Wiórki metalicznego magnezu.
W przeciwieństwie do wielu innych pierwiastków, magnez cieszy się pozytywną „opinią społeczną”. Powszechnie obecnie stosowane lekkie stopy metali powstały przy udziale bohatera niniejszego artykułu, a medyczne autorytety wręcz zalecają wzrost spożycia produktów zawierających magnez. Oczywiście, w jego historii pojawiły się także ciemne karty, związane z dziejami konfliktów zbrojnych w ubiegłym stuleciu, ale bądźmy szczerzy – nie ma pierwiastka, którego nie wykorzystałoby do swych celów wojsko. Należy także przypomnieć, że dzięki magnezowi istnieje życie na Ziemi (przynajmniej w takiej formie, w jakiej je znamy), a ponadto możemy być spokojni o jego zasoby – przyroda okazała się hojna i obdarzyła nas sporymi zapasami.
Magnez położony jest w układzie okresowym w 2. okresie i 2. grupie (berylowce). Członkowie rodziny, oprócz magnezu (8. miejsce) i wapnia (5. miejsce), nie są zbyt rozpowszechnieni na naszej planecie. Magnez stanowi około 2% powierzchniowych warstw skorupy ziemskiej, tzw. sialu (nazwa pochodzi od symboli dominujących, w tworzących ją granitach, pierwiastków – krzemu i glinu). Jednakże na większych głębokościach jest go jeszcze więcej – ta warstwa z kolei nazywa się simą (w występujących tam bazaltach przeważają krzem i magnez).
Dolomitowe skały.
Czysty magnez jest lekkim, srebrzystym metalem, który na powietrzu pokrywa się pasywującą go warstwą tlenku. Reaguje z wrzącą wodą oraz większością niemetali, a w tworzonych związkach jest, zgodnie z numerem grupy, dwuwartościowy. Połączenia magnezu są powszechnie występującymi minerałami, sporo jest go także w wodach wszechoceanu (rozpuszczalne sole) oraz słonych jezior. Także organizmy żywe wykorzystały jego własności i „użyły” do tworzenia wielu związków, z których najważniejszym jest chlorofil.
Nowoczesna historia magnezu rozpoczęła się u schyłku XVII wieku, gdy w angielskiej miejscowości Epsom odkryto źródła o gorzkiej wodzie. Wydobywanej z nich soli nadano nazwę soli gorzkiej i użyto jako środka przeczyszczającego (bardzo wówczas popularnego i do dziś stosowanego w tej roli). Z niej wydzielono następnie tlenek magnezu znany pod nazwą magnezji białej. Przez wiele lat uchodziła ona za substancję prostą, aż w roku 1808 H. Davy po raz pierwszy ujrzał próbkę nowego pierwiastka (nazwisko sławnego angielskiego chemika będzie się jeszcze wiele razy powtarzać w artykułach o metalach grup 1. i 2.), rozkładając magnezję za pomocą prądu elektrycznego.
Karnalit (chlorek magnezu i potasu).
Również obecnie główną metodą produkcji metalicznego magnezu jest elektroliza zwykle stopionego chlorku. Syntezuje się go z tlenku bądź wodorotlenku wytrąconego z wody morskiej (za pomocą tzw. mleka wapiennego – roztworu wodorotlenku wapnia). Także wiele minerałów, jakie tworzy magnez, może być wykorzystane jako surowiec do wytwarzania tego metalu, np. karnalit (mieszany chlorek magnezu i potasu, spotykany w złożach soli potasowych), magnezyt (węglan) bądź dolomit (węglan wapnia i magnezu budujący całe masywy górskie). Magnez tworzy również wiele minerałów krzemianowych mających własne zastosowania. Z ciekawszych można wymienić: bardzo miękki talk, występujące w granitach miki oraz wzbudzający kontrowersje azbest.
Niewielka gęstość magnezu (jest najlżejszym z metali użytkowych) czyni z niego pożądany materiał konstrukcyjny. Niestety, niezbyt wielka wytrzymałość mechaniczna oraz brak odporności na działanie wody i temperatury powodują, że nie stosuje się go w postaci czystej.
Ozdobny minerał magnezu - spinel.
Dodatki glinu, cynku i manganu pozwalają otrzymać wytrzymałe, niekorodujące lekkie stopy (magnalium, elektrony), stosowane w przemyśle lotniczym oraz jako obudowy wielu urządzeń obecnych w naszych domach (sprzęt AGD, laptopy, aparaty fotograficzne). Metaliczny magnez jest łatwy do otrzymania w stanie czystym i dość tani, co w połączeniu z dużą reaktywnością powoduje, że używa się go jako reduktora w metalurgii niektórych metali, np. tytanu, cyrkonu i hafnu. Jest on także dodatkiem stopowym umożliwiającym wytworzenie tzw. żeliwa sferoidalnego. Krawędzie kryształków grafitu pod wpływem magnezu stają się zaokrąglone, co zwiększa wytrzymałość żeliwa (grafit w żeliwie występuje normalnie w postaci kryształów o ostrych brzegach, które „przecinają” metal). Historycznym już dzisiaj zastosowaniem magnezu jest użycie go w fotograficznych lampach błyskowych, w których folia z tego metalu spalała się z oślepiającym blaskiem i charakterystycznym „dymem” tworzącego się tlenku magnezu. Wysoka temperatura spalania magnezu i wydzielające się światło wykorzystywane jest w bombach zapalających oraz oświetlających flarach (nic więc dziwnego, że produkcja magnezu znacząco wzrosła w latach II wojny światowej).
