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鎂
銀白色的輕質(zhì)堿土金屬
基本信息
| 中文名 | 鎂 |
| 周期 | 3 |
| 化學(xué)式 | Mg |
| 原子質(zhì)量 | 24.305 |
| 熔點 | 648 ℃ |
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發(fā)現(xiàn)簡史
單質(zhì)鎂
不純凈的鎂金屬在1792年由Anton Rupprecht首次制取，他加熱苦土和木炭的混合物。純凈但非常小量的金屬鎂在1808年由Humphry Davy電解氧化鎂制取。然而，是法國科學(xué)家Antoine-Alexandre-Brutus Bussy使用氯化鎂和鉀反應(yīng)制取了相當(dāng)大量的金屬鎂于1831年，之后他開始研究它的特性。
許多世紀(jì)以前，古羅馬人認(rèn)為“magnesia”（希臘Magnesia地區(qū)出產(chǎn)的一種白色鎂鹽，鎂元素即因此得名）能治療多種疾病。直到1808年，英國化學(xué)家戴維采用電解苦土（含鎂）的方法分離出元素鎂。20世紀(jì)30年代初 E·V·McCollum 及其同事首次用鼠和狗作為實驗動物，系統(tǒng)地觀察了鎂缺乏的反應(yīng)。1934年首次發(fā)表了少數(shù)人在不同疾病的基礎(chǔ)上發(fā)生鎂缺乏的臨床報道。證實鎂是人體的必需元素。
鎂是在自然界中分布最廣的十個元素之一（鎂是在地球的地殼中第八豐富的元素，約占2%的質(zhì)量，亦是宇宙中第九多元素），但由于它不易從化合物中還原成單質(zhì)狀態(tài)，所以遲遲未被發(fā)現(xiàn)。
長時期里，化學(xué)家們將從含碳酸鎂的菱鎂礦焙燒獲得的鎂的氧化物苦土當(dāng)作是不可再分割的物質(zhì)。在1789年拉瓦錫發(fā)表的元素表中就列有它。1808年，戴維在成功制得鈣以后，使用同樣的辦法又成功地制得了金屬鎂。從此鎂被確定為元素，并被命名為magnesium，元素符號是Mg。Magnesium來自希臘城市美格里亞Magnesia，因為在這個城市附近出產(chǎn)氧化鎂，被稱為magnesia alba，即白色氧化鎂，元素符號Mg。鎂的原子序為12，原子量為24.3，是典型的二價金屬，具有金屬的共有特性。由于鎂的氧化物性質(zhì)與鈣一樣介于“堿性”和“土性”之間，故稱為堿土金屬元素。
物理性質(zhì)
化學(xué)性質(zhì)
鎂條燃燒生成氧化鎂
2Mg+O?====2MgO
3Mg+N?====Mg?N?
2.與水的反應(yīng)：
Mg+2H2O（熱水）== Mg(OH)?+H?↑
3.與酸的反應(yīng)：
Mg+2HCl=MgCl?+H?↑
4.與氧化物的反應(yīng)：
元素在太陽中的含量 | 700(ppm) |
元素在海水中的含量 | 1200(ppm) |
5.鎂與氯化銨反應(yīng)：
鎂與氯化銨的反應(yīng)，究其本質(zhì)，還是鎂與酸的反應(yīng)。氯化銨溶液中銨根離子水解，溶液顯酸性。當(dāng)加入鎂粉之后，鎂與溶液中的氫離子反應(yīng)，放出氫氣，同時放出大量的熱。銨根離子的水解產(chǎn)物——氨水，受熱之后，則發(fā)生分解。故此反應(yīng)可以得到兩種氣體。
上式實際可拆分為下列反應(yīng)方程式：
通常認(rèn)為，鎂不會和堿金屬的氫氧化物（如KOH）反應(yīng)，因為鎂是堿性金屬，而不是兩性金屬。但是，在高溫下，鎂可以參與氧化還原反應(yīng)，如和NaOH反應(yīng)，產(chǎn)生MgO、Na和H?。
同位素
