出典(authority):フリー百科事典『ウィキペディア(Wikipedia)』「2015/09/02 20:33:42」(JST)
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外見 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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銀白色
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一般特性 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
名称, 記号, 番号 | マグネシウム, Mg, 12 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
分類 | 卑金属 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
族, 周期, ブロック | 2, 3, s | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
原子量 | 24.3050(6) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
電子配置 | [Ne] 3s2 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
電子殻 | 2, 8, 2(画像) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
物理特性 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
相 | 固体 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
密度(室温付近) | 1.738 g/cm3 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
融点での液体密度 | 1.584 g/cm3 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
融点 | 923 K, 650 °C, 1202 °F | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
沸点 | 1363 K, 1091 °C, 1994 °F | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
融解熱 | 8.48 kJ/mol | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
蒸発熱 | 128 kJ/mol | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
熱容量 | (25 °C) 24.869 J/(mol·K) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
蒸気圧 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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原子特性 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
酸化数 | 2, 1[1] (強塩基性酸化物) |
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電気陰性度 | 1.31(ポーリングの値) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
イオン化エネルギー (詳細) |
第1: 737.7 kJ/mol | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
第2: 1450.7 kJ/mol | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
第3: 7732.7 kJ/mol | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
原子半径 | 160 pm | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
共有結合半径 | 141 ± 7 pm | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
ファンデルワールス半径 | 173 pm | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
その他 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
結晶構造 | 六方晶系 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
磁性 | 常磁性 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
電気抵抗率 | (20 °C) 43.9 nΩ·m | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
