Langbahn Team – Weltmeisterschaft

Magnez

Magnez
sód ← magnez → glin
Wygląd
srebrzystobiały
Magnez
Widmo emisyjne magnezu
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

24,305 ± 0,002[a][4]

Stan skupienia

stały

Gęstość

1738 kg/m³

Temperatura topnienia

650 °C[1]

Temperatura wrzenia

1090 °C[1]

Numer CAS

7439-95-4

PubChem

5462224

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: 24
Mg
, 25
Mg
oraz 26
Mg
.

Magnez po raz pierwszy został uznany za pierwiastek przez Josepha Blacka (1755), zaś wyodrębniony w formie czystej w 1808 roku przez Humphry’ego Davy’ego[6], który nadał mu łacińską nazwę[7]. Polską nazwę zaproponował Filip Neriusz Walter.

Występowanie

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

Kryształy magnezu otrzymane w procesie Pidgeon

Magnez można otrzymać poprzez redukcję tlenku magnezu lub metodami elektrochemicznymi[8][9]. Do elektrolizy stosuje się stopione sole: karnalit lub chlorek magnezu z topnikami, np. fluorytem lub mieszaniną NaCl i CaCl
2
[9][10]. W metodach termicznych jako reduktory stosuje się węgiel lub karbid w temperaturze ok. 2000 °C[8][9][10][11]:

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)[8]:

2(CaO·MgO) + Si Ca
2
SiO
4
+ 2Mg

Zamiast czystego krzemu stosuje się także żelazokrzem[9]. W celu ochrony przed ponownym utlenieniem proces prowadzi się w próżni lub atmosferze wodoru lub gazu ziemnego[8][10][11].

Związki

Najważniejszymi związkami magnezu są tlenek, wodorotlenek 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

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)[12], w efekcie powłoka pasywacyjna jest mniej skuteczna.

Pasywacji ulega także w stężonym (98%) kwasie siarkowym (doniesiono jednak o opornym rozpuszczaniu się magnezu w stęż. H
2
SO
4
(Bunsen), z wydzielaniem SO
2
(Liebig) lub H
2
S
i S (A. Ditte)) i wobec par jodu (brak reakcji do temp. 600 °C)[13]. Pasywacyjna warstwa trudnorozpuszczalnego fluorku magnezu chroni go też przed działaniem kwasu fluorowodorowego[10].

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[10]. W analizie jakościowej kationy Mg2+
należą do V grupy.

Jest substancją palną, temperatura zapłonu wynosi ok. 760 °C[14]. Pył magnezowy jest piroforyczny, jego temperatura samozapłonu wynosi ok. 470 °C[15]. Magnez w powietrzu spala się oślepiającym białym płomieniem o temperaturze 3000–3100 °C[16]. Produktem głównym jest tlenek, któremu towarzyszy azotek magnezu[8][14]:

2Mg + O
2
→ 2MgO
3Mg + N
2
→ Mg
3
N
2

Spalanie podtrzymywane jest także w atmosferze pary wodnej i dwutlenku węgla[8]:

Mg + H
2
O → MgO + H
2
2Mg + CO
2
→ 2MgO + C
(sadza)

Magnez rozpuszcza się po podgrzaniu w metanolu i etanolu z wytworzeniem odpowiednich alkoholanów. Reakcje te inicjowane są przez jod, a inhibowane przez wodę w ilości powyżej 1%. Wykorzystywane są do otrzymywania alkoholanów oraz do uzyskiwania tzw. absolutnego etanolu, tj. produktu o bardzo niskiej zawartości wody[17]:

2ROH + Mg → Mg(OR)
2
+ H
2

Magnez reaguje też z halogenkami organicznymi z wytworzeniem związków Grignarda[18]:

R-X + Mg → R-Mg-X (X = Cl, Br, I)

Zastosowanie

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 mają jedną z najniższych gęstości i korzystny stosunek wytrzymałości mechanicznej do masy. W podobnych zastosowaniach wykorzystywane są także magnale (stopy glinu z magnezem) oraz elektrony (stopy magnezu, glinu, cynku, manganu i krzemu)[19].

Ze stopów magnezowych wykonuje się obudowy niektórych urządzeń elektronicznych i precyzyjnych, np. obudowy notebooków, kamer filmowych i video oraz aparatów fotograficznych.

Magnez wchodzi w skład chlorofilu. Jony magnezu odgrywają 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.

Objawy niedoboru u człowieka

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. Inne przyczyny niedoboru magnezu to: nadużywanie alkoholu[20][21][22], stosowanie hormonalnych środków antykoncepcyjnych, stres, spożywanie dużych ilości tłuszczów, niewydolność nerek.

