Magnesium: sejarah, struktur, sifat, reaksi, kegunaan

Magnesium adalah logam alkali tanah milik kelompok 2 dari tabel periodik. Nomor atomnya adalah 12 dan diwakili oleh simbol kimia Mg. Ini adalah unsur kedelapan yang paling melimpah di kerak bumi, sekitar 2,5% darinya.

Logam ini, seperti rekan-rekannya dan logam alkali, tidak ditemukan di alam dalam keadaan aslinya, tetapi bergabung dengan unsur-unsur lain untuk membentuk banyak senyawa yang ada dalam batuan, air laut, dan air garam.

Benda sehari-hari dibuat dengan magnesium. Sumber: Firetwister dari Wikipedia.

Magnesium adalah bagian dari mineral seperti dolomit (kalsium dan magnesium karbonat), magnesit (magnesium karbonat), karnalit (magnesium dan kalium klorida heksahidrat), brucite (magnesium hidroksida) dan dalam silikat seperti talk dan olivin.

Sumber alam terkaya karena perluasannya adalah laut, yang memiliki kelimpahan 0,13%, meskipun Great Salt Lake (1,1%) dan Laut Mati (3,4%) memiliki konsentrasi magnesium yang lebih tinggi. Ada air asin dengan kandungannya yang tinggi, yang terkonsentrasi dengan penguapan.

Nama magnesium mungkin berasal dari magnesit, ditemukan di Magnesia, di wilayah Thessaly, Wilayah Yunani kuno. Meskipun, telah ditunjukkan bahwa magnetit dan mangan ditemukan di wilayah yang sama.

Magnesium bereaksi kuat dengan oksigen pada suhu di atas 645ºC. Sementara itu, bubuk magnesium terbakar di udara kering, memancarkan cahaya putih yang intens. Untuk alasan ini, digunakan sebagai sumber cahaya dalam fotografi. Saat ini, sifat ini masih digunakan dalam kembang api.

Ini adalah unsur penting bagi makhluk hidup. Ia dikenal sebagai kofaktor untuk lebih dari 300 enzim, termasuk beberapa enzim glikolisis. Ini adalah proses vital bagi makhluk hidup karena hubungannya dengan produksi ATP, sumber energi seluler utama.

Demikian juga, itu adalah bagian dari kompleks yang mirip dengan kelompok heme hemoglobin, hadir dalam klorofil. Ini adalah pigmen yang terlibat dalam fotosintesis .

Sejarah

Identifikasi

Joseph Black, seorang ahli kimia Skotlandia, pada tahun 1755 mengenalinya sebagai unsur, menunjukkan secara eksperimental bahwa itu berbeda dari kalsium, logam yang mereka bingungkan.

Dalam hal ini, Black menulis: “Kita telah melihat melalui eksperimen bahwa magnesia alba (magnesium karbonat) adalah senyawa dari bumi yang khas dan udara tetap.”

Isolasi

Pada tahun 1808, Sir Humprey Davy berhasil mengisolasinya menggunakan elektrolisis untuk menghasilkan campuran magnesium dan merkuri. Ini dilakukan dengan mengelektrolisis garam sulfat basahnya menggunakan merkuri sebagai katoda. Selanjutnya, menguapkan merkuri dari malgam dengan pemanasan, meninggalkan residu magnesium.

A. Bussy, seorang ilmuwan Perancis, berhasil memproduksi logam magnesium pertama pada tahun 1833. Untuk melakukan ini, Bussy mereduksi magnesium klorida cair dengan kalium logam.

Pada tahun 1833, ilmuwan Inggris Michael Faraday untuk pertama kalinya menggunakan elektrolisis magnesium klorida untuk isolasi logam ini.

Produksi

Pada tahun 1886, perusahaan Jerman Aluminium und Magnesiumfabrik Hemelingen menggunakan elektrolisis karnalit cair (MgCl 2 · KCl · 6H 2 O) untuk menghasilkan magnesium.