已發(fā)現(xiàn)鎂的同位素共有22種，包括鎂19至鎂40，其中只有鎂24、鎂25、鎂26是天然存在并且穩(wěn)定的，其他鎂的同位素都帶有放射性。
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備注：畫上＃號的數(shù)據(jù)代表沒有經(jīng)過實驗的證明，只是理論推測而已，而用括號括起來的代表數(shù)據(jù)不確定性。
應(yīng)用領(lǐng)域
常用做還原劑，去置換鈦、鋯、鈾、鈹?shù)冉饘?。主要用于制造輕金屬合金、球墨鑄鐵、科學(xué)儀器和格氏試劑等。也能用于制煙火、閃光粉、鎂鹽、吸氣器、照明彈等。結(jié)構(gòu)特性類似于鋁，具有輕金屬的各種用途，可作為飛機、導(dǎo)彈的合金材料。但是鎂在汽油燃點可燃，這限制了它的應(yīng)用。
日常用途
醫(yī)療用途：治療缺鎂和痙攣。
鎂是航空工業(yè)的重要材料，鎂合金用于制造飛機機身、發(fā)動機零件等；鎂還用來制造照相和光學(xué)儀器等；鎂及其合金的非結(jié)構(gòu)應(yīng)用也很廣；鎂作為一種強還原劑，還用于鈦、鋯、鈹、鈾和鉿等的生產(chǎn)中。
純鎂的強度小，但鎂合金是良好的輕型結(jié)構(gòu)材料，廣泛用于空間技術(shù)、航空、汽車和儀表等工業(yè)部門。一架超音速飛機約有5%的鎂合金構(gòu)件，一枚導(dǎo)彈一般消耗100～200公斤鎂合金。鎂是其他合金（特別是鋁合金）的主要組元，它與其他元素配合能使鋁合金熱處理強化；球墨鑄鐵用鎂作球化劑；而有些金屬（如鈦和鋯）生產(chǎn)又用鎂作還原劑；鎂是燃燒彈和照明彈不能缺少的組成物；鎂粉是節(jié)日煙花必需的原料；鎂是核工業(yè)上的結(jié)構(gòu)材料或包裝材料；鎂肥能促使植物對磷的吸收利用，缺鎂植物則生長趨于停滯。鎂在人民生活中占有重要地位的一種基礎(chǔ)材料。
生理用途
鎂是人體細(xì)胞內(nèi)的主要陽離子，濃集于線粒體中，僅次于鉀和磷，在細(xì)胞外液僅次于鈉和鈣居第三位，是體內(nèi)多種細(xì)胞基本生化反應(yīng)的必需物質(zhì)。正常成人身體總鎂含量約25g，其中60%～65%存在于骨、齒，27%分布于軟組織。鎂主要分布于細(xì)胞內(nèi)，細(xì)胞外液的鎂不超過1%。在鈣、維生素C、磷、鈉、鉀等的代謝上，鎂是必要的物質(zhì)，在神經(jīng)肌肉的機能正常運作、血糖轉(zhuǎn)化等過程中扮演著重要角色。
鎂是一種參與生物體正常生命活動及新陳代謝過程必不可少的元素。鎂影響細(xì)胞的多種生物功能：影響鉀離子和鈣離子的轉(zhuǎn)運，調(diào)控信號的傳遞，參與能量代謝、蛋白質(zhì)和核酸的合成；可以通過絡(luò)合負(fù)電荷基團，尤其核苷酸中的磷酸基團來發(fā)揮維持物質(zhì)的結(jié)構(gòu)和功能；催化酶的激活和抑制及對細(xì)胞周期、細(xì)胞增殖及細(xì)胞分化的調(diào)控；鎂還參與維持基因組的穩(wěn)定性，并且還與機體氧化應(yīng)激和腫瘤發(fā)生有關(guān)。
鎂的吸收代謝：成人身體總鎂含量約25g，其中60%～65%存在于骨、齒，27%分布于軟組織。膳食中促進鎂吸收的成分主要有氨基酸、乳糖等；抑制鎂吸收的主要成分有過多的磷、草酸、植酸和膳食纖維等。成人從膳食中攝入的鎂大量從膽汁、胰液和腸液分泌到腸道，其中60%～70%隨糞便排出，部分從汗和脫落的皮膚細(xì)胞丟失。