Magnez bierze udział w licznych procesach zachodzących w organizmie, a zakres objawów jego niedoboru jest szeroki.

  • zwiększenie pobudliwości nerwowo-mięśniowej oraz osłabienia i nieprawidłowości pracy serca, czego efektem są:
    • drgania jednej z powiek, czy też częściowo górnych warg

Suplementacja magnezem może mieć wiele korzystnych skutków dla zdrowia w tych schorzeniach i objawach[23].

Magnez a depresja

Przypuszczalnie niedobór magnezu w diecie może prowadzić do depresji[24][25]. 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+
[26]. Zawartość magnezu w mózgu osób z lekooporną depresją była istotnie mniejsza niż u osób zdrowych[27]. Metoda pomiaru poziomu magnezu w mózgu in vivo metodą MRI opublikowana została w roku 2008[26][28] i wymaga potwierdzenia w badaniach klinicznych[27].

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[29]. Opisywano przypadki, w których suplementacja rozpuszczalną formą magnezu (4 × 125–300 mg jonów Mg2+
dziennie) nawet w ciągu mniej niż 7 dni zniosła objawy kliniczne depresji[30]. Z niektórych badań wynika, że skuteczna terapia farmakologicznymi środkami przeciwdepresyjnymi przebiega ze wzrostem poziomu magnezu w organizmie[31].

Przedawkowanie

Nadmiar magnezu z organizmu jest usuwany przez nerki. Istnieje pewna możliwość przedawkowania preparatów magnezu. Ryzyko to dotyczy szczególnie pacjentów starszych, ze znacznie upośledzoną funkcją nerek. Możliwe objawy obejmują niedociśnienie, spowolnienie akcji serca – bradykardia, niewydolność oddechowa, osłabienie odruchów – hiporefleksja, opisano śmierć osoby w podeszłym wieku po przyjęciu bardzo dużej ilości związków magnezu w celu ułatwienia wypróżnienia[32].

Magazynowanie

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

Poniżej przedstawiono zawartość magnezu w 100 g poszczególnych produktów[33][34]:

wykaz zawartości magnezu w 100g poszczególnych produktów
Produkt stan/forma przygotowania zawartość magnezu
Otręby pszenne surowe 611 mg[35]
dynia pestki 593 mg
kakao gorzkie 16% n/a 420 mg
orzechy brazylijskie surowe 377 mg
migdały surowe 270 mg
Otręby owsiane surowe 235 mg[35]
kasza gryczana sucha 218 mg[36]
soja sucha 216 mg
fasola biała sucha 170 mg
czekolada gorzka - 170 mg
orzechy laskowe surowe 140–160 mg[37]
płatki owsiane suche 130 mg
groch surowy 124 mg
ciecierzyca surowa 120 mg
szczaw surowy 103 mg
orzechy włoskie surowe 100 mg[38]
soja gotowana 86 mg
botwina surowa 73 mg
fasola biała ugotowana 63 mg
Karczochy surowe 60 mg[39]
szpinak surowy 79 mg[40][41][42]
koper surowy 55 mg
pietruszka surowa 55 mg
rukola surowa 47 mg
jarmuż surowy 47 mg
Karczochy ugotowane 42 mg[39]
makrela, surowa 30 mg
dorsz surowy 30 mg

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 jonu Mg2+
(kilka – kilkanaście procent), 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)[43]. Dodatek witaminy B6 potęguje działanie preparatów magnezu.

Źródłem magnezu w diecie może być wschodnioazjatycka przyprawa nigari, w której ok. 95% stanowi MgCl
2
·6H
2
O
.

Uwagi

  1. Podana wartość stanowi przybliżoną standardową względną masę atomową (ang. abridged standard atomic weight) publikowaną wraz ze standardową względną masą atomową, która wynosi [24,304; 24,307]. Z uwagi na zmienność abundancji izotopów pierwiastka w naturze, wartości w nawiasach klamrowych stanowią zakres wartości względnej masy atomowej dla naturalnych źródeł tego pierwiastka. Zob. Prohaska i in. 2021 ↓, s. 584.

