المغنسيوم (أو المغنيسيوم أو المغنيزيوم (باللاتينية: Magnesium)) هو عنصر كيميائي فلزي في الجدول الدوري، رمزه الكيميائي Mg وعدده الذري 12، ترتيبه بين العناصر من حيث الوفرة في الطبيعة هو الثامن، ويشكل 3% من القشرة الأرضية.[2][3][4]
| المظهر | |||||||||||||||||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
رمادي فضي  الخطوط الطيفية للمغنسيوم | |||||||||||||||||||||||||
| الخواص العامة | |||||||||||||||||||||||||
| الاسم، العدد، الرمز | مغنسيوم، 12، Mg | ||||||||||||||||||||||||
| تصنيف العنصر | فلز قلوي ترابي | ||||||||||||||||||||||||
| المجموعة، الدورة، المستوى الفرعي | 2، 3، s | ||||||||||||||||||||||||
| الكتلة الذرية | 24.3050 غ·مول−1 | ||||||||||||||||||||||||
| توزيع إلكتروني | Ne]; 3s2] | ||||||||||||||||||||||||
| توزيع الإلكترونات لكل غلاف تكافؤ | 2, 8, 2 (صورة) | ||||||||||||||||||||||||
| الخواص الفيزيائية | |||||||||||||||||||||||||
| الطور | صلب | ||||||||||||||||||||||||
| الكثافة (عند درجة حرارة الغرفة) | 1.738 غ·سم−3 | ||||||||||||||||||||||||
| كثافة السائل عند نقطة الانصهار | 1.584 غ·سم−3 | ||||||||||||||||||||||||
| نقطة الانصهار | 923 ك، 650 °س، 1202 °ف | ||||||||||||||||||||||||
| نقطة الغليان | 1363 ك، 1091 °س، 1994 °ف | ||||||||||||||||||||||||
| حرارة الانصهار | 8.48 كيلوجول·مول−1 | ||||||||||||||||||||||||
| حرارة التبخر | 128 كيلوجول·مول−1 | ||||||||||||||||||||||||
| السعة الحرارية (عند 25 °س) | 24.869 جول·مول−1·كلفن−1 | ||||||||||||||||||||||||
| ضغط البخار | |||||||||||||||||||||||||
| الخواص الذرية | |||||||||||||||||||||||||
| أرقام الأكسدة | 2, 1 [1] (أكاسيده قاعدية قوية) | ||||||||||||||||||||||||
| الكهرسلبية | 1.31 (مقياس باولنغ) | ||||||||||||||||||||||||
| طاقات التأين | الأول: 737.7 كيلوجول·مول−1 | ||||||||||||||||||||||||
| الثاني: 1450.7 كيلوجول·مول−1 | |||||||||||||||||||||||||
| الثالث: 7732.7 كيلوجول·مول−1 | |||||||||||||||||||||||||
| نصف قطر ذري | 160 بيكومتر | ||||||||||||||||||||||||
| نصف قطر تساهمي | 7±141 بيكومتر | ||||||||||||||||||||||||
| نصف قطر فان دير فالس | 173 بيكومتر | ||||||||||||||||||||||||
| خواص أخرى | |||||||||||||||||||||||||
| البنية البلورية | نظام بلوري سداسي | ||||||||||||||||||||||||
| المغناطيسية | مغناطيسية مسايرة | ||||||||||||||||||||||||
| مقاومة كهربائية | 43.9 نانوأوم·متر (20 °س) | ||||||||||||||||||||||||
| الناقلية الحرارية | 156 واط·متر−1·كلفن−1 (300 كلفن) | ||||||||||||||||||||||||
| التمدد الحراري | 24.8 ميكرومتر·متر−1·كلفن−1 (25 °س) | ||||||||||||||||||||||||
| سرعة الصوت (سلك رفيع) | (درجة حرارة الغرفة) (مخمّر) 4940 متر·ثانية−1 | ||||||||||||||||||||||||
| معامل يونغ | 45 غيغاباسكال | ||||||||||||||||||||||||
| معامل القص | 17 غيغاباسكال | ||||||||||||||||||||||||
| معامل الحجم | 45 غيغاباسكال | ||||||||||||||||||||||||
| نسبة بواسون | 0.290 | ||||||||||||||||||||||||
| صلادة موس | 2.5 | ||||||||||||||||||||||||
| صلادة برينل | 260 ميغاباسكال | ||||||||||||||||||||||||
| رقم CAS | 7439-95-4 | ||||||||||||||||||||||||
| النظائر الأكثر ثباتاً | |||||||||||||||||||||||||
| المقالة الرئيسية: نظائر المغنسيوم | |||||||||||||||||||||||||
| |||||||||||||||||||||||||
تاريخ اكتشافه
هنالك عدة اقتراحات مختلفة في المصادر حول أصل تسمية المغنسيوم:
- من الإغريقية μαγνησιη λιθός بمعنى حجر المغناطيس.
