基本介紹
- 中文名：鎂
- 外文名：Magnesium
- CAS登錄號：7439-95-4
- EINECS登錄號：231-104-6
- 熔點：651 ℃
- 沸點：1107 ℃
- 密度：1.74 g/cm
- 外觀：銀白色金屬
- 閃點：500 ℃
- 安全性描述：S43；S7/8
- 危險性符號：R11；R15
- 危險性描述：F
- 元素符號：Mg
- 相對原子質量：24.3050
- 化學品類別：活潑金屬單質
- 管制類型：易制爆
- 儲存：密封陰涼乾燥保存
- 周期：第三周期
- 族：II A族
- 區：s區
- 電子排布：[Ne]3s
- 元素類別：鹼土金屬
- 原子半徑：160pm
發現簡史,礦藏分布,物理性質,化學性質,同位素,套用領域,日常用途,生理用途,工業套用,急救措施,消防措施,泄露應急處理,防護措施,操作處置與儲運,
發現簡史
第一個確認鎂是一種元素的是Joseph Black，在愛丁堡（英國）於1755年。他辨別了石灰（氧化鈣，CaO）中的苦土（氧化鎂，MgO），兩者各自都是由加熱類似於碳酸鹽岩，菱鎂礦和石灰石來製取。另一種鎂礦石叫做海泡石（矽酸鎂），於1799年由Thomas Henry報告，他說這種礦石在土耳其更多的用於製作菸斗。
不純淨的鎂金屬在1792年由Anton Rupprecht首次製取，他加熱苦土和木炭的混合物。純淨但非常小量的金屬鎂在1808年由Humphry Davy電解氧化鎂製取。然而，是法國科學家Antoine-Alexandre-Brutus Bussy使用氯化鎂和鉀反應製取了相當大量的金屬鎂於1831年，之後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地區出產的一種白色鎂鹽，鎂元素即因此得名）能治療多種疾病。直到1808年，英國化學家戴維採用電解苦土（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，系統地觀察了鎂缺乏的反應。1934年首次發表了少數人在不同疾病的基礎上發生鎂缺乏的臨床報導。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%的質量，亦是宇宙中第九多元素），但由於它不易從化合物中還原成單質狀態，所以遲遲未被發現。
長時期里，化學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。在1789年拉瓦錫發表的元素表中就列有它。1808年，戴維在成功製得鈣以後，使用同樣的辦法又成功的製得了金屬鎂。從此鎂被確定為元素，並被命名為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。由於鎂的氧化物性質與鈣一樣介於“鹼性”和“土性”之間，故稱為鹼土金屬。
礦藏分布
物理性質
外觀與性狀：銀白色有金屬光澤的固體。
溶解性：不溶於水、鹼液，溶於酸。
相對密度（水=1） | 1.74 |
燃燒熱（kJ/mol） | 609.7 |
引燃溫度（℃） | 480～510 |
化學性質
具有比較強的還原性，能與沸水反應放出氫氣，燃燒時能產生眩目的白光，鎂與氟化物、氫氟酸和鉻酸不發生作用，也不受苛性鹼侵蝕，但極易溶解於有機和無機酸中，鎂能直接與氮、硫和鹵素等化合，包括烴、醛、醇、酚、胺、脂和大多數油類在內的有機化學藥品與鎂僅僅輕微地或者根本不起作用。但和鹵代烴在無水的條件下反應卻較為劇烈（生成格氏試劑）鎂能和二氧化碳發生燃燒反應，因此鎂燃燒不能用二氧化碳滅火器滅火。鎂由於能和N2和O2反應，所以鎂在空氣中燃燒時，劇烈燃燒發出耀眼白光，放熱，生成白色固體。在食醋中的變化為快速冒出氣泡，浮在醋液面上，逐漸消失。一些煙花和照明彈里都含有鎂粉，就是利用了鎂在空氣中燃燒能發出耀眼的白光的性質。鎂元素在化學反應中的化合價通常為+2價。
鎂條燃燒生成氧化鎂
1.與非金屬單質的反應：
2.與水的反應：
3.與酸的反應：
Mg+2HCl=MgCl2+H2↑
Mg+H2SO4=MgSO4+H2↑
4.與氧化物的反應：
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：
