Magnez

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.

Ten artykuł dotyczy pierwiastka chemicznego. Zobacz też: magnes.

Magnez

sód ← magnez → glin
Be ↑ Mg ↓ Ca 12 Mg
Wygląd
srebrzystobiały
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][1]
Stan skupienia	stały
Gęstość	1738 kg/m³
Temperatura topnienia	650 °C[2]
Temperatura wrzenia	1090 °C[2]
Numer CAS	7439-95-4
PubChem	5462224
Właściwości atomowe Promień • atomowy • walencyjny • van der Waalsa 150 (obl. 145) pm 130 pm 173 pm Konfiguracja elektronowa [Ne]3s2 Zapełnienie powłok 2, 8, 2 (wizualizacja powłok) Elektroujemność • w skali Paulinga • w skali Allreda 1,31 1,23 Potencjały jonizacyjne I 737,7 kJ/mol II 1450,7 kJ/mol III 7732,7 kJ/mol
Właściwości fizyczne Ciepło parowania 127,4 kJ/mol Ciepło topnienia 8,954 kJ/mol Ciśnienie pary nasyconej 361 Pa (923 K) Konduktywność 22,6×106 S/m Ciepło właściwe 1020 J/(kg·K) Przewodność cieplna 156 W/(m·K) Układ krystalograficzny heksagonalny Twardość • w skali Mohsa 2,5 Prędkość dźwięku 4602 m/s (293,15 K) Objętość molowa 14,00−6 m³/mol
Najbardziej stabilne izotopy izotop wyst. o.p.r. s.r. e.r. MeV p.r. 22Mg {syn.} 3,9 s β+ 4,785 22Na 23Mg {syn.} 11,3 s β+ 4,057 23Na 24Mg 78,99% stabilny izotop z 12 neutronami 25Mg 10% stabilny izotop z 13 neutronami 26Mg 11,01% stabilny izotop z 14 neutronami 27Mg {syn.} 9,45 min β− 2,610 27Al 28Mg {syn.} 20,9 h β− 1,832 28Al
Niebezpieczeństwa Karta charakterystyki: dane zewnętrzne firmy Sigma-Aldrich [dostęp 2011-10-02] Globalnie zharmonizowany system klasyfikacji i oznakowania chemikaliów Na podstawie Rozporządzenia CLP, zał. VI[3] Niebezpieczeństwo Zwroty H H250, H260 Zwroty P P222, P223, P231+P232, P370+P378, P422[4] NFPA 704 Na podstawie podanego źródła[5] 0 2 2   Numer RTECS OM2100000
Jeżeli nie podano inaczej, dane dotyczą warunków normalnych (0 °C, 1013,25 hPa)

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(inne języki). 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
2SiO
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
2SO
4 (Bunsen), z wydzielaniem SO
2 (Liebig) lub H
2S 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(inne języki)^[8][14]:

2Mg + O
2 → 2MgO

3Mg + N
2 → Mg
3N
2

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

Mg + H
2O → 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.

Znaczenie biologiczne

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

• bolesne skurcze łydek
• uczucia odrętwienia i mrowienia w kończynach
• objaw Raynauda
• wzmożone wypadanie włosów
• łamanie się paznokci
• próchnica zębów
• rozdrażnienia, lęki, stan zagubienia
• zespół niespokojnych nóg
• zaburzenie depresyjne
• trudności w koncentracji
• zaburzenia snu, nocne poty
• bóle głowy, mdłości
• nagłe zawroty głowy
• kołatanie serca, arytmii
• nadciśnienie
• miażdżyca
• biegunka
• nietolerancja glukozy(inne języki), cukrzyca typu II
• kamica nerkowa
• bolesne miesiączkowanie
• rzucawka okołoporodowa,
• zatrucie ciążowe
• astma oskrzelowa
• migrena
• zespół metaboliczny

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]:

wykaz zawartości magnezu w 100g poszczególnych produktów

Produkt	Kategoria	Stan/forma przygotowania	zawartość magnezu	% maks. dobowego zapotrzebowania
Otręby pszenne	Zboże	surowe	611 mg[34]	153%
dynia	Warzywa	pestki	593 mg	148%
kakao gorzkie 16%	kakao i pochodne	n/a	420 mg	105%
orzechy brazylijskie	Orzechy i nasiona	surowe	377 mg	94%
Słonecznik	warzywa	nasiona	359 mg[35]	90%
majeranek	Przyprawy	surowy	346 mg [36]	86%
migdały	Orzechy i nasiona	surowe	270 mg	67%
Oregano	Przyprawy	suszone	270 mg[37]	67%
curry	Przyprawy	proszek	254 mg [38]	63%
Otręby owsiane	Zboże	surowe	235 mg[34]	59%
Tymianek	Przyprawy	suszony	220 mg[39]	55%
kasza gryczana	Zboże	sucha	218 mg[40]	54%
soja	Warzywa	sucha	216 mg	54%
fasola biała	Warzywa	sucha	170 mg	42%
czekolada gorzka	kakao i pochodne	–	170 mg	42%
orzechy pistacjowe	Orzechy i nasiona	surowe	158 mg[35]	39%
orzechy laskowe	Orzechy i nasiona	surowe	140–160 mg[41]	35-40%
płatki owsiane	Zboże	suche	130 mg	32%
groch	Warzywa	surowy	124 mg	31%
ciecierzyca	Warzywa	surowa	120 mg	30%
Ryż brązowy	Zboże	surowy	110 mg[35]	27%
szczaw	Warzywa	surowy	103 mg	26%
orzechy włoskie	Orzechy i nasiona	surowe	100 mg[42]	25%
soja	Warzywa	gotowana	86 mg	21%
szpinak	Warzywa	surowy	79 mg[43][44][45]	20%
botwina	Warzywa	surowa	73 mg	18%
Bazylia	Przyprawy	świeża	64 mg [46][47]	16%
fasola biała	Warzywa	gotowana	63 mg	16%
Karczochy	Warzywa	surowe	60 mg[48]	15%
koper	Warzywa	surowy	55 mg	14%
pietruszka	Warzywa	surowa	55 mg	14%
rukola	Warzywa	surowa	47 mg	12%
jarmuż	Warzywa	surowy	47 mg	12%
Karczochy	Warzywa	gotowane	42 mg[48]	10%
makrela	Ryby	surowa	30 mg	7%
dorsz	Ryby	surowy	30 mg	7%

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)^[49]. Dodatek witaminy B6 potęguje działanie preparatów magnezu.

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

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.