Hemelingen, terkait dengan Kompleks Industri Farbe (IG Farben), berhasil mengembangkan teknik untuk menghasilkan sejumlah besar magnesium klorida cair untuk elektrolisis untuk produksi magnesium dan klorin.

Selama Perang Dunia II, Dow Chemical Company (USA) dan Magnesium Elektron LTD (UK) memulai reduksi elektrolitik air laut; dipompa dari Teluk Galveston, Texas dan di Laut Utara ke Hartlepool, Inggris, untuk produksi magnesium.

Pada saat yang sama, Ontario (Kanada) menciptakan teknik untuk memproduksinya berdasarkan proses LM Pidgeon. Teknik ini terdiri dari reduksi termal magnesium oksida dengan silikat dalam retort yang ditembakkan secara eksternal.

Struktur dan konfigurasi elektron magnesium

Magnesium mengkristal dalam struktur heksagonal kompak, di mana masing-masing atomnya dikelilingi oleh dua belas tetangga. Ini membuatnya lebih padat daripada logam lain, seperti lithium atau natrium.

Konfigurasi elektronnya adalah [Ne] 3s 2 , dengan dua elektron valensi dan sepuluh kulit bagian dalam. Dengan memiliki elektron ekstra dibandingkan dengan natrium, ikatan logamnya menjadi lebih kuat.

Ini karena atom lebih kecil dan intinya memiliki satu proton lagi; oleh karena itu mereka memberikan efek tarik-menarik yang lebih besar pada elektron atom tetangga, yang memperpendek jarak di antara mereka. Juga, karena ada dua elektron, pita 3s yang dihasilkan penuh, dan ia dapat merasakan lebih banyak daya tarik inti.

Kemudian, atom Mg akhirnya meletakkan kristal heksagonal padat dengan ikatan logam yang kuat. Ini menjelaskan titik lelehnya jauh lebih tinggi (650 C) daripada natrium (98 C).

Semua orbital 3s dari semua atom dan dua belas tetangganya tumpang tindih ke segala arah di dalam kristal, dan dua elektron pergi saat dua elektron lainnya datang; seterusnya, tanpa kation Mg 2+ dapat berasal .

bilangan oksidasi

Magnesium dapat kehilangan dua elektron ketika membentuk senyawa dan menjadi kation Mg 2+ , yang isoelektronik terhadap neon gas mulia. Saat mempertimbangkan keberadaannya dalam senyawa apa pun, bilangan oksidasi magnesium adalah +2.

Di sisi lain, dan meskipun kurang umum, kation Mg + dapat dibentuk , yang hanya kehilangan satu dari dua elektronnya dan isoelektronik terhadap natrium. Bila keberadaannya diasumsikan dalam suatu senyawa, maka magnesium dikatakan memiliki bilangan oksidasi +1.

Sifat fisik

Penampilan fisik

Padatan putih cemerlang dalam keadaan murni, sebelum teroksidasi atau bereaksi dengan udara lembab.

Massa atom

24,304 g/mol.

Titik lebur

650 °C.

Titik didih

1.091 °C.

Kepadatan

1,738 g / cm 3 pada suhu kamar. Y 1,584 g / cm 3 pada suhu leleh; Dengan kata lain, fase cair kurang padat daripada padatan, seperti halnya dengan sebagian besar senyawa atau zat.

Panas fusi

848 kJ/mol.

Panas penguapan

128 kJ/mol.

Kapasitas kalori molar

24,869 J / (mol · K).

Tekanan uap

Pada 701 K : 1 Pa; yaitu, tekanan uapnya sangat rendah.

Keelektronegatifan

1,31 pada skala Pauling.