鎂與氯化銨的反應，究其本質，還是鎂與酸的反應。氯化銨溶液中銨根離子水解，溶液顯酸性。當加入鎂粉之後，鎂與溶液中的氫離子反應，放出氫氣，同時放出大量的熱。銨根離子的水解產物——氨水，受熱之後，則發生分解。故此反應可以得到兩種氣體。
總反應方程式：Mg + 2NH4Cl=MgCl2+ 2NH3↑ + H2↑
上式實際可拆分為下列反應方程式：
6.鎂和碳酸氫鹽反應
7.鎂和鹼金屬氫氧化物反應
通常認為，鎂不會和鹼金屬的氫氧化物（如KOH）反應，因為鎂是鹼性金屬，而不是兩性金屬。但是，在高溫下，鎂可以參與氧化還原反應，如和NaOH反應，產生MgO、Na和H2。
同位素
符號 | 質子 | 中子 | 質量(u) | 半衰期 | 原子核自旋 | 相對豐度 | 相對豐度的變化量 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
Mg | 12 | 7 | 19.03547(27) | 1/2-# | |||
Mg | 12 | 8 | 20.018863(29) | 90.8(24) ms | 0+ | ||
Mg | 12 | 9 | 21.011713(18) | 122(2) ms | (5/2，3/2)+ | ||
Mg | 12 | 10 | 21.9995738(14) | 3.8755(12) s | 0+ | ||
Mg | 12 | 11 | 22.9941237(14) | 11.317(11) s | 3/2+ | ||
Mg | 12 | 12 | 23.985041700(14) | 穩定 | 0+ | 0.7899(4) | 0.78958-0.79017 |
Mg | 12 | 13 | 24.98583692(3) | 穩定 | 5/2+ | 0.1000(1) | 0.09996-0.10012 |
Mg | 12 | 14 | 25.982592929(30) | 穩定 | 0+ | 0.1101(3) | 0.10987-0.11030 |
Mg | 12 | 15 | 26.98434059(5) | 9.458(12) min | 1/2+ | ||
Mg | 12 | 16 | 27.9838768(22) | 20.915(9) h | 0+ | ||
Mg | 12 | 17 | 28.988600(15) | 1.30(12) s | 3/2+ | ||
Mg | 12 | 18 | 29.990434(9) | 335(17) ms | 0+ | ||
Mg | 12 | 19 | 30.996546(13) | 230(20) ms | 3/2+ | ||
Mg | 12 | 20 | 31.998975(19) | 86(5) ms | 0+ | ||
Mg | 12 | 21 | 33.005254(21) | 90.5(16) ms | 7/2-# | ||
Mg | 12 | 22 | 34.00946(25) | 20(10) ms | 0+ | ||
Mg | 12 | 23 | 35.01734(43)# | 70(40) ms | (7/2-)# | ||
Mg | 12 | 24 | 36.02300(54)# | 3.9(13) ms | 0+ | ||
Mg | 12 | 25 | 37.03140(97)# | 40# ms [>260 ns] | 7/2-# | ||
Mg | 12 | 26 | 38.03757(54)# | 1# ms [>260 ns] | 0+ | ||
Mg | 12 | 27 | 39.04677(55)# | 7/2-# | |||
Mg | 12 | 28 | 40.05393(97)# | 1# ms | 0+ |
備註：畫上#號的數據代表沒有經過實驗的證明，只是理論推測而已，而用括弧括起來的代表數據不確定性。
套用領域
常用做還原劑，去置換鈦、鋯、鈾、鈹等金屬。主要用於製造輕金屬合金、球墨鑄鐵、科學儀器和格氏試劑等。也能用於制煙火、閃光粉、鎂鹽、吸氣器、照明彈等。結構特性類似於鋁，具有輕金屬的各種用途，可作為飛機、飛彈的合金材料。但是鎂在汽油燃點可燃，這限制了它的套用。