鎂離子是生物機體中含量較多的一種正離子，其量在整體中僅次于鈣、鈉、鉀而居第四位；鎂離子在細(xì)胞內(nèi)的含量則僅次于鉀離子而居第二位。整粒的種子、未經(jīng)碾磨的谷物、青葉蔬菜、豆類和堅果是日糧鎂最為豐富的來源；魚、肉、奶和水果中鎂含量較低；經(jīng)過加工的食物，在加工過程中鎂幾乎全部損失。肌酸六磷酸、粗纖維、乙醇、過量的磷酸鹽和鈣離子削弱了鎂的吸收，這可能是因為降低了內(nèi)腔鎂的濃度。
鎂屬于人體營養(yǎng)素——礦物質(zhì)元素中的一種，屬于礦物質(zhì)的常量元素類。人體中的鎂60～65%存在于骨骼和牙齒中，27%存在于軟組織中，細(xì)胞內(nèi)鎂離子僅占1%，多以活性形式Mg -ATP形式存在。
促進骨的形成。在骨骼中僅次于鈣、磷，是骨細(xì)胞結(jié)構(gòu)和功能所必需的元素，對促進骨形成和骨再生，維持骨骼和牙齒的強度和密度具有重要作用。
調(diào)節(jié)神經(jīng)肌肉的興奮性。能抑制鉀、鈣通道。鎂、鈣、鉀離子協(xié)同維持神經(jīng)肌肉的興奮性。血中鎂過低或鈣過低，興奮性均增高；反之則有鎮(zhèn)靜作用。
維護胃腸道和激素的功能。
鎂也是重要的神經(jīng)傳導(dǎo)物質(zhì)，它可以讓肌肉放松下來；與含鈣食品一同補充，能促進鈣的吸收。
建議攝取量
中國營養(yǎng)學(xué)會建議，成年男性每天約需鎂350毫克，成年女性約為300毫克，孕婦以及喂奶期女性約為450毫克，2～3歲兒童為150毫克，3～6歲為200毫克。可耐受最高攝入量（UL）定為700mg/d。
鎂缺乏在臨床上主要表現(xiàn)為情緒不安、易激動、手足抽搐、反射亢進等，正常情況下，由于腎的調(diào)節(jié)作用，口服過量的鎂一般不會發(fā)生鎂中毒。當(dāng)腎功能不全時，大量口服鎂可引起鎂中毒，表現(xiàn)為腹痛、腹瀉、嘔吐、煩渴、疲乏無力，嚴(yán)重者出現(xiàn)呼吸困難、紫紺、瞳孔散大等。
代謝吸收
食物中的鎂在整個腸道均可被吸收，但主要是在空腸末端與回腸部位吸收，吸收率一般約為30%?？赏ㄟ^被動擴散和耗能的主動吸收兩種機制吸收。健康成人從食物中攝入的鎂大量從膽汁、胰液和腸液分泌到腸道，其中60%～70%隨糞便排出，部分從汗和脫落的皮膚細(xì)胞丟失，其余從尿中排出，每天約排出50～120mg，約占攝入量的1/3～1/2。
缺乏表現(xiàn)
鎂缺乏可致血清鈣下降，神經(jīng)肌肉興奮性亢進；對血管功能可能有潛在的影響，有人報告低鎂血癥患者可有房室性早搏、房顫以及室速與室顫，半數(shù)有血壓升高；鎂對骨礦物質(zhì)的內(nèi)穩(wěn)態(tài)有重要作用，鎂缺乏可能是絕經(jīng)后骨質(zhì)疏松癥的一種危險因素；少數(shù)研究表明鎂耗竭可以導(dǎo)致胰島素抵抗。
鈣代謝異常。
影響心臟、骨骼及胃腸道等器官功能。
引致肌肉無力、抽筋等肌肉問題。
治療措施
工業(yè)應(yīng)用
鎂是最輕的結(jié)構(gòu)金屬材料之一，又具有比強度和比剛度高、阻尼性和切削性好、易于回收等優(yōu)點。國內(nèi)外將鎂合金應(yīng)用于汽車行業(yè)，以減重、節(jié)能、降低污染，改善環(huán)境。發(fā)達國家汽車百公里耗油最終將實現(xiàn)3L目標(biāo)，歐洲汽車用鎂占鎂總消耗量的14%，預(yù)計今后將以15～20%的速度遞增，2005年將達到20萬噸。
與塑料相比，鎂合金具有重量輕、比強度高、減振性好、熱疲勞性能好、不易老化，又有良好的導(dǎo)熱性、電磁屏蔽能力強、非常好的壓鑄工藝性能，尤其易于回收等優(yōu)點，是替代鋼鐵、鋁合金和工程塑料的新一代高性能結(jié)構(gòu)材料。為適應(yīng)電子、通訊器件高度集成化和輕薄小型化的發(fā)展趨勢，鎂合金是交通、電子信息、通訊、計算機、聲像器材、手提工具、電機、林業(yè)、紡織、核動力裝置等產(chǎn)品外殼的理想材料。發(fā)達國家非常重視鎂合金開發(fā)與應(yīng)用，尤其在汽車零部件、筆記本電腦等便攜電子產(chǎn)品的應(yīng)用，每年以20%的速度增長，非常引人注目，發(fā)展趨勢驚人。
