المغنزيوم معدن أبيض فضي، رمزه الكيمياوي Mg يقع في الجدول الدوري بالفصيلة II A (أو 2)، أي فصيلة المعادن القلوية الترابية[ر. القلويات الترابية (العناصر ومركباتها)]. وتضم هذه الفصيلة إضافة إلى المغنزيوم البريليوم[ر] والكلسيوم والسترونسيوم والباريوم والعنصر المشع الراديوم[ر].
المغنزيوم واسـع الانتشـار في الطبيعة، حيث يُصادف في فلزات minerals كثيرة تدخل في تركيب الصخـور مثال ذلك: فلز الدولـوميت MgCO3.CaCO3 والكرناليتMgCL.2H2O والطلق (تالك) (Mg3(Si4O10)(OH)2 والمغنزيت MgCO3 والأوليفين (Mg.Fe)2SiO4 والسربنتين N2H2o.3MgO. 2SiO2. ويُصادف أيضاً في مياه البحار والبحيرات المالحة والتوضعات الملحية، فماء البحر المتوسط، على سبيل المثال يحوي1.3 كيلوغرام في المتر المكعب. والمغنزيوم يكِّون 2.5% من القشرة الأرضية فهو يأتي بالدرجة الثامنة في سعة انتشاره، والعنصر السادس بين المعادن الأكثر انتشاراً.
عدده الذري 12، وزنه الذري 24.312 ، حجم المول: 14.0سم3/ مول، بنيته الإلكترونية في الذرة الحرة: (2) (8) 2، كتلته الحجمية 1.738غ/سم3، نقطة انصهاره 650 ْس، نقطة غليانه 1110 ْس، الكهرسلبية 1.2، كمون المسرى (فلط)m2.37=M2+/M
استحصاله
المغنزيوم أهم عناصر فصيلته. هناك طريقتان رئيستان لاستحصاله. إحداهما تعتمد على التحليل الكهربائي لماء البحر، والأخرى الطريقة الحرارية السيليكونية silicothermic ويستعمل فلز الدولوميت في الطريقة الثانية.
أ - طريقة التحليل الكهربائي
تعتمد هذه الطريقة على تحليل كلوريد المغنزيوم فينتج الكلور ومعدن المغنزيوم. يمكن استعمال المغنزيت، والدولوميت والمياه المالحة الطبيعية مواد أولية في هذه الطريقة إلا أن ماء البحر هو المصدر الرئيسي لهذه الغاية إذ يحوي 0.13% مغنزيوم.
يفصل المغنزيوم من ماء البحر على هيئةMg(OH)2 قليل الانحلال. ويرسَّب هدروكسيد المغنزيوم بإضافة أساس رخيص الثمن وذلك بإضافة القواقع البحرية CaCo3 التي تعطي بتسخينها غاز الكربون CO2 وأكسيد الكلسيوم أو الكلس الحي CaO، وهذا بدوره يتحول إلى هدروكسيد الكلسيوم Ca(OH)2 فيعطي أيون الهدروكسيد الذي يرسب Mg(OH)2.
ويعمل الحديد حاملاً للسيليكون ولا يشترك في التفاعل.
سبائكه
يدخل المغنزيوم في سبائك (أشابات) متنوعة، فهو يعزّز قوة الأشابة من دون زيادة في وزنها.
يكوّن المغنزيوم سبائك مع الألمنيوم والزنك(الخارصين) والمنغنيز والسيليكون والزركونيوم ومعادن الأتربة النادرة rare-earth metals الثوريوم، أو الأتريوم.
وتراوح الكتلة الحجمية لسبائكه بين 1.74 و 1.83غ/سم3. وإن خفة هذه السبائك هي التي ساعدت على استعمالها في صنع الطائرات، والنقل، وصنع الأدوات المختلفة.
أكثر هذه السبائك أهمية في التجارة هي خلائط (Mg-Al-Zn). ويمكن تعديل خواصها بالمعالجات الحرارية المناسبة. ولهذه الخلائط صفة سيئة وهي أنها تخسر قوتها بسرعة بارتفاع درجة الحرارة خاصة فوق الدرجة 941 ْس. ولهذا انصبّ الاهتمام على تطوير السبائك (الخلائط) التي تحوي معادن الأتربة النادرة أو الثوريوم أو كليهما مكوِّنات رئيسية في السبيكة. إذ تستعمل هذه السبائك في المجال الحراري بين 371 ْس و 482 ْس أو أعلى حسب المدة التي تعرّض لها المعدن عند درجات الحرارة المرتفعة. وأفضل معدن ترابي نادر النيوديميوم. ويكوِّن المغنزيوم سبائك مع الفضة يمكن استعمالها بدرجات حرارة مرتفعة (316 ْس). واستعمال الأتربة النادرة والثوريوم وسّع مجال تطبيقات سبائك المغنزيوم في صنع الصواريخ missiles والمراكب الفضائية spacecrafts .
وسبائك المغنزيوم - ألمنيوم - سيليكون التي تستعمل في المجال 135 ْس - 190 ْس تحسن سيولة السبيكة وقولبتها، ولهذا تصلح في الآلات الميكانيكية. وللمغنزيوم ميزة في صنع مواد البناء وهي قدرته على امتصاص الاهتزازات الميكانيكية. وبصورة عامة، إضافة العناصر المختلفة إلى السبيكة تنقص هذه الخاصة.