Energi ionisasi

Tingkat ionisasi pertama: 1.737,2 kJ / mol (Mg + gas)

Tingkat ionisasi kedua: 1.450,7 kJ / mol ( gas Mg 2+ , dan membutuhkan lebih sedikit energi)

Tingkat ionisasi ketiga: 7.732,7 kJ / mol ( gas Mg 3+ , dan membutuhkan banyak energi).

radio atom

160 sore.

Jari-jari kovalen

141 ± 17 sore

Volume atom

13,97 cm 3 / mol.

Ekspansi termal

24,8 m / m · K pada 25 ° C.

Konduktivitas termal

156 W / mK.

Resistivitas listrik

43,9 nΩ · m pada 20 ° C.

Konduktivitas listrik

22,4 × 10 6 S cm 3 .

Kekerasan

2,5 skala Mohs.

Tata nama

Magnesium logam tidak memiliki nama lain yang dikaitkan. Senyawanya, karena dianggap sebagian besar memiliki bilangan oksidasi +2, disebutkan menggunakan nomenklatur stok tanpa perlu menyatakan bilangan tersebut dalam tanda kurung.

Misalnya, MgO adalah magnesium oksida dan bukan magnesium (II) oksida. Menurut tata nama sistematika, senyawa sebelumnya adalah: magnesium monoksida dan bukan monomagnesium monoksida.

Di sisi nomenklatur tradisional, hal yang sama terjadi dengan nomenklatur stok: nama senyawa diakhiri dengan cara yang sama; yaitu, dengan akhiran –ico. Jadi, MgO adalah magnesium oksida, menurut tata nama ini.

Jika tidak, senyawa lain mungkin atau mungkin tidak memiliki nama umum atau mineralogi, atau terdiri dari molekul organik (senyawa organomagnesium), yang penamaannya tergantung pada struktur molekul dan substituen alkil (R) atau aril (Ar).

Mengenai senyawa organomagnesium, hampir semuanya merupakan pereaksi Grignard dengan rumus umum RMgX. Misalnya, BrMgCH 3 adalah metil magnesium bromida. Perhatikan bahwa nomenklatur tidak tampak begitu rumit dalam kontak pertama.

Bentuk Magnesium

Paduan

Magnesium digunakan dalam paduan karena merupakan logam ringan, yang digunakan terutama dalam paduan dengan aluminium, yang meningkatkan ciri-ciri mekanik logam ini. Ini juga telah digunakan dalam paduan dengan besi.

Namun, penggunaannya dalam paduan telah menurun karena kecenderungannya menimbulkan korosi pada suhu tinggi.

Mineral dan senyawa

Karena reaktivitasnya tidak ditemukan di kerak bumi dalam bentuk asli atau unsur. Sebaliknya, itu adalah bagian dari banyak senyawa kimia, yang pada gilirannya terletak di sekitar 60 mineral yang dikenal.

Di antara mineral magnesium yang paling umum adalah:

  • -Dolomit, karbonat kalsium dan magnesium, MgCO 3 CaCO 3
  • -Magnesit, magnesium karbonat, CaCO 3
  • -Brucite, magnesium hidroksida, Mg (OH) 2
  • -karnalit, magnesium kalium klorida, MgCl 2 · KCl · H 2 O.

Selain itu, dapat berupa mineral lain seperti:

  • -Kieserite, magnesium sulfat, MgSO 4 H 2 O
  • -Forsterit, magnesium silikat, MgSiO 4
  • -Krisotil atau asbes, magnesium silikat lain, Mg 3 Si 2 O 5 (OH) 4
  • -Talk, Mg 3 Si 14 O 110 (OH) 2 .

Isotop

Magnesium ditemukan di alam sebagai kombinasi dari tiga isotop alami: 24 Mg, dengan kelimpahan 79%; 25 Mg, dengan kelimpahan 11%; dan 26 Mg, dengan kelimpahan 10%. Selain itu, ada 19 isotop radioaktif buatan manusia.

