元素

镁元素 Magnesium-生活中无处不在的元素

本文投稿作者 漂泊

镁元素是一种无处不在的元素,它不仅能帮助我们制作美味的食物,还可以作为高质量,高性能的材料,帮助我们制造各种科技产品,同时它也是生命之光——叶绿素的核心元素之一。除此之外,它还能合成格氏试剂,为我们合成各种药物提供便利。镁元素在生活的各个角落都有用武之地。

镁的基本物理性质

分类 金属元素,碱土金属
原子序号原子量 12 (24.3050)
电子配置 3s2
密度 1738 kg / m 
融点 648.8°C
沸点 1090℃
硬度 2.5
形状 银白色·固体
丰度 地球32,000 ppm,宇宙1.074 x 106
发现者 Joseph Black
主要的同位素 24 Mg(78.99%),  25 Mg(10.00%),26 Mg(11.01%)
用途例 镁合金(Mg-Li,Mg-Al,Mg-Zn),叶绿素,卤水(MgCl2),牙膏(MgO),超导物质(MgB 2),格氏试剂(RMgBr等)药物(Mg(OH)2
前后的元素 钠-镁-铝

镁的发现

第一个发现镁元素的人是英国人Joseph Black,他分辨出了生石灰中的苦土(氧化镁),并认为这是一种元素,生石灰是氧化钙,这两种物质都是从碳酸盐岩中提取的,通过加热分解的方法可以得到它们。许多个世纪以前,古罗马人认为古希腊Magnesia地区出产的一种白色镁盐能够治疗多种疾病,后来这一地区的名字也就演变成了镁元素的名称。

第一个制备镁单质的人是Anton Rupprecht,他加热苦土和木炭的混合物,首次制得了镁单质,但是纯度不高,1808年,英国科学家戴维用电解的方法制得了少量纯净的镁,这使得镁被确认为是一种元素。之后,法国科学家Antoine-Alexandre-Brutus Bussy使用氯化镁和钾反应制取了大量的镁单质并系统的研究了镁的性质。这便是镁元素的发现过程。

 

生活中的镁元素

豆腐是一种常见的豆制品,它可以被做成许多种美食,深受人们喜爱。豆腐一般是用大豆或者黄豆制作的。首先要将豆子打成豆浆,不同品种的豆子制成的豆浆风味也各不相同。之后就要想办法使豆腐成型了,怎么做呢?豆浆其实是一种胶体,所谓胶体,指的是一种溶液和浊液之间的状态,我们喜欢吃的果冻也是一种胶体。胶体具有介稳性,但是在电解质的作用下极易聚沉,这样一来原本液态的流体就可以变成固体了。豆腐的制作就利用到了这个性质。豆腐制作过程中“点卤”制得是将“盐卤”加到豆浆中,等待一段时间后,豆浆就会凝结成白花花的豆腐了,“盐卤”是什么呢?它的主要成分就是氯化镁,它能使豆浆中的胶粒——蛋白质凝结在一起,沉积到池子底部,这样一来,白花花的豆腐就做好了。为什么叫做盐卤呢?这是因为氯化镁主要来自海洋,我们在制盐的过程中会先将海水中大量的水分出去,最后留下一个浓度极高的盐卤液,这里面含有大量的氯化钠以及氯化镁,由于尝起来苦苦的,因此又叫做苦卤。除去氯化钠之后剩下的就是大量的氯化镁了,生产各种镁合金所用到的镁锭就是利用电解精制的盐卤液的方法 得到的,镁是一种来自大海的元素。

卤水点豆腐

 豆腐块

麻婆豆腐

盐卤池

叶绿素中的镁元素

地球上有着成千上万种植物,它们都有一个共同的特征,都能够进行光合作用,为什么它们都能进行光合作用呢,因为它们都具有叶绿素。叶绿素是一种非常神奇的分子,它能够将太阳光中的光能转化为糖类的化学能,从而为植物源源不断地提供能量,我们动物都是直接或者间接利用植物中的化学能生存的,归根到底还是利用太阳能。叶绿素分子是一个非常复杂的分子,它除了有机物所含有的碳氢氧氮元素,还具有一种金属元素,这种元素就是镁,镁原子位于叶绿素分子中卟啉环的中心,起着稳定该分子的作用,没有镁元素,叶绿素就不能稳定存在,可见镁的巨大作用。正因为叶绿素的存在,地球上才一片生机,欣欣向荣。

用途巨大的镁合金

金属镁是一种质地很轻的金属,强度较高,而且具有一定的还原性,因此它可以用于钢铁脱硫,此外它还广泛用于制作牺牲阳极来保护各种钢制的金属管道以及轮船。

除了单质镁,镁合金也在我们的生活中发挥着巨大的作用。镁合金具有良好的轻量性,切削性,耐蚀性和减震性,远远优于其他材料。这些特性使得镁合金在很多领域都有应用,比如交通运输,电子工业,医疗以及军事工业等领域。

从20世纪开始,镁合金就在航空航天领域得到应用。由于镁合金可以大大改善飞行器的气体动力学性能并能明显减轻其结构重量,许多飞机部件都用其制作。

在电子信息行业,由于数字化技术的发展,市场对电子及通讯产品的高度集成化、轻薄化、微型化和环保要求越来越高。工程塑料曾是该行业主要应用的一种材料,但其强度终究无法与金属相比。镁合金具有优异的薄壁铸造性能,其压铸件的壁厚可达0.6~1.0mm,并能保持一定的强度、刚度和抗撞能力,这非常有利于产品超薄、超轻和微型化的要求,这是一般工程塑料无法比拟的。目前用镁合金制作零部件的电器产品主要有照相机、摄影机、数码相机、笔记本电脑、移动电话、电视机、等离子显示器、硬盘驱动器等。在手机行业,镁合金由于具备防震、抗磨损和可屏蔽电磁波的特殊功能,同时又能满足手机轻、薄、短、小的要求,所以很多手机采用镁合金作为外壳。采用镁合金外壳的手机在电磁相容性方面有很好的性能,它不仅可以减少通信过程中电磁波的散失,同时也可以降低电磁波对人体的伤害。

镁合金以及各种镁合金产品

镁在有机合成中的应用

1901年,法国科学家Victor Grignard发明了一种试剂,它是由金属镁和卤代烃在无水乙醚中反应制得的。这种在有机合成中用处巨大的试剂后来被命名为Grignard试剂,也就是我们所称的格氏试剂。它通常以RMgX表示。格氏试剂能够参与多种反应,如烷基化反应,羰基加成,共轭加成,及卤代烃还原等等。Grignard也因发明这种试剂获得了1912年的诺贝尔化学奖。

Victor Grignard(1871-1935)

 

格氏试剂的制备以及格式试剂的用途

 

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