Przypisy

  1. a b David R. Lide (red.), CRC Handbook of Chemistry and Physics, wyd. 90, Boca Raton: CRC Press, 2009, s. 4-21, ISBN 978-1-4200-9084-0 (ang.).
  2. magnesium, [w:] Classification and Labelling Inventory, Europejska Agencja Chemikaliów [dostęp 2015-04-10] (ang.).
  3. Magnesium (nr 254118) (ang.) – karta charakterystyki produktu Sigma-Aldrich (Merck) na obszar Stanów Zjednoczonych. [dostęp 2011-10-02]. (przeczytaj, jeśli nie wyświetla się prawidłowa wersja karty charakterystyki)
  4. Thomas Prohaska i inni, Standard atomic weights of the elements 2021 (IUPAC Technical Report), „Pure and Applied Chemistry”, 94 (5), 2021, s. 573–600, DOI10.1515/pac-2019-0603 (ang.).
  5. Magnez (nr 254118) – karta charakterystyki produktu Sigma-Aldrich (Merck) na obszar Polski. [dostęp 2011-10-02]. (przeczytaj, jeśli nie wyświetla się prawidłowa wersja karty charakterystyki)
  6. Ignacy Eichstaedt: Księga pierwiastków. Warszawa: Wiedza Powszechna, 1973, s. 139–140. OCLC 839118859.
  7. Andrew Ede, The Chemical Element: A Historical Perspective, Greenwood Publishing Group, 2006, ISBN 978-0-313-33304-0 [dostęp 2019-05-05] (ang.).
  8. a b c d e f Stanisław Tołłoczko, Wiktor Kemula: Chemia nieorganiczna z zasadami chemii ogólnej. Warszawa: PWN, 1954, s. 405–406.
  9. a b c d Encyklopedia techniki CHEMIA. Warszawa: WNT, 1965.
  10. a b c d e Adam Bielański: Chemia ogólna i nieorganiczna. Warszawa: PWN, 1981, s. 516–518. ISBN 83-01-02626-X.
  11. a b Mały słownik chemiczny. Jerzy Chodkowski (red.). Wyd. V. Warszawa: Wiedza Powszechna, 1976.
  12. Laurel M. Sheppard, Using „corrosion” to make ceramics, „Chemical Innovation”, 31 (11), 2001, s. 23–30 (ang.).
  13. Leon. McCulloch, Reactions of magnesium and aluminum with iodine and with concentrated sulfuric acid., „Journal of Chemical Education”, 24 (5), 1947, s. 240, DOI10.1021/ed024p240 [dostęp 2021-12-12] (ang.).
  14. a b Adam Bielański: Podstawy chemii nieorganicznej. Wyd. 5. Warszawa: PWN, 2002, s. 797–798. ISBN 83-01-13654-5.
  15. Magnesium (powder). [w:] International Chemical Safety Cards [on-line]. International Programme on Chemical Safety. [dostęp 2014-08-10].
  16. Edward L. Dreizin, Charles H. Berman, Edward P. Vicenzi, Condensed-phase modifications in magnesium particle combustion in air, „Combustion and Flame”, 122 (1–2), 2000, s. 30–42, DOI10.1016/S0010-2180(00)00101-2 [dostęp 2021-12-12] (ang.).
  17. Arthur I. Vogel: Preparatyka Organiczna. Warszawa: Wydawnictwa Naukowo-Techniczne, 1964, s. 168–171.
  18. J.D. Roberts, M.C. Caserio: Chemia organiczna. Warszawa: PWN, 1969, s. 360–363.
  19. Struktury stopów metali lekkich (Al, Mg i Ti). [dostęp 2016-03-08]. [zarchiwizowane z tego adresu (2012-01-03)].
  20. K. Laitinen, R. Tähtelä, M. Välimäki, The dose-dependency of alcohol-induced hypoparathyroidism, hypercalciuria, and hypermagnesuria, „Bone and Mineral”, 19 (1), 1992, s. 75–83, DOI10.1016/0169-6009(92)90845-5, PMID1422307 [dostęp 2021-12-12] (ang.).
  21. L.J. Chandler i inni, Magnesium and zinc potentiate ethanol inhibition of N-methyl-D-aspartate-stimulated nitric oxide synthase in cortical neurons, „The Journal of Pharmacology and Experimental Therapeutics”, 271 (1), 1994, s. 67–75, PMID7525932 [dostęp 2021-12-12] (ang.).
  22. T.D. Murray, A. Berger, Alcohol withdrawal, „Virginia medical quarterly: VMQ”, 124 (3), 1997, s. 184–187, 189, PMID9227048 [dostęp 2021-12-12].
  23. Mary P. Guerrera, Stella Lucia Volpe, Jun James Mao, Therapeutic uses of magnesium, „American Family Physician”, 80 (2), 2009, s. 157–162, PMID19621856 [dostęp 2021-12-12] (ang.).