Peran biologis

Glikolisis

Magnesium adalah unsur penting untuk semua makhluk hidup. Manusia memiliki asupan harian 300 – 400 mg magnesium. Isi tubuhnya terdiri antara 22 dan 26 g, pada manusia dewasa, terkonsentrasi terutama di kerangka tulang (60%).

Glikolisis adalah urutan reaksi di mana glukosa diubah menjadi asam piruvat, dengan produksi bersih 2 molekul ATP. Piruvat kinase, heksokinase dan fosfofrukt kinase adalah enzim antara lain dari glikolisis yang menggunakan Mg sebagai aktivator.

DNA

DNA terdiri dari dua rantai nukleotida yang memiliki struktur gugus fosfat bermuatan negatif mereka; oleh karena itu, untaian DNA mengalami tolakan elektrostatik. Ion Na + , K + dan Mg 2+ menetralkan muatan negatif, mencegah disosiasi rantai.

ATP

Molekul ATP memiliki gugus fosfat dengan atom oksigen bermuatan negatif. Sebuah tolakan listrik terjadi antara atom oksigen tetangga yang bisa membelah molekul ATP.

Ini tidak terjadi karena magnesium berinteraksi dengan atom oksigen tetangga, membentuk khelat. ATP-Mg dikatakan sebagai bentuk aktif ATP.

Fotosintesis

Magnesium sangat penting untuk fotosintesis, proses sentral dalam penggunaan energi oleh tanaman . Ini adalah bagian dari klorofil, yang di bagian dalamnya memiliki struktur yang mirip dengan kelompok heme hemoglobin; tetapi dengan atom magnesium di tengahnya, bukan atom besi.

Klorofil menyerap energi cahaya dan menggunakannya dalam fotosintesis untuk mengubah karbon dioksida dan air menjadi glukosa dan oksigen. Glukosa dan oksigen digunakan kemudian dalam produksi energi.

Organisme

Penurunan konsentrasi magnesium plasma dikaitkan dengan kejang otot; penyakit kardiovaskular, seperti hipertensi; diabetes, osteoporosis dan penyakit lainnya.

Ion magnesium terlibat dalam mengatur fungsi saluran kalsium dalam sel saraf. Pada konsentrasi tinggi itu memblokir saluran kalsium. Sebaliknya, penurunan kalsium menghasilkan aktivasi saraf dengan memungkinkan kalsium masuk ke dalam sel.

Ini akan menjelaskan kejang dan kontraksi sel otot di dinding pembuluh darah utama.

Dimana dan produksinya

Magnesium tidak ditemukan di alam dalam bentuk unsur, tetapi merupakan bagian dari sekitar 60 mineral dan banyak senyawa, yang terletak di laut, bebatuan, dan air asin.

Laut memiliki konsentrasi magnesium 0,13%. Karena ukurannya, laut adalah reservoir utama magnesium di dunia. Reservoir magnesium lainnya adalah Great Salt Lake (AS), dengan konsentrasi magnesium 1,1%, dan Laut Mati, dengan konsentrasi 3,4%.

Mineral magnesium, dolomit dan magnesit, diekstraksi dari uratnya menggunakan metode penambangan tradisional. Sementara itu, dalam larutan karnalit digunakan yang memungkinkan garam lain muncul ke permukaan, menjaga karnalit di latar belakang.

Air asin yang mengandung magnesium terkonsentrasi di kolam menggunakan pemanas matahari.

Magnesium diperoleh dengan dua metode: elektrolisis dan reduksi termal (proses Pidgeon).

Elektrolisa

Garam cair yang mengandung magnesium klorida anhidrat, magnesium klorida anhidrat sebagian terdehidrasi, atau mineral karnalit anhidrat digunakan dalam proses elektrolisis. Dalam beberapa keadaan, untuk menghindari kontaminasi karnalit alami, yang buatan digunakan.

