História horčíka, štruktúra, vlastnosti, reakcie, použitie

On horčík Je to alkalský kov, ktorý patrí do skupiny 2 periodickej tabuľky. Jeho atómové číslo je 12 a je znázornené chemickým symbolom MG. Je to ôsmy najhojnejší prvok v zemskej kôre, približne 2,5% toho istého.

Tento kov, rovnako ako jeho paprika a alkalické kovy, sa nenachádza v prírode v pôvodnom stave, ale je kombinovaný s inými prvkami, aby sa vytvorili početné zlúčeniny prítomné v horninách, morskej vode a soľanke.

Každodenné predmety vyrobené z horčíka. Zdroj: Wikipedia Firretwister.

Horčík je súčasťou minerálov, ako je dolomit (uhličitan vápenatý a horčík), magnezit (uhličitan horečnatý), karnalit (horčík chlorid a hexahydrát draslík), brucita (hydroxid horčík) a kremičitany, ako je talc a talc, olivino Olivino.

Jeho najbohatším prírodným zdrojom jeho rozšírenia je more, ktoré má množstvo 0,13%, hoci veľké soľné jazero (1,1%) a Mŕtve more (3,4%) majú koncentráciu hlavného horčíka. Existujú Salmuelas s vysokým obsahom, ktorý je koncentrovaný odparovaním.

Názov horčíka pravdepodobne pochádza z magnetácie, ktorý sa nachádza v Magnézii, v oblasti Tessaly v starovekej oblasti Grécka. Aj keď sa zdôraznilo, že magnetit a mangán boli nájdené v rovnakej oblasti.

Horčík silne reaguje s kyslíkom pri teplotách nad 645 ° C. Medzitým prach horčíka horí v suchom vzduchu a vydáva intenzívne biele svetlo. Z tohto dôvodu sa používa ako zdroj svetla vo fotografii. V súčasnosti sa táto vlastnosť stále používa v pyrotechnike.

Je to primárny prvok pre živé bytosti. Je známe, že ide o kofaktor pre viac ako 300 enzýmov, vrátane niekoľkých enzýmov glykolýzy. Toto je zásadný proces pre živé bytosti pre ich vzťah s výrobou ATP, hlavným zdrojom bunkovej energie.

Je tiež súčasťou komplexu podobného hemo hemoglobínu prítomného v chlorofyle. Toto je pigment, ktorý zasahuje do realizácie fotosyntézy.

[TOC]

História

Uznanie

Joseph Black, škótsky chemik, ho v roku 1755 rozpoznal ako prvok, ktorý experimentálne demonštroval, že sa líši od vápnika, kovu, s ktorým ho zmätili.

V tejto súvislosti Black napísal: „Vidíme experimentom, že Magnesia Alba (horčík uhličitan) je zlúčeninou zvláštnej pôdy a pevného vzduchu“.

Izolácia

V roku 1808 sa Sir Humprey Davy podarilo izolovať pomocou elektrolýzy na vytvorenie amalgámu horčíka a ortuti. Nahradil sa tým, že elektrolyting svojej soli sulfátu s použitím ortuti ako katódy. Následne sa otepľoval ortuťom La Malgamy a zanechal zvyšky horčíka.

Do. Bussy, francúzsky vedec, sa podarilo vyrobiť prvé kovové horčík v roku 1833. Na tento účel Bussy produkoval redukciu roztaveného chloridu horčíka kovovým draslíkom.

V roku 1833 britský vedec Michael Faraday prvýkrát použil elektrolýzu chloridu horčíka na izoláciu tohto kovu.

Výroba

V roku 1886 použila nemecká spoločnosť Hliník UND Mordeiumfabrik Hemelingen karnalitovú elektrolýzu (MGCL₂· Kcl · 6h₂O) roztavené na výrobu horčíka.