熱伝導率 | (300 K) 156 W/(m·K) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
熱膨張率 | (25 °C) 24.8 µm/(m·K) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
音の伝わる速さ (微細ロッド) |
(r.t.) (annealed) 4940 m/s |
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ヤング率 | 45 GPa | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
剛性率 | 17 GPa | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
体積弾性率 | 45 GPa | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
ポアソン比 | 0.290 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
モース硬度 | 2.5 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
ブリネル硬度 | 260 MPa | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
CAS登録番号 | 7439-95-4 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
最安定同位体 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
詳細はマグネシウムの同位体を参照 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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マグネシウム(ラテン語: magnesium[2])は原子番号 12、原子量 24.305 の金属元素である。元素記号は Mg。マグネシュームと転訛することがある。
周期表第2族元素の一種で、ヒトを含む動物や植物の代表的なミネラル(必須元素)であり、とりわけ植物の光合成に必要なクロロフィルで配位結合の中心として不可欠である。また、有機化学的にはグリニャール試薬の構成元素として重要である。
酸化マグネシウムおよびオキソ酸塩の成分としての酸化マグネシウムを、苦い味に由来して苦土(くど、bitter salts)とも呼称する。
酸化数はほぼ常に2価。比重 1.74の柔らかい金属で、融点 650 ℃、沸点 1090-1110 ℃(異なる実験値あり)。結晶構造は六方最密充填構造 (HCP)。
酸素と結合しやすく強い還元作用を持つ。空気中で放置すると、表面が酸化され灰色を帯びる。また、二酸化炭素、水、亜硫酸とも反応するが、いずれも不動態皮膜となるためアルカリ金属やカルシウムと異なり腐食は進行せず、鉱油中で保存する必要はない。
空気中で加熱すると炎と強い光を発して燃焼する(燃焼熱は601.7 kJ/mol)。 さらに窒素や二酸化炭素中でも燃焼し、それぞれ窒化マグネシウム (Mg3N2)、酸化マグネシウム(生成熱は460.7 kJ/mol)となる。
熱水や塩水、薄い酸には容易に溶解し水素を発生する。
マグネシウムとベリリウムは第2族元素だが、アルカリ土類金属ではない。これは第1族元素である水素がアルカリ金属ではないのと同様、化学的性質が異なるためである。ただし全く異なるわけではなく、第2族元素の代名詞として「アルカリ土類金属」の名が使われているため、広義にはアルカリ土類金属に含まれている。
アルカリ土類金属とはカルシウム・ストロンチウム・バリウム(およびラジウム)に共通の化学的性質に由来するグループで、周期表に基づく族分類に先立って成立した。マグネシウムはアルカリ土類金属とは違う性質を持つ。
マグネシウムはベリリウムと共通した化学的性質を持つが、違いもある。
マグネシウムの結晶構造は室温では2つの面でしか滑りを起こさないため、純マグネシウムや合金を加熱せずに圧延などの加工をすると割れが発生しやすい。加工には加熱が必須となるが燃焼しないよう注意を払う必要がある。
マグネシウムは安定な酸化物を作るため、ラボアジエはマグネシア(酸化マグネシウム)を元素としてあげている。1755年、スコットランドのジョゼフ・ブラックは炭酸マグネシウムを熱分解し、酸化マグネシウムと二酸化炭素に分離しているが、これをマグネシウムの発見とする事もある。
単離され金属元素であることが証明されたのは、1808年、ハンフリー・デービーによるマグネシアと酸化水銀の溶融電気分解による。マグネシア magnesia またはその語源である産地のギリシャ・マグニシア県にちなんで命名された。
商業生産は1886年、アルミニウムと同時期に開始されたものの、精錬(カルシウムと)が困難で普及が遅れた。第一次大戦を契機に軍事利用が伸び、1936年には軍事目的を陰に五輪の聖火リレーに利用され、1939年には32,850トン、1943年のアメリカで184,000トンが生産されている。日本では第二次大戦前から1994年まで宇部興産により生産されていた。マグネサイト等の鉱石資源は、中国、北朝鮮、ロシアの3国で6割以上を占めている[3]。
非常に軽い軽合金材料として重要であり、金属マグネシウムとして様々な合金の第一金属(合金の基本となる金属)や、添加剤に利用される。 また、反応性の高さから脱酸素剤や脱硫剤、さらに有機合成用試薬として欠かせない。 必須元素であり、食品や医薬品のほか、飼料、肥料として広く用いられる。