日常用途
醫療用途：治療缺鎂和痙攣。
體育用途：在緊張運動幾小時前注射鎂化合物，或在緊張運動後注射以彌補鎂的流失。體操運動員常塗鹼式碳酸鎂來增加摩擦力。醫療中：如果注射鎂鹽速度太快，會造成發燒和全身不適。
純鎂的強度小，但鎂合金是良好的輕型結構材料，廣泛用於空間技術、航空、汽車和儀表等工業部門。一架超音速飛機約有5%的鎂合金構件，一枚飛彈一般消耗100～200公斤鎂合金。鎂是其他合金（特別是鋁合金）的主要組分，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；鎂粉是節日煙花必需的原料；鎂是核工業上的結構材料或包裝材料；鎂肥能促使植物對磷的吸收利用，缺鎂植物則生長趨於停滯。鎂在人民生活中占有重要地位的一種基礎材料。
植物用途：鎂主要存在於幼嫩器官和組織中，植物成熟時則集中於種子。鎂離子在光合和呼吸過程中，可以活化各種磷酸變位酶和磷酸激酶。同樣，鎂也可以活化DNA和RNA的合成過程。鎂是葉綠素的合成成分之一。缺乏鎂，葉綠素即不能合成，葉脈仍綠而葉脈之間變黃，有時呈紅紫色。若缺鎂嚴重，則形成褐斑壞死。在植物體內以離子或有機物結合的形式存在。鎂是葉綠素的組分，也是許多酶的活化劑，在光合磷酸化中是氫離子的主要對應離子。
生理用途
鎂是人體細胞內的主要陽離子，濃集於線粒體中，僅次於鉀和磷，在細胞外液僅次於鈉和鈣居第三位，是體內多種細胞基本生化反應的必需物質。正常成人身體總鎂含量約25g，其中60%～65%存在於骨、齒，27%分布於軟組織。鎂主要分布於細胞內，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，在神經肌肉的機能正常運作、血糖轉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運，調控信號的傳遞，參與能量代謝、蛋白質和核酸的合成；可以通過絡合負電荷基團，尤其核苷酸中的磷酸基團來發揮維持物質的結構和功能；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控；鎂還參與維持基因組的穩定性，並且還與機體氧化應激和腫瘤發生有關。
鎂的吸收代謝：成人身體總鎂含量約25g，其中60%～65%存在於骨、齒，27%分布於軟組織。膳食中促進鎂吸收的成分主要有胺基酸、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，其量在整體中僅次於鈣、鈉、鉀而居第四位；鎂離子在細胞內的含量則僅次於鉀離子而居第二位。整粒的種子、未經碾磨的穀物、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腔鎂的濃度。
鎂屬於人體營養素——礦物質元素中的一種，屬於礦物質的常量元素類。人體中的鎂60～65%存在於骨骼和牙齒中，27%存在於軟組織中，細胞內鎂離子僅占1%，多以活性形式Mg -ATP形式存在。
2、促進骨的形成。在骨骼中僅次於鈣、磷，是骨細胞結構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。
3、調節神經肌肉的興奮性。能抑制鉀、鈣通道。鎂、鈣、鉀離子協同維持神經肌肉的興奮性。血中鎂過低或鈣過低，興奮性均增高；反之則有鎮靜作用。
4、維護胃腸道和激素的功能。
5、鎂也是重要的神經傳導物質，它可以讓肌肉放鬆下來；與含鈣食品一同補充，能促進鈣的吸收。
建議攝取量
中國營養學會建議，成年男性每天約需鎂350毫克，成年女性約為300毫克，孕婦以及餵奶期女性約為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為情緒不安、易激動、手足抽搐、反射亢進等，正常情況下，由於腎的調節作用，口服過量的鎂一般不會發生鎂中毒。當腎功能不全時，大量口服鎂可引起鎂中毒，表現為腹痛、腹瀉、嘔吐、煩渴、疲乏無力，嚴重者出現呼吸困難、紫紺、瞳孔散大等。
鎂廣泛分布於植物中，肌肉和臟器中較多，乳製品中較少。動物性食品中鎂的利用率較高，達30%～40%，植物性食品中鎂的利用率較低。