Magnesium klorida juga dapat diperoleh dengan mengikuti prosedur yang dirancang oleh perusahaan Dow. Air dicampur dalam flokulator dengan mineral dolomit yang sedikit terkalsinasi.

Magnesium klorida yang ada dalam campuran diubah menjadi Mg (OH) 2 dengan penambahan kalsium hidroksida, menurut reaksi berikut:

MgCl 2 + Ca (OH) 2 → Mg (OH) 2 + CaCl 2

Endapan magnesium hidroksida diperlakukan dengan asam klorida, menghasilkan magnesium klorida dan air, sesuai dengan reaksi kimia yang diuraikan:

Mg (OH) 2 + 2 HCl → MgCl 2 + 2 H 2 O

Kemudian, magnesium klorida mengalami proses dehidrasi hingga mencapai hidrasi 25%, menyelesaikan dehidrasi selama proses peleburan. Elektrolisis dilakukan pada suhu yang bervariasi antara 680 dan 750 C.

MgCl 2 → Mg + Cl 2

Klorin diatomik dihasilkan di anoda dan magnesium cair mengapung ke atas garam, di mana ia dikumpulkan.

Pengurangan termal

Kristal magnesium diendapkan dari uapnya. Sumber: Warut Roonguthai [CC BY-SA 3.0 (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0)]

Dalam proses Pidgeon, dolomit yang digiling dan dikalsinasi dicampur dengan ferrosilikon yang digiling halus dan ditempatkan dalam retort nikel-kromium-besi silinder. Retort ditempatkan di dalam tungku dan dirangkai secara seri dengan kondensor yang terletak di luar tungku.

Reaksi terjadi pada suhu 1200 C dan tekanan rendah 13 Pa. Kristal magnesium dikeluarkan dari kondensor. Terak yang dihasilkan dikumpulkan dari bagian bawah retort.

2 CaO + 2 MgO + Si → 2 Mg (gas) + Ca 2 SiO 4 (terak)

Kalsium dan magnesium oksida diproduksi oleh kalsinasi kalsium dan magnesium karbonat yang ada dalam dolomit.

Reaksi

Magnesium bereaksi kuat dengan asam, terutama asam oksalat. Reaksinya dengan asam nitrat menghasilkan magnesium nitrat, Mg (NO 3 ) 2 . Dengan cara yang sama bereaksi dengan asam klorida untuk menghasilkan magnesium klorida dan gas hidrogen.

Magnesium tidak bereaksi dengan basa, seperti natrium hidroksida. Pada suhu kamar ditutupi dengan lapisan magnesium oksida, tidak larut dalam air, yang melindunginya dari korosi.

Ini membentuk senyawa kimia, antara lain, dengan klorin, oksigen, nitrogen, dan belerang. Ini sangat reaktif dengan oksigen pada suhu tinggi.

Kegunaan

– Unsur magnesium

Paduan

Paduan magnesium telah digunakan di pesawat terbang dan mobil. Yang terakhir memiliki sebagai persyaratan untuk pengendalian emisi gas pencemar, pengurangan berat kendaraan bermotor.

Kegunaan magnesium didasarkan pada bobotnya yang rendah, kekuatannya yang tinggi, dan kemudahan pembuatan paduannya. Kegunaan termasuk perkakas tangan, barang olahraga, kamera, peralatan, rangka bagasi, suku cadang mobil, barang untuk industri kedirgantaraan.

Paduan magnesium juga digunakan dalam pembuatan pesawat terbang, roket dan satelit luar angkasa, serta dalam foto-etsa untuk menghasilkan ukiran yang cepat dan terkontrol.

Metalurgi

Magnesium ditambahkan dalam jumlah kecil ke besi cor putih, yang meningkatkan kekuatan dan kelenturannya. Selanjutnya, magnesium yang dicampur dengan kapur disuntikkan ke dalam besi tanur sembur cair, meningkatkan sifat mekanik baja.