- من مغنيسيا، وهي منطقة في شرق اليونان.
- من مغنيسيا، وهي مدينة في آسيا الصغرى، في المنطقة التي تتبع تركيا الآن.
عرفت مركبات المغنسيوم منذ مئات السنين وذلك قبل الحصول على الفلز بشكله النقي. يعد الفيزيائي والكيميائي الإسكوتلندي جوزيف بلاك أول من عمل على مركبات المغنسيوم بشكل علمي وذلك في القرن الثامن عشر. اكتشف جؤزيف بلاك عام 1755 الفرق بين الحجر الكلسي (كربونات الكالسيوم) وبين كربونات المغنسيوم Magnesia alba في عمله De humore acido a cibis orto et Magnesia alba، حيث أنه كان يتم الخلط بينهما كثيرا تلك الأيام، وأوضح أن Magnesia alba هي كربونات لعنصر جديد. لذلك يعد بلاك أحيانا أنه مكتشف عنصر المغنسيوم، على الرغم من أنه لم يحصل على الشكل الحر منه على الإطلاق.
تمكن السير همفري ديفي عام 1808 من الحصول على المغنسيوم من خلال التحليل الكهربائي لهيدروكسيد المغنسيوم الرطب باستعمال عمود فولتا، لكنه لم يكن نقيا إنما حصل عليه على شكل ملغمة (خليطة مع الزئبق)، لأنه استخدم مهبط من الزئبق. أظهر ديفي بهذه العملية أن المغنيسيا أكسيد لفلز جديد، أسماه المغنيوم Magnium والتي تحولت إلى المغنسيوم.
في عام 1828 نجح الكيميائي الفرنسي أنطوان بوسي من الحصول على المغنيسيوم النقي ولكن بكميات قليلة وذلك من خلال تسخين كلوريد المغنيسيوم بوجود الكالسيوم كعامل اختزال (مرجع). أما مايكل فاراداي فهو أول من تمكن من الحصول على المغنيسيوم من خلال التحليل الكهربائي لمصهور كلوريد المغنيسيوم وذلك عام 1833.
مصادر المادة الخام
نظراً للمقدرة الكبيرة للمغنسيوم على الدخول في التفاعلات الكيميائية فإنه لا يوجد في شكله الحر. يوجد المغنسيوم في الطبيعة على شكل مركبات في كل من:
ويكون المغنسيوم إما في صورة كلوريد المغنسيوم (MgCl2) والذي يحتوي على 21% مغنسيوم. أو في مركب الكارناليت (KMgCl3-6H2O) والذي يحتوي على 9% مغنسيوم.
