Lexikon: Magnesium

 

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Eigenschaften
- Magnesium - Aluminium
Be
Mg
Calcium|Ca  
 
 
Ne3s2
24
12
Mg
Allgemein
Name, Liste der chemischen Elemente nach Symbol|Symbol, Liste der chemischen Elemente nach der Ordnungszahl|Ordnungszahl Magnesium, Mg, 12
Serie Erdalkalimetalle
Gruppe, Periode des Periodensystems|Periode, Block des Periodensystems|Block 2 (IIA), Periode-3-Element|3, Atomorbital|s
Aussehen silbrig weiß
Massenanteil an der Erdhülle 1,94 %
Atomar
24,305
(berechnet) pm (145 pm)
Kovalenter Radius 130 pm
van der Waals-Radius 173 pm
[[Neon|Ne]3Atomorbital|s2
pro 2, 8, 2
Austrittsarbeit 3,7 eV
1. kJ/mol
2. Ionisierungsenergie 1450,7 kJ/mol
3. Ionisierungsenergie 7732,7 kJ/mol
Physikalisch
fest
Modifikationen -
Dichte () kg/m3 (2,5)
paramagnetisch
K (650 °Grad Celsius|C)
1363 K (1090 °C)
Molares Volumen m3/mol
127,4 kJ/mol
8,954 kJ/mol
Pa bei 923 K
m/s bei 293,15 K
Spezifische Wärmekapazität J/(kg · K)
Elektrische Leitfähigkeit S/m
W/(m · K)
Chemisch
Oxidationszustände 2
(Basizität) basisch)
Normalpotential V (Mg2+ + 2e- → Mg)
1,31 ()
Isotope
Isotop NH t1/2 ZM ZE mega|MElektronenvolt|eV ZP
23Mg {syn.} 11,317 s ε 4,057 23Na
24Mg 78,99 % Mg ist Stabiles Isotop|stabil mit 12 en
25Mg 10 % Mg ist stabil mit 13 Neutronen
26Mg 11,01 % Mg ist stabil mit 14 Neutronen
27Mg {syn.} 9,458 min β- 2,610 27Al
28Mg {syn.} 20,91 h β- 1,832 28Al
NMR-Eigenschaften
25Mg
-5/2
gamma T
Empfindlichkeit 0,00267
T MHertz (Einheit)|Hz
Soweit möglich und gebräuchlich, werden SI-Einheitensystem|SI-Einheiten verwendet.
Wenn nicht anders vermerkt,
gelten die angegebenen Daten bei Standardbedingungen.

Magnesium ist ein chemisches Element im Periodensystem|Periodensystem der Elemente mit dem Symbol Mg und der 12. Als acht-häufigstes Element ist es zu etwa zwei Prozent am Aufbau der Erdkruste beteiligt.

Geschichte

Die Herkunft der Elementbezeichnung wird in der Literatur unterschiedlich dargestellt:

  1. von Griechische Sprache|altgriech. μαγνητις λυθος in der Bedeutung Magnetstein
  2. von Magnesia (Griechenland), einem Gebiet im östlichen
  3. von Magnesia, einer Stadt in Kleinasien, auf dem Gebiet der heutigen Türkei.

1755 erkannte Joseph Black in England Magnesium als ein Element. 1808 isolierte Sir Humphry Davy reines Metall durch Elekrolyse einer Mischung aus Magnesia und Quecksilberoxid. AA Bussy stellte es 1831 in massiver Form dar.

Vorkommen

Magnesium kommt natürlich nicht in elementarer Form vor, als Chemische Verbindung|Verbindungen überwiegen Carbonate, Silicate, Chloride und Sulfate. Es ist ein sehr häufig vorkommendes Element, bestehen doch ganze Gebirgszüge wie die Dolomiten aus einem magnesiumhaltigen , dem Dolomit.

In Wässern ist es ebenfalls meistens vorhanden und verursacht zusammen mit dem Calcium die Härte des Wassers. Im Meerwasser ist es mit mehr als 1 kg/m³ enthalten.

