Гори с ярко бял пламък — първият фотографски блиц. Стои в сърцето на всяка молекула хлорофил.

Магнезий — Mg · №12

Магнезий (Mg) — химичен елемент №12

Преди да се появи светкавицата на камерата, фотографите буквално запалваха парче магнезий, за да осветят кадъра. Днес същият метал стои в сърцето на всяка зелена растителна клетка — без него хлорофилът не може да улавя слънчева светлина и фотосинтезата просто спира. Дванадесетият елемент от периодичната таблица на елементите е едновременно спектакъл и тиха необходимост.

История на откриването

Историята на магнезия започва не в лаборатория, а в курорт. Районът около гръцкия град Магнезия в Тесалия дал името на бял прах, използван в народната медицина с векове. Римляните го познавали като „magnesia alba" — бялата магнезия. Аптекарите на 17 и 18 век я продавали като лекарство срещу разстроен стомах и хипохондрия, без никой да знае точно какво е това вещество химически.

През 1755 г. шотландският лекар и химик Джоузеф Блек направил нещо на пръв поглед скучно: загрял магнезиевия карбонат и измерил газа, който се отделил. Открил, че след нагряването остава вещество, различно от варовика — магнезиевият оксид не се разтваря в киселини по същия начин и реагира различно. Блек така доказал, че магнезията е отделен химичен вид, различен от варовика, с когото дотогава я бъркали. Той нарекъл това явление „фиксиран въздух" — всъщност първо описание на CO₂ — и мимоходом установил, че самата магнезия не е нито вар, нито нещо познато дотогава.

Самият метал обаче трябвало да чака още половин век. Едва през 1808 г. Хъмфри Дейви — същият, който изолирал натрия и калия с помощта на електролиза — получил и чист магнезий. Работил с живачен катод и разтопен магнезиев оксид и успял да отдели малко количество сребристо-бял метал. Не много по-късно, през 1831 г., французинът Антоан Бюси получил по-значително количество чрез реакция между магнезиев хлорид и метален калий. От тогава насам магнезият химичен елемент навлиза трайно в науката и индустрията.

Физични свойства

Магнезият е лек до степен, която изненадва — плътността му е само 1.738 g/cm³, почти два пъти по-лека от алуминия и четири пъти по-лека от стоманата. Нещо повече: той не само е лек, но е и сравнително твърд за своята маса. Тази комбинация е мечтата на всеки инженер, проектиращ неща, които трябва да са здрави, но не и тежки.

На вид магнезият е сребристо-бял метал с характерен блясък, когато е пресен. На въздух той бързо се покрива с тънък слой магнезиев оксид — матово-сива патина, която всъщност го предпазва от по-нататъшно окисление. Точката му на топене е 650 °C, а на кипене — 1090 °C. Тези числа са умерени за метал: достатъчно високи, за да е стабилен при нормална употреба, но достатъчно достъпни, за да може да се излива и обработва сравнително лесно в промишлени условия.

Магнезият е добър проводник на топлина и електричество, макар и не толкова добър, колкото медта. Кристализира в хексагонална плътноопакована структура — атомите са наредени в шестоъгълни слоеве, наредени плътно един върху друг. Именно тази кристална структура обяснява частично ограниченията в студената му обработка: метал с хексагонална решетка се деформира по-трудно при стайна температура, отколкото куб.

Химични свойства

Магнезият е изключително активен метал — по-активен от алуминия, но по-малко от натрия. В стандартния електрохимичен ред той седи доста далеч вляво, което означава, че охотно отдава електрони. Единствената си окислителна степен в съединенията е +2: губи двата електрона от 3s орбиталата и образува стабилен катион Mg²⁺.

Класическата реакция, позната от всеки час по химия, е горенето. Когато магнезиева лента се поднесе до пламък, тя се запалва и гори с ослепителна бяла светлина при температура над 3100 °C. Продуктите са магнезиев оксид (MgO) и — ако има азот в атмосферата — магнезиев нитрид (Mg₃N₂). Температурата и яркостта са толкова екстремни, че горящият магнезий запалва дори водата, тоест не може да се гаси с вода — кислородът в молекулата на водата е достатъчен окислител при тази температура.