Ozdobny minerał magnezu - oliwin.
Magnez i jego stopy nabrały znaczenia w latach 20. ubiegłego wieku wraz z rozwojem lotnictwa, ale związki tego pierwiastka znane i stosowane były od dawna. Wspomniano już o licznych minerałach magnezu, używanych w różnych dziedzinach życia. Przykładem jest talk – jeden z najbardziej miękkich minerałów (ten wzorzec w skali twardości Mohsa daje się z łatwością zarysować paznokciem), będący składnikiem maści i pudrów w przemyśle kosmetycznym oraz wypełniaczem przy wytwarzaniu gumy i papieru. Z miki buduje się izolatory elektryczne. Magnezyt i dolomit używane są jako materiały budowlane, składniki do produkcji mas ceramicznych oraz zasadowe wykładziny pieców martenowskich i konwertorów Thomasa (otrzymywanie stali). Nadmierne emocje budzi inny z minerałów – azbest (naprawdę tym mianem określa się cały szereg włóknistych substancji mineralnych). Od lat stanowił tanią izolację cieplną budynków oraz niepalny materiał do produkcji dachówek, rur wodociągowych oraz okładzin szczęk hamulcowych.
Azbestowe dachówki są nadal popularne.
Jednakże długotrwałe wdychanie powietrza, w którym unoszą się azbestowe włókienka, zwiększa możliwość zachorowania na nowotwory płuc. Z tego też powodu usuwa się płyty ocieplające ściany oraz eternitowe dachówki. W tej działalności widać wyraźnie społeczną histerię spowodowaną nieświadomością skali zagrożenia. Azbest zmieszany z cementem i dodatkowo ukryty pod powłoką tynku jest całkowicie bezpieczny, a zagrożenie pojawia się dopiero podczas jego usuwania i składowania na wysypiskach. Wydane zaś na walkę z azbestem fundusze mogłyby się natomiast okazać przydatne gdzie indziej. Autor ma nadzieję, że uważni Czytelnicy „Młodego Technika” będą krytycznie podchodzić do rozmaitych medialnych „niusów” z dziedziny techniki i ochrony środowiska.
Ze związków magnezu najczęściej stosowanym jest jego tlenek. Używa się go jako materiału żaroodpornego oraz wypełniacza przy produkcji papieru, gumy i tworzyw sztucznych. Stanowi on również składnik cementów budowlanych, a wraz z chlorkiem magnezu tworzy tzw. cement Sorela, używany m.in. jako twarde tworzywo sztuczne (ksylolit, z dodatkiem trocin) oraz składnik kitów. Tlenek magnezu to także nietoksyczny komponent kosmetyków i past do zębów. Jest on też obecny w popularnych preparatach zwalczających nadkwasotę (stosuje się w nich również wodorotlenek magnezu).
Historia fotografii (magnezowa lampy błyskowe) ...
Wszyscy zapewne wiemy, że jon magnezu jest umieszczony w centrum aktywnym chlorofilu (właściwie istnieje kilka jego odmian), barwnika fotosyntetycznego umożliwiającego istnienie znanego nam życia. To właśnie kolor chlorofilu nadaje barwę roślinności, zaś astronomowie wiedzą, że gdy w świetle docierającym do nas z pozaziemskiej planety dostrzegą charakterystyczne cechy jego widma, będzie to oznaczać znalezienie bliźniaczki Ziemi. Ale magnez to nie tylko chlorofil. Metal ten jest jednym z głównych pierwiastków wewnątrzkomórkowych, aktywującym liczne enzymy. Bierze on także udział w procesach obronnych organizmu, działa uspokajająco i przeciwstresowo, chroni serce i przeciwdziała miażdżycy. Nikt nie zaprzeczy, jak ważne jest to w naszych czasach! Preparaty magnezu stosuje się w stanach przemęczenia fizycznego i psychicznego, zaś jego działanie wzmacnia witamina B6. Oczywiście od tabletek smaczniejsze są produkty naturalne, te szczególnie bogate w magnez to: kakao, czekolada, kasze i orzechy. Badania nad organicznymi związkami magnezu przyniosły w 1912 roku nagrodę Nobla francuskiemu chemikowi W. Grignardowi. Do dzisiaj są to jedne z najbardziej użytecznych odczynników stosowanych w syntezie organicznej.
... i jej współcześność (obudowa cyfrówki z lekkich stopów magnezu).
Czytelnicy zgodzą się chyba, że magnez to niezwykle ważny pierwiastek. Nie tylko ze względu na ogromne znaczenie dla organizmów żywych (chlorofil – podstawa piramidy pokarmowej), ale również wszechobecność w naszym otoczeniu w postaci użytecznych stopów i związków. Ponadto jest „przyjaźnie” nastawiony do ludzi (nietoksyczny), co nie zdarza się wszystkim pierwiastkom. Warto jednak pamiętać o słowach Paracelsusa sprzed pięciu wieków – „wszystko jest trucizną i nic nie jest trucizną, bo tylko dawka czyni truciznę” – i nie przesadzać z magnezowymi suplementami diety. Magnezu ponadto nam nie zabraknie i w przyszłości – tylko w 1 km sześciennym wody morskiej znajduje się około 1,5 miliona ton tego metalu, co zaspokaja kilkuletnie zapotrzebowanie całego świata. O ziemskie zasoby bohatera niniejszego artykułu możemy być zatem spokojni.
Tagi: badania, beryl, berylowce, elektron, glin, krzem, magnez, pierwiastki, po raz pierwszy, produkcja, skały, światło