金屬鎂是鋁合金中的主要合金元素，世界年需求量在15萬噸左右，2000年中國鋁合金生產(chǎn)290萬噸，用鎂作合金元素，每年約需1.01萬噸。
隨著汽車工業(yè)、石油、天然氣管線、海洋鉆井平臺，橋梁建筑等領(lǐng)域用高強度低硫鋼的需求不斷增加，中國鞍鋼、寶鋼、武鋼、本鋼、包鋼、攀鋼、首鋼等鋼廠已經(jīng)用鎂粉深脫硫，獲得優(yōu)質(zhì)鋼，取得良好效果。鎂粉用于鋼鐵脫硫具有潛在市場。此外，鎂粉還用于制造化工產(chǎn)品、藥品、煙火、信號、照明彈等材料、金屬還原劑、油漆涂料、焊絲以及供球墨鑄鐵用球化劑等。
鎂是可以在空氣中燃燒的，燃燒時火花四射，十分美麗，因此煙花中通常都摻有一定量的鎂粉，來達到美觀的效果。
現(xiàn)代戰(zhàn)爭需要軍隊具有遠(yuǎn)程快速部署運動的能力，要求武器裝備輕量化，在手持式武器、裝甲戰(zhàn)車、運輸車、航空制導(dǎo)武器上將大量采用輕金屬材料。輕量化是提高武器裝備作戰(zhàn)性能的重要方向。鎂所具有的輕質(zhì)特性決定了鎂合金是生產(chǎn)航天器、軍用飛機、導(dǎo)彈、高機動性能戰(zhàn)車、船舶的必不可少的結(jié)構(gòu)材料，因此，大力開發(fā)鎂合金應(yīng)用范圍是國防現(xiàn)代化的需要。
工業(yè)發(fā)展：20世紀(jì)50年代以前，鎂的發(fā)展依附于軍事工業(yè)，20世紀(jì)60年代以后，由于金屬鎂在民用市場和空間技術(shù)的應(yīng)用得到發(fā)展，于是推動了鎂的平衡增長。近幾年來隨著鎂合金在交通、電子及通信等領(lǐng)域應(yīng)用的增長，世界鎂的消費在逐年上升并增長迅速。全世界（除中國外）有10個國家即美國、加拿大、挪威、俄羅斯、法國、意大利、前南斯拉夫、巴西、印度、朝鮮生產(chǎn)金屬鎂。2004年，世界金屬鎂開采量為58.4萬噸，其中，中國42.6萬噸，加拿大5.4萬噸，俄羅斯5萬噸，以色列2.8萬噸，哈薩克斯坦1.8萬噸。
20世紀(jì)90年代以來，市場經(jīng)濟拉動了中國鎂工業(yè)的發(fā)展。在90年代的10年間，中國原鎂產(chǎn)量增長了37倍，特別是1995～2000年，年平均增長率為15.84%，大大高于西方世界的增長率。中國已成為世界上最大的原鎂生產(chǎn)國和出口國。
2006年1～12月，全國共產(chǎn)金屬鎂613084.94噸，同比增長32.23%；2007年1～12月，全國共產(chǎn)金屬鎂（鎂）670130.87噸，同比增長24.12%；2008年1～10月，全國共產(chǎn)金屬鎂（鎂）539498.36噸，同比增長6.59%。
制備方法
海水提取
氯化鎂可以從海水中提取，每立方英里海水含有約120億磅鎂。
MgCl?·6H?O(s)= MgCl?(s) +6H?O(l)
MgCl?(l)== == Mg(s)+Cl?(g)↑
注意事項
保存在煤油中的鎂條和鎂粉
吸入：迅速脫離現(xiàn)場至空氣新鮮處。保持呼吸道通暢。如呼吸困難，給輸氧。呼吸、心跳停止，立即進行心肺復(fù)蘇術(shù)。就醫(yī)。
食入：飲足量溫水，催吐。就醫(yī)。
消防措施：危險特性：易燃，燃燒時產(chǎn)生強烈的白光并放出高熱。遇水或潮氣猛烈反應(yīng)放出氫氣，大量放熱，引起燃燒或爆炸。遇氯、溴、碘、硫、磷、砷、和氧化劑劇烈反應(yīng)，有燃燒、爆炸危險。粉體與空氣可形成爆炸性混合物，當(dāng)達到一定濃度時，遇火星會發(fā)生爆炸。
