر یا روبان و به شکل خالص بسوزد، بسیار قابل اشتعال و خطر آفرین است.
این ماده به حالت مذاب یا در حال سوختن، به شدت با آب واکنش می دهد. فرایند سوختن این ماده با استفاده از خاموش كننده های شیمیایی خشک كلاس D صورت می گیرد. پوشاندن آتش با ماسه نیز قابل رفع است.
باید از عینک های ایمن با قابلیت محافظت از چشم و فیلتر های UV در هنگام کار با پودر منیزیم استفاده گردد. زیرا سوختن این ماده سبب تولید نور ماورای بنفش شده که به شبکیه چشم انسان آسیب می زند.
