Magnesium: Het element

Magnesium Mg is een zilverwit aardalkalimetaal met een zeer laag soortelijk gewicht. Legeringen van magnesium worden gebruikt in de luchtvaart- en auto-industrie. In 1808 ontdekt Humphry Davy dat magnesiumoxide de oxide is van een onbekend metaal. In 1828 werd een bruikbare hoeveelheid magnesium vrijgemaakt door Antoine Bussy. Het menselijke lichaam bevat circa 25 gram magnesium, waarvan 60 % in het skelet en 40 % in de rest van het lichaam. Het is mede verantwoordelijk voor de werking van het zenuwstelsel, spiercontracties, de bouw van eiwitten, vermenigvuldiging van DNA en het is een bouwsteen van meerdere enzymen.

Algemene eigenschappen van het element

Magnesium is het achtste element in hoeveelheid op aarde. Het komt in verbindingen in de natuur voor in vooral dolomiet en magnesiet. Het wordt meestal gewonnen uit pekel uit ondergrondse zoutlagen. Het metaal wordt daaruit door elektrolyse van de chloride MgCl2 gewonnen.

Chemische eigenschappen van het element

Fysische eigenschappen van het element

Het hexagonale atoomrooster van het element Magnesium

Magnesium heeft een hexagonale kristalstructuur. Door deze relatief complexe structuur heeft het beperkte mogelijkheden tot vervorming. Het vervormen van metaal gaat langs de glijvlakken van atomen en is dus afhankelijk van de ordening van de atomen en dat is bij het hexagonaal rooster veel ongunstiger als bij het kubische rooster van staal, aluminium en koper, zo kan men uit de atoomordening in het metaal reeds belangrijke eigenschappen aflezen.

Voorkomen en winning

In 1852 construeerde Robert Bunsen een cel voor de elektrolyse van MgCl2. Dit leidde uiteindelijk tot productie van magnesium. Tijdens de Tweede wereldoorlog werd magnesium (legeringen) voor het eerst op industriële schaal toegepast. De Canadees Loyd Montgomery Pidgeon zette in 1940 de eerste magnesium industrie op rond het z.g.n Pidgeonproces dat nog steeds wordt toegepast.

De productie van een kilo magnesium kost relatief veel energie, maar uitgaande per volume eenheid kost het minder energie dan aluminium. Onder de grond zitten de grootste magnesiumvoorraden, in de vorm van magnesiumzout. Uit pekel in zoutlagen wordt het magnesiumzout gewonnen dat met elektrolyse omgezet wordt in magnesium. De Verenigde Staten is wereldmarktleider in elektrolyse van magnesiumzout. Daarna volgt China.

Recyclen

Bij het recyclen van magnesium moet men verontreinigingen voorkomen: niet-metallische deeltjes, intermetallische verbindingen en oxidehuid. De smelt wordt daarom afgeschermd met smeltzout.

Meest stabiele isotopen van magnesium

Magnesium komt in de natuur als drie stabiele isotopen voor. 24Mg maakt daarvan ongeveer 80% uit. De overige 20 procent bestaat uit 25Mg en 26Mg. 26Mg is een vervalproduct van aluminium-26 met een halveringstijd van 720.000 jaar heeft. 26Mg wordt aangetroffen in sommige meteorieten. Uit de verhouding aluminium-26 en magnesium-26 bepaalt men de leeftijd van de meteoriet.

Gebruikseigenschappen van magnesium

Magnesium atoom bezit de elektronenconfiguratie [Ne]3s2. Het atoom raakt de twee buitenste elektronen kwijt om het ion Mg2+ te vormen. Het metaal is een sterke reductor, (het onttrekt zuurstof aan andere verbindingen). Magnesium oxideert snel. Als poeder en in gesmolten toestand reageert het heftig met water en is het uiterst brandbaar. Bij verbranding ontstaat een fel wit licht. Om tijdens de verwerking van vloeibaar magnesium te voorkomen dat er een reactie met zuurstof optreedt, wordt er een beschermend gas gebruikt om het materiaal af te dekken. Magnesiumpoeder wordt gedroogd en onder druk opgeslagen ter voorkoming van (zelf)ontbranding.