С киселини магнезият реагира оживено — бавно в студена вода, но бързо в солна или сярна киселина, отделяйки водороден газ. С основи не реагира, което го отличава от амфотерните метали. Магнезиевият хлорид (MgCl₂) е силно разтворим и хигроскопичен, а магнезиевият хидроксид Mg(OH)₂ е слабо разтворимо съединение, познато като суспензия под търговското название „мляко от магнезия" — antacid от аптеките. Магнезиевият сулфат MgSO₄·7H₂O пък е известен като епсомова сол.

Къде го срещаме

Магнезият е четвъртият най-разпространен елемент в Земята като цяло — само желязото, кислородът и силицият го надминават. В земната кора заема осмо място с около 2.1% по маса. Среща се предимно в минералите доломит (CaMg(CO₃)₂), магнезит (MgCO₃) и оливин — зеленикав силикатен минерал, съставляващ голяма част от горната мантия. Морската вода е богат резервоар: един кубичен метър морска вода съдържа около 1.3 кг магнезий, разтворен като йони.

Промишленото значение на магнезия се вижда най-ясно в автомобилостроенето и авиацията. Магнезиевите сплави — най-вече с алуминий, цинк и манган — са с до 35% по-леки от алуминиевите, затова производителите ги влагат в капаци на двигатели, седалки, рамки на лаптопи и колела на спортни коли. Ако сте виждали сивкава, много лека конструкция в скъпа техника, има голям шанс да е магнезиева сплав.

В пиротехниката магнезиевият прах е ключов компонент на сигнални ракети, светлинни гранати и — в миналото — фотографски блицове. Военната медицина го използва в запалителни боеприпаси именно защото гори дори когато е покрит с вода. На съвсем друг полюс — в спорта, магнезиевият карбонат е белия прах, с който гимнастиците и катерачите натриват дланите си, за да намалят потта и да подобрят захвата.

Биологична роля

Магнезият е незаменим за живота — не метафорично, а буквално. В центъра на всяка молекула хлорофил стои един магнезиев йон Mg²⁺, координиран от четири азотни атома на порфириновия пръстен. Без него молекулата не може да улавя фотони и фотосинтезата спира. С друг метал, да речем желязо или цинк, структурата се деформира и не работи. Именно затова листата пожълтяват при магнезиев дефицит в почвата — хлорофилът се разгражда.

В човешкото тяло магнезиевият йон участва в над 300 ензимни реакции. Без него АТФ — универсалната „енергийна валута" на клетката — не функционира правилно, защото активната форма на АТФ е комплекс Mg²⁺–АТФ. Магнезият регулира мускулната и нервната функция, стабилизира ДНК и РНК, участва в синтеза на протеини и контролира нивата на кръвната захар. Средностатистически човек носи около 25 г магнезий в тялото си: 60% в костите, 39% в клетките, 1% в кръвта.

Дефицитът на магнезий предизвиква мускулни крампи, сърдечни аритмии и хронична умора. Богати хранителни източници са ядките, тъмнозелените листни зеленчуци, пълнозърнестите продукти и тъмният шоколад. Препоръчителният дневен прием за възрастен е около 300–400 mg.

Любопитни факти

Първият фотографски блиц е пламък. Преди да се измисли електрическата светкавица, фотографите от края на 19 век пускали магнезиев прах върху нагрят метален поднос и буквално взривявали малко количество от него. Светкавицата траела долна секунда, но светела толкова ярко, колкото малко слънце. Изгарянето на ръцете и бровите в процеса се считало за цена, която си заслужава.

Магнезий гори под вода. Ако запалена магнезиева лента се потопи във вода, тя продължава да гори. Реагира с водата, отделя водороден газ — и него запалва. Резултатът е верижна реакция, която обезсмисля всеки опит да се гаси с вода. Именно затова пожарникарите гасят магнезиеви пожари с сух пясък или специална пяна.

Олимп е почти изцяло от оливин. Горната мантия на Земята — пластът под земната кора — е съставена предимно от оливин, минерал, богат на магнезий. Когато вулканите изригват от тези дълбочини, понякога изнасят кристали оливин на повърхността. На Хавай плажовете с жълтеникав пясък дължат цвета си именно на оливинови зърна.

Епсомовата сол не е готварска сол. Магнезиевият сулфат MgSO₄ кристализира с вода и образва т.нар. епсомова сол

Разгледайте всички Химия в Uchitel.bg →