أشهر طريقة لاستخراج عنصر المغنسيوم من البحر هي طريقة داو حيث يؤتى بالجير المستخرج من صخور الدلوميت وتمزج مع ماء البحر المحتوي على كلوريد المغنسيوم فيتفاعلان مع بعض وينتج كلوريد الكالسيوم وكربونات المغنسيوم
- MgCl2 + CaCO3 → MgCO3 + CaCl2
المركب الأخير غير منحل بالماء فيفصل عن المزيج ويصفى ثم يفاعل مع حمض الهيدروكلوريك فيتكون كلوريد المغنسيوم الذي يكون الآن بشكل منفصل عن بقية الأملاح بالإضافة إلى الماء.
- MgCO3 + 2HCl → MgCl2 + CO2 + H2O
يبخر الماء فيتبقى كلوريد المغنسيوم الذي يتم صهره عند درجة حرارة 710 درجة سيليزية ثم تتم عملية تحليل كهربائي للمصهور فنحصل على مغنسيسوم وغاز الكلور.
القشرة الأرضية
وتشمل خامات المغنسيوم المتوافرة في هذه الحالة:
- البروسيت (MgO.H2O) تصل نسبة المغنسيوم فيه حوالي 42 %
- المغنزيت (MgCO3) تصل نسبة المغنسيوم فيه إلى 29 %
- الدولوميت (CaMg(CO3)2) تصل نسبة المغنسيوم فيه إلى 14%
استحصال الفلز النقي
يمكن الحصول على الفلز النقي بإحدى طريقيتين:
- التحليل الكهربائي لمصهور كلوريد المغنسيوم في خلايا داونز: تتألف خلايا داونز من وعاء كبير مصنوع من الحديد، يتم تسخينه من الأسفل. تستعمل قضبان من الغرافيت مدلاة من الأعلى كمصعد (أنود) والتي تحيط بالمهبط (الكاثود) الذي يكون على شكل حلقي. يسحب المغنسيوم النقي من المصهور الملحي، في حين أن غاز الكلور المتشكل فإنه يتجمع في الجزء الأعلى من الخلية، ويسحب من أجل استخدامه مرة أخرى في تحضير كلوريد المغنسيوم MgCl2 من أكسيد المغنسيوم MgO. من أجل تخفيض نقطة انصهار كلوريد المغنسيوم يتم إضافة كل من كلوريد الصوديوم وكلوريد الكالسيوم للمصهور.
- الاختزال الحراري لأكسيد المغنسيوم طريقة بيدجن Pidgeon process: في وعاء من فولاذ الكروم والنيكل يملأ بكل من الدولوميت والباريت اللذان يحرقان بوجود عامل اختزال (مختزل أو مرجٍع) مناسب مثل السيليكون الحديدي Ferrosilicon أو فحم الكوك أو كربيد الكالسيوم CaC2. ثم يتم تخلية وعاء التفاعل من الغازات المتشكلة ويسخن إلى 1160°س. يتكاثف بخار المغنسيوم المتشكل على مصائد التبريد التي هي عبارة عن قضبان مبردة بالماء خارج الفرن. تتم إعادة تنقية المغنسيوم وذلك بالتقطير تحت الفراغ.
- تعد طريقة بيدجن من الطرق المهمة في وقتنا الحالي لإنتاج المغنسيوم وتستعمل بشكل واسع في الصين، حيث أنه في عام 2007 تم إنتاج حوالي 653,000 طن من المغنسيوم النقي في الصين.
الاستخدام
يستخدم في صنع بعض أنواع الطائرات حيث انه اخف الفلزات ويستخدم لحماية الحديد من الصدأ رغم ذلك لم يجد المغنسيوم الاهتمام الكبير لاستخلاصه واستخدامه حتى عهد قريب وربما يرجع ذلك إلى عدة أسباب من بينها :
1- تكلفة الإنتاج العالية نسبيًا. ولكن امكن التغلب على هذه المشكلة بزيادة الإنتاج واستمرار البحث في تخفيض التكلفة بتحسين طرق الاستخلاص وتطويرها.