Mineralien

  • Dolomit CaMg(CO3)2
  • Magnesit (Bitterspat) MgCO3
  • Enstatit MgSiO3
  • Olivin (Mg, Fe)2 SiO4
  • Serpentin Mg3Si2O5 (OH)4
  • Talk Mg3Si4O10 (OH)2
  • Meerschaum Mg4Si6O15 (OH)2
  • Kieserit MgSO4 * H2O
  • Schönit K2Mg(SO4)2 * 6 H2O
  • Carnallit KMgCl3 * 6 H2O
  • Spinell MgAl2O4

Eigenschaften

Das feste, silbrig-glänzende Leichtmetall Magnesium, das circa ein Drittel leichter als Aluminium ist, überzieht sich an mit einer schützenden Oxidhaut, in mit einer schwerlöslichen Magnesiumhydroxidschicht, welche bei höheren Temperaturen aber unbeständig ist. Schwache Säure|Säuren und Ammoniumsalze greifen die Hydroxidschicht ebenfalls an. Gegen Fluorwasserstoffsäure und Alkalien ist es im Gegensatz zum Aluminium relativ beständig. Frisch hergestelltes Magnesiumpulver erwärmt sich an der Luft bis zur Selbstentzündung. Dünnes Band oder Folien lassen sich leicht entzünden. Es verbrennt mit einer grellweißen Flamme zu Magnesiumoxid MgO und Magnesiumnitrid Mg3N2. Auch in vielen Oxiden wie Kohlenmonoxid, und verbrennt Magnesium.

Verwendung

Metallisches Magnesium

Reines Magnesium hat technisch wenig Bedeutung. Magnesiumband und -draht wird in (Foto-)Blitzbirnen, beziehungsweise früher als Blitzlichtpulver verwendet, Magnesiumpulver in Brandsätzen, -bomben und Leuchtmunition, aber auch als Zusatz in Feuersteinen für Feuerzeuge. In der Metallurgie dient es als vielseitiges Reduktionsmittel :

  • Kroll-Prozess zur Herstellung von Titan (Element)|Titan
  • Reduktionsmittel zur Herstellung von , , Nickel, Chrom und Zirkonium|Zirconium
  • Magnesiumpellets zur Entschwefelung von Eisen und Stahl
  • Zuschlagstoff für Kugelgrafitguss

In der organischen Chemie wird es zur Herstellung von Grignard-Verbindungen genutzt.

Werkstofftechnisch sind Mg-Al-, Mg-Mn-, Mg-Si-, Mg-Zn- und vor allem Mg-Al-Zn-Legierungen von Bedeutung. Wichtigste Anwendung ist aber wohl die Härtung von Aluminiumlegierungen durch einen Mg-Zusatz bis zu fünf Prozent. Zusätzlich verbessert sich die Schweißbarkeit. Sie finden Anwendung als Verpackungsmaterial, zum Beispiel in Getränkedosen.

In den letzten Jahrzehnten hat man wegen der möglichen Gewichtseinsparung versucht, Aluminium durch Magnesium zu ersetzen. Bei gleicher Belastbarkeit sind Bauteile aus Magnesiumlegierungen leichter als solche aus Kunststoff. Das machte Magnesium schon früh für mobile Anwendungen interessant. 1909 stellte man Anwendungen auf einer Luftschiffausstellung vor. In Kraftfahrzeugen nutzte man Magnesiumlegierungen zur Herstellung von Gehäuseteilen sowie zur Herstellung von Felgen für Großfahrzeuge. Ab den 1930ern verwendete man sie massiv im deutschen Flugzeugbau. Die möglichen Gewichtseinsparungen, gerade im Flugmotorenbau, führten zu einem schnellen Ausbau der Magnesiumgewinnung in den USA Anfang der 1940er. Heute werden auch Fahrgestelle und Rumpfteile von Flugzeugen und Fahrradteile aus Magnesiumlegierungen hergestellt.

Die Motoren des VW-Käfers bestanden aus Mg-Si-Legierungen. Heute werden im Maschinenbau überwiegend Mg-Al-Zn-Legierungen verwendet. Durch Druckgiessen lassen sich viele Bauteile endabmessungsnah und ohne kostenintensive Nachbearbeitung herstellen:

  • Felgen
  • Profile
  • Gehäuse
  • Motorhauben
  • Motordeckel
  • Handbremshebel

Teile des 3-Liter-Lupos und zunehmend Teile anderer Automarken werden aus Magnesiumlegierungen gefertigt.

Magnesiumlegierungen zeichnen sich durch hohe Dämpfung aus. Dies führt bei Schwingungsbelastung zu einer Verringerung der Vibration und Geräuschemission. Auch aus diesem Grund sind Magnesiumlegierungen interessante Werkstoffe.