Toepassingen van magnesium

• Chlorofyl, bases van de fotosynthese in planten, bevat een magnesiumatoom.
• Hydroxide Mg(OH)2 wordt tegen maagzuur gebruikt.
• Magnesiumsulfaat MgSO4.10H2O wordt gebruikt als laxeermiddel, ter voorkoming van bruinkleuring van naaldgewassen en bij zwangerschap vergiftiging.
• Magnesiumlegeringen worden verwerkt tot lichtgewicht constructies en onderdelen in de auto-industrie en luchtvaart.
• Magnesiumsulfaat is hygroscopisch en wordt aangewend als droogmiddel.
• Magnesium wordt toegepast in de pyrotechniek en in vuurwerk.
• Magnesiumsulfaat wordt in bierbrouwerijen gebruikt.
• Magnesiumhydroxide wordt gebruikt bij de waterzuivering.

Milieu en gezondheid

Zuurstof water en magnesium zijn de top drie van essentiële levensbehoeften van de mens. Magnesium zorgt voor ontspanning van skeletspieren, van ingewanden en hersenen, voor goede nachtrust. Studies tonen aan dat 75% van de bevolking een magnesiumtekort heeft.

Medische betekenis van magnesium tekort

Magnesium zit in elke lichaamscel en dient energieproductie, werking van spieren en zenuwen en behoud van de van botten. Magnesium speelt een hoofdrol bij de werking van enzymen betrokken bij de hormonen productie. Magnesium is aanwezig in voedingsmiddelen, zoals granen, groene groenten. noten zoals postelein, erwten en spinazie. Door gebruik van kunstmest wordt de grond arm aan magnesium, en ontstaat er magnesiumtekort. De symptomen van een tekort kunnen zijn: lusteloosheid, vermoeidheid, irritatie van de zenuwen in de spieren, hartritmestoornissen en maagkrampen.

Verlaagd magnesium gehalte kan veroorzaakt worden door:

• Onvoldoende opname van magnesium uit de voeding, bijvoorbeeld door de ziekte van Crohn
• ondervoeding en alcoholmisbruik.
• Diabetes.
• Verlies van magnesium via de nieren, bijvoorbeeld bij gebruik van plaspillen.
• Zwangerschapsvergiftiging.
• Slechte schildklierwerking.
• Operaties en bij brandwonden.
• Aanhoudende diarree.

Te veel magnesium in het bloed is gevolg van problemen bij het afvoeren uit het lichaam of van kunstmatige toediening. Verhoogd magnesium gehalte kan ontstaan bij: diabetes; ziekte van Addison; slecht werkende schildklier; uitdroging, nierfalen; laxeermiddelen die magnesium bevatten

Magnesium en water

Magnesium reageert het met waterdamp tot magnesiumoxide of magnesiumhydroxide en waterstofgas: Mg(s) + 2H2O(g) -> Mg(OH)2(aq) + H2(g). Brandend magnesium mag niet met water geblust worden. Het reageert agressief met het vrijkomende waterstofgas. Een magnesiumbrand moet met zand verstikt worden. Magnesium komt bij allerlei productieprocessen in het water. In de chemische industrie wordt het toegevoegd aan plastic en als legeringselement in andere metalen.Richtlijnen voor het magnesiumgehalte in drinkwater zijn er niet, er is geen informatie die op gevaar voor de gezondheid wijzen. Magnesium en calcium zijn medeverantwoordelijk voor de hardheid van water. Calcium- en magnesiumionen verzwakken de waskracht van wasmiddelen omdat ze moeilijk oplosbare zouten vormen met zeep. Daarom wordt aan wasmiddelen ontharder toegevoegd.
De dagelijkse behoefte van een mens ligt bij circa 300 a 400mg magnesium. Dit wordt bereikt bij normale voeding. Groente kan bij het koken de helft van het magnesium kwijtraken.