有害燃燒產(chǎn)物：氧化鎂。
應(yīng)急處理：隔離泄漏污染區(qū)，限制出入。消除所有點火源。建議應(yīng)急處理人員戴防塵口罩，戴防塵口罩，穿防靜電服。禁止接觸或跨越泄漏物。盡可能切斷泄漏源。嚴(yán)禁用水處理。小量泄漏：用干燥的砂土或其它不燃材料覆蓋泄漏物，然后用塑料布覆蓋，減少飛散、避免雨淋。粉末泄漏：用塑料布或帆布覆蓋泄漏物，減少飛散，保持干燥。在專家指導(dǎo)下清除。
檢測方法：火焰原子吸收光譜法
工程控制：密閉操作。提供安全淋浴和洗眼設(shè)備。
呼吸系統(tǒng)防護：作業(yè)時，應(yīng)該佩戴過濾式防塵呼吸器。必要時配戴空氣呼吸器。
眼睛防護：戴化學(xué)安全防護眼鏡。
身體防護：穿防靜電工作服。
手防護：戴一般作業(yè)防護手套。
其他防護：工作現(xiàn)場嚴(yán)禁吸煙。保持良好的衛(wèi)生習(xí)慣。
穩(wěn)定性：穩(wěn)定
避免接觸條件：潮濕空氣。
聚合危害：不聚合
急性毒性：具腐蝕和刺激作用。
其它有害作用：該物質(zhì)對環(huán)境可能有危害，建議不要讓其進入環(huán)境。
廢棄物性質(zhì)：危險廢物
廢棄處置方法：處置前應(yīng)參閱國家和地方有關(guān)法規(guī)。若可能，回收使用。
廢棄注意事項：處置前應(yīng)參閱國家和地方有關(guān)法規(guī)。
危規(guī)號：41502
UN 編號：1869
包裝標(biāo)志：易燃固體
包裝類別：Ⅱ類包裝
包裝方法：塑料袋或二層牛皮紙袋外全開口或中開口鋼桶（鋼板厚0.75 毫米，每桶凈重不超過100 公斤）；塑料袋或二層牛皮紙袋外全開口或中開口鋼桶（鋼板厚0.5 毫米，每桶凈重不超過50 公斤）；金屬桶（罐）或塑料桶外花格箱；螺紋口玻璃瓶、鐵蓋壓口玻璃瓶、塑料瓶或金屬桶（罐）外普通木箱。
運輸注意事項：運輸時運輸車輛應(yīng)配備相應(yīng)品種和數(shù)量的消防器材及泄漏應(yīng)急處理設(shè)備。裝運該品的車輛排氣管須有阻火裝置。運輸過程中要確保容器不泄漏、不倒塌、不墜落、不損壞。嚴(yán)禁與氧化劑、酸類、鹵素、氯代烴、食用化學(xué)品、等混裝混運。運輸途中應(yīng)防曝曬、雨淋，防高溫。中途停留時應(yīng)遠(yuǎn)離火種、熱源。運輸用車、船必須干燥，并有良好的防雨設(shè)施。車輛運輸完畢應(yīng)進行徹底清掃。鐵路運輸時要禁止溜放。
操作注意事項：加強局部排風(fēng)。操作人員必須經(jīng)過專門培訓(xùn)，嚴(yán)格遵守操作規(guī)程。建議操作人員佩戴自吸過濾式防塵口罩，戴化學(xué)安全防護眼鏡，穿防靜電工作服。遠(yuǎn)離火種、熱源，工作場所嚴(yán)禁吸煙。使用防爆型的通風(fēng)系統(tǒng)和設(shè)備。避免產(chǎn)生粉塵。避免與氧化劑、酸類、鹵素、氯代烴接觸。尤其要注意避免與水接觸。在氮氣中操作處置。搬運時要輕裝輕卸，防止包裝及容器損壞。配備相應(yīng)品種和數(shù)量的消防器材及泄漏應(yīng)急處理設(shè)備。倒空的容器可能殘留有害物。
儲存注意事項：儲存于陰涼、干燥、通風(fēng)良好的專用庫房內(nèi)，遠(yuǎn)離火種、熱源。庫溫不超過32℃，相對濕度不超過75%。包裝要求密封，不可與空氣接觸。應(yīng)與氧化劑、酸類、鹵素、氯代烴等分開存放，切忌混儲。采用防爆型照明、通風(fēng)設(shè)施。禁止使用易產(chǎn)生火花的機械設(shè)備和工具。儲區(qū)應(yīng)備有合適的材料收容泄漏物。
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