Hemelingen, spojený s priemyselným komplexom Farbe (IG Farben), sa podarilo vyvinúť techniku ​​na výrobu veľkého množstva roztaveného chloridu horečnatého, ktorý ho podrobí elektrolýze na výrobu horčíka a chlóru.

Počas druhej svetovej vojny začali spoločnosť Dow Chemical Company (USA) a Morčén Elektron Ltd (UK) elektrolytické zníženie morskej vody; Pumaada z Galveston Bay v Texase a v Severnom mori do Anglicka Hartlepool, na výrobu horčíka.

Zároveň v Ontáriu (Kanada) sa vytvorí technika na výrobu na základe procesu L. M. Pidgeón. Táto technika pozostáva z tepelnej redukcie oxidu horečnatého s kremičitanumi pri návratoch vonkajšieho zapaľovania.

Elektronická štruktúra a konfigurácia horčíka

Horčík kryštalizuje v kompaktnej šesťuholníkovej štruktúre, kde každý z jeho atómov je obklopený dvanástimi susedmi. Vďaka tomu je husté ako iné kovy, ako je lítium alebo sodík.

Jeho elektronická konfigurácia je [ne] 3s², S dvoma valenčnými elektrónmi a desať vo vnútornej vrstve. Tým, že má ďalší elektrón v porovnaní so sodíkmi, jeho kovová väzba sa stáva silnejšou.

Je to preto, že atóm je menší a jeho jadro má ešte jeden protón; Preto uplatňujú väčší vplyv príťažlivosti na elektróny susedných atómov, ktoré sa sťahujú medzi nimi. Tiež, pretože existujú dva elektróny, výsledný pás 3 je plný a je schopný sa ešte viac cítiť príťažlivosťou jadier.

Môže vám slúžiť: chemický prvok

Potom atómy mg nakoniec sedia hustý hexagonálny kryštál a so silnou kovovou väzbou. To vysvetľuje jeho oveľa väčší bod fúzie (650 ° C) ako sodík (98 ° C).

Všetky 3S Orbitals všetkých atómov a ich dvanásť susedov sa prekrývajú vo všetkých smeroch vo vnútri skla a dva elektróny idú, zatiaľ čo ďalšie dve prídu; Takže, bez Mg katiónov môžu vzniknúť²⁺.

Oxidácia

Horčík môže stratiť dva elektróny, keď tvorí zlúčeniny a zostane ako katión MG²⁺, ktorý je izolektronický až ušľachtilý neónový plyn. Pri posudzovaní jeho prítomnosti v akejkoľvek zlúčenine je oxidačné číslo horčíka +2.

Na druhej strane, aj keď je menej častá, môže sa vytvoriť katión MG⁺, ktorý stratil iba jeden zo svojich dvoch elektrónov a je izolektronický pre sodík. Ak sa jeho prítomnosť predpokladá v zlúčenine, hovorí sa, že horčík má oxidačné číslo +1.

Vlastnosti

Fyzický vzhľad

Jasne biela pevná látka vo svojom čistejšom stave, pred oxidáciou alebo reagovaním mokrým vzduchom.

Atómová hmota

24 304 g/mol.

Bod topenia

650 ° C.

Bod varu

1.091 ° C.

Hustota

1 738 g/cm³ pri izbovej teplote. A 1 584 g/cm³ na teplotu topenia; To znamená, že kvapalná fáza je menej hustá ako pevná látka, ako pri drvivej väčšine zlúčenín alebo látok.

Fúzne teplo

848 kj/mol.

Odparovanie

128 kJ/mol.

Molárna kalikára

24 869 J/(mol · k).

Tlak vodnej pary

Pri 701 K: 1 PA; to znamená, že váš tlak pary je veľmi nízky.

Elektronegativita

1.31 v Pauling Scale.