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迴腸部位吸收，吸收率一般約為30%。可通過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，其餘從尿中排出，每天約排出50～120mg，約占攝入量的1/3～1/2。
缺乏表現
鎂缺乏可致血清鈣下降，神經肌肉興奮性亢進；對血管功能可能有潛在的影響，有人報告低鎂血症患者可有房室性早搏、房顫以及室速與室顫，半數有血壓升高；鎂對骨礦物質的內穩態有重要作用，鎂缺乏可能是絕經後骨質疏鬆症的一種危險因素；少數研究表明鎂耗竭可以導致胰島素抵抗。
鈣代謝異常。
造成神經系統問題，如記憶力衰退、神經錯亂、抑鬱症、幻覺、肌肉震顫等。
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
輕度缺鎂時，可由飲食或口服補充鎂劑，可給予氧化鎂或用氫氧化鎂，為避免腹瀉可與氫氧化鋁膠聯用。口服不能耐受或不能吸收時，可採用肌肉注射鎂劑，一般採用20%～50%硫酸鎂。靜脈給鎂時需注意急性鎂中毒的發生，以免引起心搏驟停。故避免給鎂過多、過快，如遇鎂中毒，應給注射葡萄糖酸鈣或氯化鈣對抗之。
工業套用
鎂是最輕的結構金屬材料之一，又具有比強度和比剛度高、阻尼性和切削性好、易於回收等優點。國內外將鎂合金套用於汽車行業，以減重、節能、降低污染，改善環境。已開發國家汽車百公里耗油最終將實現3L目標，歐洲汽車用鎂占鎂總消耗量的14%，預計今後將以15～20%的速度遞增，2005年將達到20萬噸。
與塑膠相比，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，又有良好的導熱性、電磁禁止能力強、非常好的壓鑄工藝性能，尤其易於回收等優點，是替代鋼鐵、鋁合金和工程塑膠的新一代高性能結構材料。為適應電子、通訊器件高度集成化和輕薄小型化的發展趨勢，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、紡織、核動力裝置等產品外殼的理想材料。已開發國家非常重視鎂合金開發與套用，尤其在汽車零部件、筆記本電腦等便攜電子產品的套用，每年以20%的速度增長，非常引人注目，發展趨勢驚人。
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290萬噸，用鎂作合金元素，每年約需1.01萬噸。
隨著汽車工業、石油、天然氣管線、海洋鑽井平台，橋樑建築等領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、首鋼等鋼廠已經用鎂粉深脫硫，獲得優質鋼，取得良好效果。鎂粉用於鋼鐵脫硫具有潛在市場。此外，鎂粉還用於製造化工產品、藥品、煙火、信號、照明彈等材料、金屬還原劑、油漆塗料、焊絲以及供球墨鑄鐵用球化劑等。
鎂犧牲陽極作為有效的防止金屬腐蝕的方法之一，可廣泛用在地下鐵制管道、石油管道、儲罐、海上設施、裝備、民用等。
鎂合金型材、管材用作腳踏車架、輪椅、康復和醫療器械等。
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。
現代戰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、裝甲戰車、運輸車、航空制導武器上將大量採用輕金屬材料。輕量化是提高武器裝備作戰性能的重要方向。鎂所具有的輕質特性決定了鎂合金是生產太空飛行器、軍用飛機、飛彈、高機動性能戰車、船舶的必不可少的結構材料，因此，大力開發鎂合金套用範圍是國防現代化的需要。
工業發展：20世紀50年代以前，鎂的發展依附於軍事工業，20世紀60年代以後，由於金屬鎂在民用市場和空間技術的套用得到發展，於是推動了鎂的平衡增長。近幾年來隨著鎂合金在交通、電子及通信等領域套用的增長，世界鎂的消費在逐年上升並增長迅速。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、義大利、前南斯拉夫、巴西、印度、朝鮮生產金屬鎂。2004年，世界金屬鎂開採量為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，市場經濟拉動了中國鎂工業的發展。在90年代的10年間，中國原鎂產量增長了37倍，特別是1995～2000年，年平均增長率為15.84%，大大高於西方世界的增長率。中國已成為世界上最大的原鎂生產國和出口國。