يكوِّن المغنزيوم مع الأتريوم طائفة من السبائك تتميز من جميع السبائك السابقة بخواصها من حيث صبها casting ولا سيما في مجال الحرارة المرتفعة، وفي مقاومة التآكل.
خواصه الكيمياوية وأهم مركباته
للمغنزيوم درجة أكسدة وحيدة هي +2، أي إنه يخسر إلكتروني التكافؤ فيه عندما يدخل في أي تفاعل. وهو، مثل البريليوم، قلّما يتأثر بالماء عند درجة الحرارة العادية بعكس العناصر الثقيلة في الفصيلة. وهو يحترق بشعلة مضيئة في جو من الهواء أو الأكسجين مكوناً أكسيد المغنزيوم MgO، كما تتكون كمية من النتريد Mg3N2 عندما يحترق في الهواء، وهو يحترق في الحال، لكهرجابيته العالية، في جو من ثنائي أكسيد الكربون ويتكوَّن أكسيد المعدن وكربون. وعند درجات الحرارة المنخفضة، يتكون على سطح المعدن غشاء رقيق من الأكسيد يحميه من استمرار الأكسدة بسرعة. يطلق المغنزيوم الهدروجينَ ببطء شديد بتفاعله مع الماء. ينحل بالحموض بسهولة. وهو مرجع قوي يتأكسد بتفاعله مع العناصر عالية الكهرسلبية. من أبرز مركباته:
أ- الأكسيد MgO صعب الانصهار، وهو ثابت جداً لا يتفكك عند درجات الحرارة الأخفض من 3000 ْس. وهو ناقل سيء للكهرباء.
يستعمل أكسيد المغنزيوم، ويطلق عليه اسم مغنزيا، بهيئة آجرات لتبطين الأفران. وتستعمل كميات كبيرة من خليط أكسيدي المغنزيوم والكلسيوم بديلاً من المغنزيا النقية بتكليس الدولوميت.
ب- هدروكسيد المغنزيوم: يُستحصل بفعل البخار على كلوريد المغنزيوم
[[ملف:عمد53.png|تعليق]]
ويترسب هدروكسيد المغنزيوم من محلول ملح مغنزيوم بإضافة أساس قوي. وهو قليل الانحلال.
كربونات المغنزيوم الطبيعي MgCO3 يُصادف على هيئة مغنزيت. والملح الأساسي المترسب يُستعمل في الطب تحت اسم مغنزيا ألبا magnesia alba أساساً ضعيفاً، وللفعل الفيزيولوجي لأيون المغنزيوم. وتُستعمل كميات كبيرة منه في تحضير ملمِّعات الفضة، كما يُستعمل في تحضير مسحوق الأسنان. ويستعمل كل من الملح الطبيعي والكربونات المضاعفة مع الكلسيوم، الدولوميت، تجارياً، لاستحصال ثنائي أكسيد الكربون.
ج- هاليدات المغنزيوم
فلوريد المغنزيوم MgF2 عديم الانحلال بالماء. وهو يمرِّر الأشعة فوق البنفسجية، حتى 0.1 مكرون. ويُصادف كلوريد المغنزيوم في ملح الطعام، لقابليته للتميع يؤدي إلى تكتل ملح الطعام في الجو الرطب. ويمكن الحيلولة دون هذا التكتل بإضافة كربونات الصوديوم الحامضة لتكون كربونات المغنزيوم الأساسية.
أما كلوريد المغنزيوم فيتميّه مكوِّناً الملح المائي MgCl2.6H2O
د- كربونات المغنزيوم MgCO3 ضعيفة الانحلال بالماء، كما أنها تتحلل بالحرارة ويتكون ثنائي أكسيد الكربون ويبقى الأكسيد:
[[ملف:عمد54.png|تعليق]]
هـ- كبريتات المغنزيوم MgSO4 تُصادف على هيئة بلورات مميّههَ MgSO4.7H2O وهي جيدة الانحلال بالماء ويُطلق عليها اسم ملح إبسوم Epsom. وقد شاع استعمالها مليّناً في الطب.
مركبات المغنزيوم العضوية
مركبات المغنزيوم R−Mg−X وتدعى كواشف غرينيار والمركبات MgR2. وتستحصل كواشف غرينيار بتفاعل المعدن مع الهاليد العضوي في محلّ مناسب مثل ثنائي إيتيل إيتر أو تترا هيدروفوران. أما MgR2 فتستحصل بالتفاعل الآتي من دون وجود ماء:
إن المركبات RMgX بحالة محلولات solvates و R2Mg فعّالة كيمياوياً وهي حساسة للأكسدة بالهواء وللحلمهة بالماء.
الفعالية البيولوجية
أيون المغنزيوم Mg2+ مكوِّن رئيسي في الأنظمة الحيوية، فهو يأتي بالدرجة الثانية بين الأيونات الموجبة من حيث الكم داخل الخلايا، كما أنه يأتي في المرتبة الرابعة، بسعة انتشاره، في الجسم. وله دور كبير في العظام والأسنان. ويدخل في عمليات كيميائية حيوية رئيسية في الخلايا. ويوجد في الخلايا إمّا حراً وإما مرتبطاً مع الأدينوسين ثلاثي الفوسفات adenosine triphosphate (ATP)، أو مع الحموض النووية، أو الكلوروفيل (اليخضور)، أو في الأنزيمات المنشَّطة بفعل الأيون Mg2+.
المراجع
الموسوعة العربية
التصانيف
الأبحاث