Ionizačná energia

Prvá úroveň ionizácie: 1.737,2 kJ/mol (mg⁺ plyn)

Druhá úroveň ionizácie: 1.450,7 kJ/mol (mg²⁺ Plyn a vyžaduje menej energie)

Tretia úroveň ionizácie: 7.732,7 kJ/mol (mg³⁺ Plyn a vyžaduje veľa energie).

Atómové rádio

160 hod.

Kovalentný rádio

141 ± 17:00

Atómový objem

13,97 cm³/mol.

Tepelná rozťažnosť

24,8 um/m · K pri 25 ° C.

Tepelná vodivosť

156 w/m · k.

Elektrický odpor

43,9 NΩ · m pri 20 ° C.

Elektrická vodivosť

22,4 × 10⁶ S · cm³.

Tvrdosť

2,5 na stupnici Mohs.

Menovanie

Kovový horčík nemá ďalšie pripisované mená. Jeho zlúčeniny, pretože vo väčšine majú oxidačné číslo +2, sa spomínajú pomocou nomenklatúry zásob bez potreby vyjadriť uvedené číslo v zátvorkách.

Napríklad MGO je oxid horečnatý a žiadny oxid horečnatý (II). Podľa systematickej nomenklatúry sa predchádzajúca zlúčenina stáva: oxid horčíka a oxid nonomagnézia.

To isté sa deje na strane tradičnej nomenklatúry ako v prípade zásob nomenklatúry: názvy zlúčenín končia rovnakým spôsobom; to znamená s príponou -ICO. Podľa tejto nomenklatúry je teda MGO magnetický oxid.

Z ostatných zlúčenín môžu alebo nemusia mať spoločné alebo mineralogické názvy alebo pozostávajú z organických molekúl (organomagnézium zlúčeniny), ktorých nomenklatúra závisí od molekulárnej štruktúry a alquilitických substituentov (R) alebo arlika (AR) (AR).

Pokiaľ ide o organomagnézium zlúčeniny, takmer všetky sú Grignard Reagents s RMGX všeobecným vzorcom. Napríklad BRMGCH₃ Je to metil horčík Bromid. Všimnite si, že nomenklatúra sa v prvom kontakte nezdá byť tak komplikovaná .

Tvary

Zliatiny

Horčík sa používa v zliatinách, pretože je ľahký kov, ktorý sa používa hlavne v zliatinách hliníka, čo zlepšuje mechanické vlastnosti tohto kovu. Používa sa tiež v zliatinách so železom.

Odmietol však svoje použitie v zliatinách kvôli svojej tendencii bežať pri vysokých teplotách.

Minerály a zlúčeniny

Vďaka svojej reaktivite sa nenachádza v zemskej kôre v natívnej alebo základnej forme. Skôr je súčasťou mnohých chemických zlúčenín, ktoré sa nachádzajú v približne 60 známych mineráloch.

Medzi najbežnejšie minerály horčíka patrí:

-Dolomita, vápnik a uhličitan horečnatý, MGCO₃Zlodej₃

-MagneSita, uhličitan horčík, Caco₃

-Brucita, hydroxid horčíka, mg (OH)₂

-Carnalita, horčík a chlorid draselný, MGCL₂· Kcl · h₂Ani.

Okrem toho môže byť vo forme iných minerálov, ako napríklad:

-Kieserita, síran horečnatý, Mgso₄· H₂Ani

-Forssterita, kremičitan horčík, mgsio₄

-Chrystyl alebo azbest, ďalší kremičitan horečnatý, mg₃Jo₂Ani₅(Oh)₄

-Mastenec, mg₃Jo₁₄Ani₁₁₀(Oh)₂.

Izotopy

Horčík sa nachádza v prírode ako kombinácia troch prírodných izotopov: ²⁴Mg, so 79% hojnosťou; ²⁵Mg, s 11% hojnosťou; a ²⁶Mg, s 10% hojnosťou. Okrem toho existuje 19 umelých rádioaktívnych izotopov.

