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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)制取了相當大量的金屬鎂于1831年，之后他開始研究它的特性。
許多世紀以前，古羅馬人認為“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)冉饘佟Ｖ饕糜谥圃燧p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
鎂是人體細胞內(nèi)的主要陽離子，濃集于線粒體中，僅次于鉀和磷，在細胞外液僅次于鈉和鈣居第三位，是體內(nèi)多種細胞基本生化反應(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。鎂主要分布于細胞內(nèi)，細胞外液的鎂不超過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胞周期、細胞增殖及細胞分化的調(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，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50年代以前，鎂的發(fā)展依附于軍事工業(yè)，20世紀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。遠離火種、熱源，工作場所嚴禁吸煙。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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