Magnesium terlibat dalam produksi titanium, uranium dan hafnium. Ia bertindak sebagai zat pereduksi pada titanium tetraklorida, dalam proses Kroll, untuk menghasilkan titanium.

Elektrokimia

Magnesium digunakan dalam sel kering, bertindak sebagai anoda dan perak klorida sebagai katoda. Ketika magnesium bersentuhan listrik dengan baja di hadapan air, itu menimbulkan korosi, meninggalkan baja utuh.

Jenis perlindungan baja ini ada di kapal, tangki penyimpanan, pemanas air, struktur jembatan, dll.

kembang api

Magnesium dalam bentuk bubuk atau strip terbakar, memancarkan cahaya putih yang sangat intens. Sifat ini telah digunakan dalam kembang api militer untuk menghasilkan api atau penerangan dengan suar.

Padatannya yang terbagi halus telah digunakan sebagai komponen bahan bakar, terutama pada propelan roket padat.

– Senyawa

Magnesium karbonat

Ini digunakan sebagai isolator termal untuk boiler dan pipa. Menjadi higroskopis dan larut dalam air, digunakan untuk mencegah garam biasa dari pemadatan dalam shaker garam dan tidak mengalir dengan baik selama bumbu makanan.

Magnesium hidroksida

Ini memiliki kegunaan sebagai penghambat api. Dilarutkan dalam air, itu membentuk susu magnesium yang terkenal, suspensi keputihan yang telah digunakan sebagai antasida dan pencahar.

Magnesium klorida

Ini digunakan dalam pembuatan semen lantai kekuatan tinggi, serta aditif dalam pembuatan tekstil. Selain itu, digunakan sebagai flokulan dalam susu kedelai untuk produksi tahu.

Magnesium oksida

Ini digunakan dalam pembuatan batu bata tahan api untuk menahan suhu tinggi dan sebagai isolator termal dan listrik. Ini juga digunakan sebagai pencahar dan antasida.

Magnesium sulfat

Ini digunakan secara industri untuk membuat semen dan pupuk, penyamakan dan pencelupan. Ini juga merupakan pengering. Garam Epsom, MgSO 4 · 7H 2 O, digunakan sebagai pencahar.

– Mineral

bedak talek

Ini diambil sebagai standar kekerasan paling rendah (1) pada skala Mohs. Ini berfungsi sebagai pengisi dalam pembuatan kertas dan karton, serta mencegah iritasi dan hidrasi kulit. Ini digunakan dalam pembuatan bahan tahan panas dan sebagai dasar dari banyak bubuk yang digunakan dalam kosmetik.

Chrysotile atau asbes

Ini telah digunakan sebagai isolator termal dan dalam industri konstruksi untuk pembuatan langit-langit. Saat ini, itu tidak digunakan karena serat kanker paru-parunya.

Referensi

  1. Mathews, CK, van Holde, KE dan Ahern, KG (2002). Biokimia. 3 adalah Edisi. Editorial Pearson Educación, SA
  2. Wikipedia. (2019). Magnesium. Dipulihkan dari: en.wikipedia.org
  3. Clark J. (2012). Ikatan logam. Dipulihkan dari: chemguide.co.uk
  4. Lambung AW (1917). Struktur Kristal Magnesium. Prosiding National Academy of Sciences Amerika Serikat, 3 (7), 470–473. doi: 10.1073 / pnas.3.7.470
  5. Timotius P. Hanusa. (7 Februari 2019). Magnesium. Encyclopædia Britannica. Dipulihkan dari: britannica.com
  6. Hangzhou LookChem Jaringan Teknologi Co (2008). Magnesium. Dipulihkan dari: lookchem.com

Disprosium: struktur, sifat, perolehan, kegunaan
Fukosa: ciri-ciri, struktur, fungsi
Kegunaan Keton — contoh, rumus, sifat, tata nama
Entalpi larutan: cara menghitung, kegunaan, dan latihan