  24. Felice N. Jacka i inni, Association between magnesium intake and depression and anxiety in community-dwelling adults: the Hordaland Health Study, „The Australian and New Zealand Journal of Psychiatry”, 43 (1), 2009, s. 45–52, DOI10.1080/00048670802534408, PMID19085527 [dostęp 2021-12-12] (ang.).
  25. Kathleen Wilson, Vlasios Brakoulias, Magnesium intake and depression, „The Australian and New Zealand Journal of Psychiatry”, 43 (6), 2009, s. 580, DOI10.1080/00048670902873748, PMID19452662 [dostęp 2021-12-12] (ang.).
  26. a b Dan V. Iosifescu i inni, Brain bioenergetics and response to triiodothyronine augmentation in major depressive disorder, „Biological Psychiatry”, 63 (12), 2008, s. 1127–1134, DOI10.1016/j.biopsych.2007.11.020, PMID18206856 [dostęp 2021-12-12] (ang.).
  27. a b George A. Eby, Karen L. Eby, Magnesium for treatment-resistant depression: a review and hypothesis, „Medical Hypotheses”, 74 (4), 2010, s. 649–660, DOI10.1016/j.mehy.2009.10.051, PMID19944540 [dostęp 2021-12-12] (ang.).
  28. Stefano Iotti, Emil Malucelli, In vivo assessment of Mg2+ in human brain and skeletal muscle by 31P-MRS, „Magnesium Research”, 21 (3), 2008, s. 157–162, DOI10.1684/mrh.2008.0142, PMID19009818 [dostęp 2021-12-12] (ang.).
  29. Lazaro Barragán-Rodríguez, Martha Rodríguez-Morán, Fernando 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, „Magnesium Research”, 21 (4), 2008, s. 218–223, DOI10.1684/mrh.2008.0149, PMID19271419 [dostęp 2021-12-12] (ang.).
  30. George A. Eby, Karen L. Eby, Rapid recovery from major depression using magnesium treatment, „Medical Hypotheses”, 67 (2), 2006, s. 362–370, DOI10.1016/j.mehy.2006.01.047, PMID16542786 [dostęp 2021-12-12] (ang.).
  31. Mihai Nechifor, Magnesium in major depression, „Magnesium Research”, 22 (3), 2009, 163S–166S, DOI10.1684/mrh.2009.0177, PMID19780403 [dostęp 2021-12-12] (ang.).
  32. Sachiko Onishi, Shunpei Yoshino, Cathartic-induced fatal hypermagnesemia in the elderly, „Internal Medicine (Tokyo, Japan)”, 45 (4), 2006, s. 207–210, DOI10.2169/internalmedicine.45.1482, PMID16543690 [dostęp 2021-12-12] (ang.).
  33. Magnez wzmacnia mięśnie i koi nerwy – bezsenność, czekolada, magnez, mięśnie, nerwy [online], Poradnik Zdrowie.
  34. 30 najlepszych źródeł magnezu [online], Salaterka [dostęp 2019-12-29] (pol.).
  35. a b Otręby pszenne – właściwości, zawartość kalorii, w jakich formach można spożywać otręby pszenne | WP abcZdrowie [online], abczdrowie.pl [dostęp 2024-04-24] (pol.).
  36. Kasza gryczana – właściwości, wartości odżywcze i dietetyczne przepisy :BonaVita – Profesjonalny portal o odżywianiu, dietach, odchudzaniu [online], bonavita.pl [dostęp 2024-04-24] (pol.).
  37. Orzechy laskowe: właściwości, jak kupować i przechowywać? [online], Beszamel [dostęp 2019-10-17] (pol.).
  38. Orzechy włoskie – właściwości i zastosowanie w diecie [online], Bakalland [dostęp 2019-10-17] (pol.).
  39. a b Karczochy – wartości odżywcze i właściwości zdrowotne. Na co pomagają karczochy? | Wapteka.pl [online], wapteka.pl [dostęp 2024-04-24] (pol.).
  40. Salaterka [online], salaterka.pl [dostęp 2024-04-24] (pol.).
  41. https://www.ile-kalorii.pl/mineraly/szpinak-na-surowo-d3162
  42. Szpinak – właściwości, kalorie, przeciwwskazania. Czy szpinak mrożony jest zdrowy? | Strona Zdrowia [online], stronazdrowia.pl [dostęp 2024-04-24] (pol.).
  43. Roswitha Siener, Andrea Jahnen, Albrecht Hesse, Bioavailability of magnesium from different pharmaceutical formulations, „Urological Research”, 39 (2), 2011, s. 123–127, DOI10.1007/s00240-010-0309-y, PMID20862466 [dostęp 2021-12-12] (ang.).

Bibliografia