2- تفاعلية المغنسيوم الكيميائية العالية ونشاطه الكيميائي الكبير قد جعلا من الصعب الاحتفاظ به في صورة منفردة بعد استخلاصه، كما يصعب استخلاصه في صورته المنفردة، ولكن تطوير السبائك المختلفة في الوقت الراهن قد قضى على هذه المشكلة حيث لا يحتفظ بالمغنسيوم في صورة منفردة إنما يصنع في صور سبائكية.
3- عدم تطوير طرق تصنيع وتشكيل مناسبة لهذا الفلز، نظرًا لنشاطه الكيميائي السريع حتى عند درجات الحرارة المتوسطة والمعتدلة إضافة إلى انخفاض مطيليته مقارنة بالفلزات الأخرى.
4- يشكل المغنسيوم مصدر خطورة عند وجوده أو خزنه في أماكن التخزين العادية نظرًا لتفاعله واكسدته السريعة واشتعاله لمجرد الأحتكاك البسيط أو تعرضه لأي لهب، وهذا يمنع استخدامه في صورة منفردة، ولكن بعد تطوير سبائك المغنسيوم المختلفة اختفت تلك المشكلة.
ولقد بدأ الاهتمام الشديد والإقبال المتزايد على هذا الفلز أثناء الحرب العالمية الثانية، وشجع على ذلك الحاجة الملحة إلى المغنسيوم للاستخدام في الصناعات الحربية المختلفة. تتوفر كميات ضخمة من خامات المغنسيوم في القشرة الأرضية – والمغنسيوم هو ثاني فلز انتشارًا في القشرة الأرضية بعد الألومنيوم - إضافة إلى مصدر آخر لا ينضب وهو ماء البحر.
المأكولات الغنية بالمغنيسيوم
المغنسيوم هو أحد المواد الكيميائية التي لها دور في تخزين وضبط الطاقة (الحرارة) في الجسم، بحيث تسترخي العضلات بعد استخدامها. وهو يساعد على استرخاء حالات الإرهاق . يحتاج الشخص البالغ منه نحو 0.3 جرام/اليوم. قلته في الجسم تتسبب في العصبية أو الصداع أو الإرهاق وعدم انتظام ضربات القلب. قلته لدى الحامل قد تعرضها إلى الولادة المبكرة أو سقوط الجنين.
يكثر وجود المغنسيوم في أطعمة مثل: الدقيق الكامل (الطحين المحتوي على الردة ) ومنتجات الألبان، والمكسرات، والخضروات والحبوب مثل الفول والعدس والفاصوليا، والكاكاو ، والموز. الخضروات الخضراء كالسبانخ هي أيضاً غنية بالمغنيسيوم، حيث أنها تحتوي على مادة الكلوروفيل.
روابط خارجية
- Magnesium at The Periodic Table of Videos (University of Nottingham)
- Chemistry in its element podcast (MP3) from the الجمعية الملكية للكيمياء's Chemistry World: Magnesium
- "Magnesium – a versatile and often overlooked element: new perspectives with a focus on chronic kidney disease". Clin Kidney J. 5 (Suppl 1). February 2012. مؤرشف من الأصل في 19 يوليو 2016.
المراجع
- Bernath, P. F., Black, J. H., & Brault, J. W. (1985). "The spectrum of magnesium hydride" ( كتاب إلكتروني PDF ). Astrophysical Journal. 298: 375.
- "معلومات عن مغنسيوم على موقع pubchem.ncbi.nlm.nih.gov". pubchem.ncbi.nlm.nih.gov. مؤرشف من الأصل في 23 يوليو 2019.
- "معلومات عن مغنسيوم على موقع wikiskripta.eu". wikiskripta.eu. مؤرشف من الأصل في 9 يونيو 2019.
- "معلومات عن مغنسيوم على موقع id.loc.gov". id.loc.gov. مؤرشف من الأصل في 13 ديسمبر 2019.