Biologický dokument

Glykolýza

Horčík je nevyhnutným prvkom pre všetky živé bytosti. Ľudské bytosti majú denný príjem 300 - 400 mg horčíka. Jeho obsah tela je medzi 22 a 26 g v dospelej ľudskej bytosti, sústredený hlavne na kostru kostí (60%).

Môže vám slúžiť: turbidimetria

Glykolýza je sekvencia reakcií, pri ktorých sa glukóza transformuje na kyselinu pyruvovú, s čistou produkciou 2 molekúl ATP. Kinázový pyruvát, hexoquináza a fosfukcia kinázy, sú okrem iného enzýmy glykolýzy, ktoré používajú Mg ako aktivátor.

DNA

DNA je tvorená dvoma nukleotidovými reťazcami, ktoré majú vo svojej štruktúre negatívne zaťažené fosfátové skupiny; Preto reťazce DNA zažívajú elektrostatické odpudenie. Ióny⁺, Klimatizovať⁺ a mg²⁺, Neutralizovať negatívne náboje, vyhnúť sa disociácii reťazcov.

ATP

Molekula ATP má fosfátové skupiny s negatívne zaťaženými atómami kyslíka. Medzi susednými atómami kyslíka je elektrický odpor, ktorý by mohol rozdeliť molekulu ATP.

To sa nestane, pretože horčík interaguje so susednými atómami kyslíka a vytvára chelato. Hovorí sa, že ATP-MG je aktívna forma ATP.

Fotosyntéza

Horčík je nevyhnutný pre fotosyntézu, centrálny proces pri využívaní energie rastlinami. Je súčasťou chlorofylu, ktorý sa vyskytuje vo vnútri štruktúry podobnej skupine HEM hemoglobínu; Ale s atómom horčíka v strede namiesto železa.

Chlorofyl absorbuje svetelnú energiu a používa ju do fotosyntézy na premenu oxidu uhličitého a glukózy a oxidu kyslíka a kyslíka. Glukóza a kyslík sa následne používajú pri výrobe energie.

Organizmus

Zníženie koncentrácie horčíka v plazme je spojené so svalovými spazmi; kardiovaskulárne choroby, ako je hypertenzia; cukrovka, osteoporóza a iné choroby.

Ión horčíka zasahuje do regulácie fungovania vápnikových kanálov v nervových bunkách. Pri vysokých koncentráciách blokujte vápnikový kanál. Naopak, zníženie vápnika vytvára aktiváciu nervov tým, že umožňuje vstup vápnika do buniek.

To by vysvetľovalo kŕč a kontrakciu svalových buniek stien hlavných krvných ciev.

Kde je a výroba

Horčík sa nenachádza v prírode v základnom stave, ale tvorí časť približne 60 minerálov a početných zlúčenín, ktoré sa nachádzajú v mori, horniny a salmueras.

More má koncentráciu horčíka 0,13%. Vďaka svojmu rozšíreniu je more hlavným svetovým nádržiach horčíka. Ďalšími nádržkami horčíka sú Veľké Salt Lake (USA) s koncentráciou horčíka 1,1%a Mŕtve more s koncentráciou 3,4%.

Minerály dolomitu a magnezitu horčíka sa extrahujú z ich žíl pomocou tradičných ťažobných metód. Medzitým sa používajú v Carnalitových roztokoch, ktoré umožňujú ostatným solí ísť na povrch, pričom karnalit udržuje v pozadí.

Salmuely obsahujúce horčík sú koncentrované v rybníkoch pomocou slnečného zahrievania.

Horčík sa získava dvoma metódami: elektrolýzou a tepelnou redukciou (proces Pidgeon).

Elektrolýza

V postupoch elektrolýzových procesov sa používajú roztavené soli obsahujúce alebo bezvodý chlorid horečnatého, čiastočne dehydrovaný chlorid horčíka alebo chlorid carnalitu minerálne anhydra. Za určitých okolností, aby sa zabránilo kontaminácii prírodného karnalitu, používa sa umelý.