2006年1～12月，全國共產金屬鎂613084.94噸，同比增長32.23%；2007年1～12月，全國共產金屬鎂（鎂）670130.87噸，同比增長24.12%；2008年1～10月，全國共產金屬鎂（鎂）539498.36噸，同比增長6.59%。
急救措施
皮膚接觸：脫去污染的衣著，用肥皂水和清水徹底沖洗皮膚。如有不適感，就醫。
眼睛接觸：提起眼瞼，用流動清水或生理鹽水沖洗。如有不適感，就醫。
吸入：迅速脫離現場至空氣新鮮處。保持呼吸道通暢。如呼吸困難，給輸氧。呼吸、心跳停止，立即進行心肺復甦術。就醫。
食入：飲足量溫水，催吐。就醫。
消防措施
危險特性：易燃，燃燒時產生強烈的白光並放出高熱。遇水或潮氣猛烈反應放出氫氣，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，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，遇火星會發生爆炸。
有害燃燒產物：氧化鎂。
滅火方法：消防人員必須佩戴空氣呼吸器、穿全身防火防毒服，在上風向滅火。儘可能將容器從火場移至空曠處。噴水保持火場容器冷卻，直至滅火結束。嚴禁用水、泡沫、二氧化碳撲救。施救時對眼睛和皮膚須加保護，以免飛來熾粒燒傷身體、鎂光灼傷視力。
泄露應急處理
隔離泄漏污染區，限制出入。消除所有點火源。建議應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。儘可能切斷泄漏源。嚴禁用水處理。
小量泄漏：用乾燥的砂土或其他不燃材料覆蓋泄漏物，然後用塑膠布覆蓋，減少飛散、避免雨淋。
粉末泄漏：用塑膠布或帆布覆蓋泄漏物，減少飛散，保持乾燥。在專家指導下清除。
防護措施
工程控制：密閉操作。提供安全淋浴和洗眼設備。
呼吸系統防護：作業時，應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：戴一般作業防護手套。
其他防護：工作現場嚴禁吸菸。保持良好的衛生習慣。
操作處置與儲運
操作注意事項：加強局部排風。操作人員必須經過專門培訓，嚴格遵守操作規程。建議操作人員佩戴自吸過濾式防塵口罩，戴化學安全防護眼鏡，穿防靜電工作服。遠離火種、熱源，工作場所嚴禁吸菸。使用防爆型的通風系統和設備。避免產生粉塵。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。配備相應品種和數量的消防器材及泄漏應急處理設備。倒空的容器可能殘留有害物。
儲存注意事項：儲存於陰涼、乾燥、通風良好的專用庫房內，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。應與氧化劑、酸類、鹵素、氯代烴等分開存放，切忌混儲。採用防爆型照明、通風設施。禁止使用易產生火花的機械設備和工具。儲區應備有合適的材料收容泄漏物。
包裝方法：塑膠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，每桶淨重不超過100公斤）；塑膠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，每桶淨重不超過50公斤）；金屬桶（罐）或塑膠桶外花格箱；螺紋口玻璃瓶、鐵蓋壓口玻璃瓶、塑膠瓶或金屬桶（罐）外普通木箱。
運輸注意事項：運輸時運輸車輛應配備相應品種和數量的消防器材及泄漏應急處理設備。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、食用化學品、等混裝混運。運輸途中應防曝曬、雨淋，防高溫。中途停留時應遠離火種、熱源。運輸用車、船必須乾燥，並有良好的防雨設施。車輛運輸完畢應進行徹底清掃。鐵路運輸時要禁止溜放。