Magnesiumverbindungen

  • Totgebranntes Magnesiumoxid zur Auskleidung von Hochtemperaturanlagen wie Schmelzöfen, Gießpfannen und so weiter
  • Magnesia (Magnesiumcarbonat) zur Verbesserung des Griffs durch Aufsaugen des Schweißes im Bereich des Turnens, Gewichthebens und der Leichtathletik

Medizinische Anwendungen

  • Magnesiumhydroxid zur Bindung von überschüssiger Magensäure.

Physiologie

Magnesium ist als Mineralstoffe|Mineralstoff für Mensch, Tier und Pflanze essentiell (lebenswichtig). Im Blattgrün der Pflanzen () ist es etwa zu zwei Prozent enthalten. Magnesiummangel löst beim Menschen Krämpfe aus. Auch kann es zum kommen. Pflanzen verwelken bei Magnesiummangel.

Die erforderliche Tagesdosis von ca. 300mg/d wird in der Regel durch eine ausgewogene Ernährung mit Vollkornbrot, Nüssen, Gemüse (Blattspinat, Kohlrabi) erreicht. Erhöhter Bedarf kann über Nahrungsergänzungsmittel gedeckt werden. Gefahr von Magnesiummangel besteht bspw.:
- bei kohlehydratarmer Ernährung oder Diäten,
- in der und Stillzeit
- in der Wachstumsphase bei Jugendlichen,
- bei Alkoholmissbrauch,
- bei ,
- bei Sportlern,
- bei Abführmittelmißbrauch, Erbrechen, oder bei langanhaltendem .
Wichtig bei der Zufuhr von Magnesiumpräparaten als Tabletten, Kau- oder Lutschtabletten, Granulat oder Injektionslösungen ist die Dosierung. Verschiedene Studien (z.B.:J.Clin.Invest. 88 (1991) 396-402) kommen zu dem Ergebnis, dass bei einer Einnahme von 120 mg noch ca. 35% resorbiert werden, jedoch die Resorption bei Einnahme einer kompletten Tagesdosis von 360 mg auf ca. 18% absinkt.

Herstellung

Die Herstellung von Magnesium erfolgt vorwiegend über zwei Wege:

  • Schmelzelektrolyse von geschmolzenem Magnesiumchlorid in DOW-Zellen.
    Sie bestehen aus großen eisernen Trögen, die von unten beheizt werden. Als Anoden dienen von oben eingelassene Graphitstäbe, die an den Spitzen von einer ringförmigen Kathode umgeben sind. Das metallische Magnesium sammelt sich auf der Salzschmelze und wird abgeschöpft. Das entstehende Chlorgas sammelt sich im oberen Teil der Zelle und wird wieder verwendet zur Herstellung von Magnesiumchlorid aus Magnesiumoxid. Zur Schmelzpunkterniedrigung des Magnesiumchlorids wird der Salzschmelze noch Calcium- und Natriumchlorid zugesetzt.
  • Thermische Reduktion von Magnesiumoxid (Pidgeon Prozess)
    In einem Behälter aus Chrom-Nickel-Stahl wird gebrannter Dolomit, Schwerspat und ein Reduktionsmittel wie Ferrosilicium, Koks (Chemie)|Koks oder Calciumcarbid eingefüllt. Anschließend wird evakuiert (Abpumpen des Gases) und auf 1160°C erhitzt. Das dampfförmige Magnesium kondensiert am wassergekühlten Kopfstutzen außerhalb des Ofens. Das chargenweise gewonnene Magnesium wird durch Vakuumdestillation weiter gereinigt.

Der Pidgeon Prozess sowie einige andere Herstellverfahren spielen eine untergeordnete Rolle.

Verbindungen

  • Magnesiumcarbonat MgCO3
  • Magnesiumchlorid MgCl2
  • Magnesiumfluorid MgF2
  • Magnesiumhydrid MgH2
  • Magnesiumhydroxid (Brucit) Mg(OH)2
  • Magnesiumoxid MgO
  • Magnesiumsulfat MgSO4

Vorsichtsmaßnahmen

Magnesiumschmelzen und Magnesiumpulver sind leicht brennbar. Mit Luft und Wasser reagieren sie sehr heftig.
Magnesiumbrände dürfen nicht mit Wasser gelöscht werden. Im Allgemeinen wird Sand oder Erde empfohlen.

Weblinks

Kategorie:Chemisches Element Kategorie:ErdalkalimetallKategorie:Periode-3-Element

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