Môžete tiež získať chlorid horečnatý podľa postupu navrhnutej spoločnosti Dow Company. Voda sa zmieša vo flokulátore s mierne kalcinovanou rudou dolomitu.

Chlorid horečnatý prítomný v zmesi sa transformuje na Mg (OH)₂ pridaním hydroxidu vápenatého, podľa nasledujúcej reakcie:

Mgcl₂    +     CA (OH)₂    → mg (OH)₂       +        Kacl₂

Zrazený hydroxid horčíka sa ošetrí kyselinou chlorovodíkovou, produkujúcou horčík a chlorid vody, podľa schematizovaného chemickej reakcie:

Mg (oh)₂     +       2 HCI → MGCL₂     +       2 h₂Ani

Potom je chlorid horečnatý vystavený dehydratačnému procesu na dosiahnutie 25% hydratácie, čím sa dehydratácia počas zlievárenského procesu dokončí. Elektrolýza sa vykonáva pri teplote, ktorá sa pohybuje medzi 680 až 750 ° C.

Mgcl₂      → mg+cl₂

Diatomický chlór sa generuje v anóde a roztavený horčík sa vznáša v hornej časti soli, kde sa zhromažďuje.

Redukcia tepelného

Kryštály horčíka uložené s ich výparmi. Zdroj: Warut Roonguthai [CC BY-SA 3.0 (https: // creativeCommons.Org/licencie/By-SA/3.0)] V Pidgeonovom procese sa zemná a kalcinovaná dolomit zmiešajú s jemne mletým ferrosiliciom a umiestnené vo valcovom jazyku niklu-chróm-hydro. Retrace sú umiestnené vo vnútri rúry a sú v sérii s kondenzátormi umiestnenými mimo rúry.

Môže vám slúžiť: Van der Waals Forces

Reakcia dochádza pri teplote 1200 ° C a pri nízkom tlaku 13 pA. Kryštály horčíka sa odstránia z kondenzátorov. Vyrobená spodina sa zbiera z pozadia výnosov.

2 Cao +2 mgo +Si → 2 mg (plyn) +CA₂SIO₄ (ľudský odpad)

Oxidy vápnika a horečníka sa produkujú kalcináciou vápnikovej a horčíkovej uhličitany prítomných v Dolomite.

Reakcie

Horčík rázne reaguje s kyselinami, najmä s oxacidami. Jeho reakcia s kyselinou dusičnou produkuje dusičnan horečnatý, mg (nie₃)₂. Rovnakým spôsobom reaguje s kyselinou chlorovodíkovou za vzniku chloridu horčíka a vodíka.

Horčík nereaguje s alkálmi, ako je napríklad hydroxid sodný. Pri teplote miestnosti je pokrytá vrstva oxidu horečnatého, nerozpustná vo vode, ktorá ju chráni pred koróziou.

Vytvárajte chemické zlúčeniny, okrem iných prvkov, s chlórom, kyslík, dusík a síra. Je vysoko reaktívny s kyslíkom pri vysokých teplotách.

Žiadosti

- Elementárny horčík

Zliatiny

Zliatiny horčíka sa používajú v lietadlách a autách. Posledne menované majú ako požiadavku na kontrolu emanácií znečisťujúcich látok, čo je zníženie hmotnosti motorových vozidiel.

Aplikácie horčíka sú založené na ich nízkej hmotnosti, vysokej odolnosti a ľahkej výrobnej zliatine. Aplikácie zahŕňajú ručné náradie, športové články, fotoaparáty, spotrebiče, batožinové rámy, časti automobilov, články pre letecký priemysel.

Zliatiny horčíka sa tiež používajú pri výrobe priestorových lietadiel, rakiet a satelitov, ako aj fotogravare.

Hutníctvo

Horčík sa pridáva v malom množstve do roztaveného bieleho železa, čo zlepšuje rezistenciu a krutosť toho istého. Okrem toho sa horčík zmiešaný s vápnom vstrekne do tekutého železa s vysokou rúrou, čím sa zlepšuje mechanické vlastnosti ocele.

Horčík zasahuje do výroby titánu, uránu a hafnio. Pôsobí ako redukčné činidlo na titánovom tetrachloridu v procese Kroll, aby vznikol titán.

Elektrochémia

Horčík sa používa v suchej hromade, pôsobí ako anóda a chlorid strieborného ako katóda. Keď sa horčík vkladá do elektrického kontaktu s oceľou v prítomnosti vody, koroduje sa obetným spôsobom a ponecháva neporušenú oceľ.

Tento typ ochrany ocele je prítomný v lodiach, skladovacích nádržiach, ohrievačoch vody, mostných štruktúrach atď.

Pyrotechnika

Horčík v prachovi alebo prúžkoch, ktoré emitujú veľmi intenzívne biele svetlo. Táto vlastnosť sa používa vo vojenských pyrotechnici na výrobu požiarov alebo osvetlenia cez svetlice.

Jeho jemne rozdelená tuhá látka sa používa ako palivová zložka, najmä v pevných vrtulách pre rakety.

- Zloženia

Horčík

Používa sa ako tepelný izolátor pre kotly a potrubia. Keďže je hygroskopický a rozpustný vo vode, používa sa na zabránenie kompaktu bežnej soli v slaných trenírkach a počas korenia s potravinami sa správne nepreteká.

Hydroxid horečnatý

Má aplikáciu ako spomalenie ohňa. Rozpustené vo vode tvorí dobre známe mlieko magnézie, belavá suspenzia, ktorá sa používa ako antacid a preháňadlo.

Chlorid horečnatého

Používa sa na výrobu cementu pre podlahy s vysokou silou, ako aj prídavné zariadenie v textilnej výrobe. Okrem toho sa používa ako flokulant sójového mlieka na výrobu tofu.

Oxid horečnatého

Používa sa na výrobu žiaruvzdorných tehál na odolávanie vysokým teplotám a ako tepelný a elektrický izolátor. Používa sa tiež ako preháňadlo a antacid.

Síran horečnatého

Používa sa priemyselne na výrobu cementu a hnojív, opálené a zafarbené. Je to tiež surík. Epsom soľ, mgso₄· 7h₂Alebo sa používa ako očistenie.

- Minerály

mastencový prášok

Máte ako nižší vzor tvrdosti (1) na stupnici Mohs. Slúži ako vyplnenie výroby papiera a lepenky, ako aj predchádzanie podráždeniu a hydratácii pokožky. Používa sa na výrobu materiálov rezistentných na teplo a ako základ mnohých kozmetických práškov.

Chrystyl alebo azbest

Používa sa ako tepelný izolátor a v stavebníctve na výrobu strechy. V súčasnosti sa nepoužíva, pretože ide o jeho pľúcne karcinogénne vlákna.

Odkazy

1. Mathews, C. Klimatizovať., Van Holde, K. A. A Ahern, K. G. (2002). Biochémia. 3^bol Vydanie. Redakcia Pearson Education, s.Do.
2. Wikipedia. (2019). Horčík. Zdroj: In.Wikipedia.orgán
3. Clark J. (2012). Kovové väzby. Získané z: Chemguide.co.Uk
4. Trup a. W. (1917). Kryštalická štruktúra horčíka. Zborník Národnej akadémie vied Spojených štátov amerických, 3 (7), 470-473. Doi: 10.1073/pnas.3.7.470
5. Timothe P. Hanusa. (7. februára 2019). Horčík. Encyclopædia Britannica. Získané z: Britannica.com
6. Hangzhoum Network Technology Co. (2008). Horčík. Obnovené z: Lookchem.com