マグネシウムはハロゲン化アルキルと反応し、R-MgX(R は有機置換基、X はハロゲン)の一般式で表される有機金属化合物を作る。これはグリニャール試薬と呼ばれ、カルボニル化合物などと反応して炭素-炭素結合を生成する。このため有機合成分野において重要な試薬として用いられる。
そのほかにもたくさんの錯体・塩基性塩などの化合物を合成する。これらは主に化学実験において、合成試料や試薬として使われる。
精製・加工していない食品に広く含まれ、ゴマやアーモンドなどの種実類、ひじきなどの海藻類に多く、加工食品に少ない。
燃焼にて二酸化炭素を発生しない事から、化石燃料に替わる次世代エネルギーとしての利用研究が進められている。
水素に比べて常温・常圧下で固体なので輸送・貯蔵がしやすいというメリットがある。水と反応させて燃えるときの熱を利用する他、同反応により発生する水素を燃料として利用する方法が挙げられる。燃焼後の酸化物のリサイクルのための還元処理が最大の課題であり、レーザーによる高温を利用する方法などが提案されている[5]。
但し、マグネシウムを燃料として使用する場合、燃焼させて熱エネルギーに変換した場合熱機関を利用する以上カルノー効率を超えることは出来ない。また、水と反応させて水素を取り出しその水素を燃焼させる場合や生成した水素を燃料電池で電気エネルギーに変換するという用途も同様に効率が低い。
マグネシウムの持つ化学エネルギーを効率良く電気エネルギーに変換する方法としては電池の陰極としてマグネシウムを使用する方法が効率が良い。但し、水溶液を電解質として使用する場合は反応性が高い為、マグネシウムが水と反応するので不適である。有機系の電解質の使用が望ましい。電解質に溶融塩を使用する選択肢もある。
有機酸との塩である。
マグネシウムは3つの安定同位体 24Mg、25Mg、26Mg を持つ。
マグネシウムは植物の光合成色素であるクロロフィルに含まれて、光を受け止める役割を担っている。このためマグネシウムが欠乏すると、植物は生育が減退し、収穫量の減量につながる。これは砂地で生育する植物に特に現れる。カリウムが豊富に含まれる土壌でも、植物へのマグネシウムの供給が行われにくくなることもわかっている。このため肥料として、マグネシウム化合物を含んだものが使用されることがある。
70 kgのヒトにおいては約35 gのマグネシウムが存在し[6][要高次出典]、その60-70%がリン酸塩として骨組織に、残りの30%は血漿、赤血球、筋肉中の各組織に存在する。血清中のマグネシウムは、約75-85%がイオンや塩類の形態の透析型で、残りの15-25%はアルブミンなどと結合した蛋白結合型(非透析型)で存在する。
人体にとってもリボソームの構造維持やタンパク質の合成、その他エネルギー代謝に関する生体機能に必須な元素であるためマグネシウムの欠乏は虚血性心疾患などの原因のひとつと考えられている。生体内でマグネシウムは主に骨の表面近くにマグネシウムイオンとして保存され、代謝が不足した場合にはカルシウムイオンと置き換わり、マグネシウムが体内に補充される。マグネシウムの生体内での栄養素や薬理的な働きについては広範にわたって研究が行われているが、いまだその重要な面に関しては不明な点が多い。最近では、ミネラル成分のひとつとしてサプリメントや清涼飲料水などに添加されることが多くなってきている。
マグネシウムは動植物に対して毒性の強い元素でないため、植物肥料として過剰使用を特に警戒する必要はないが、動物が直接食物から摂取する場合には、他の無機物(リンやカルシウム)とのバランスを適切にしなければ、尿路結石などの原因になりうることがわかっている。これを受けて、猫用の飼料は、組成中のマグネシウムを減らすように改良されるようになった。
マグネシウム欠乏症の治療と予防に用いられるほか、乳酸が溜まった状況下で、足のつり(こむら返り)等の緩和に有効性が示唆されている。
マグネシウムは生体に必要不可欠な成分である反面、マグネシウムが豆乳を豆腐に固化することに見られるように高濃度のマグネシウムイオンはタンパク質を固化する性質を有する。 マグネシウムの吸収機構は解明されていないが[7][要高次出典]、腸管からのマグネシウムの吸収率は、マグネシウム摂取量が多ければ吸収率が低下し、摂取量が少なければ吸収率は高くなる[8]。腸管から吸収されなければ、マグネシウムイオン濃度の高まりにより腸管内での浸透圧が高まることになる。このためマグネシウムの過剰摂取で下痢を起こす。この作用を利用し、クエン酸マグネシウムなどは大腸検査のときの下剤として使われる。また、便秘の不快症状を緩和する目的の下剤として酸化マグネシウム(通称カマ)が投与される場合がある。弱い塩基である酸化マグネシウムや水酸化マグネシウムは、胃酸中和のために胃腸薬に配合される。食品では、豆腐や天然塩などに含まれるにがりからマグネシウムが微量に摂取される。
過剰摂取により高マグネシウム血症を引き起こす。重篤な腎不全患者における大量摂取は非常に危険。心ブロック患者には静脈注射が禁忌[9]。なお、近年のダイエットブームにより、にがりの過剰摂取で死亡した事例もあるので、安易な過剰摂取は厳に慎むべきである。マグネシウムの急性毒性は、塩化マグネシウムとして、マウス経口 LD50は4700 mg/kg、ラット経口 LD50は2800 mg/kgである[10][要高次出典]。このラットのデータを70 kgのヒトに当てはめれば約200 gの塩化マグネシウムを一時に摂取すれば50%の確率で死に至ることに相当する。
なお、1999年の「第6次改定日本人の栄養所要量について」によると、マグネシウムの所要量は約200~320 mg/日、マグネシウムの許容上限摂取量は約700 mg/日、である[11]。
また、マグネシウム摂取量が多いグループの男性の大腸癌リスクが低い[12]、との報告がある。
平成22年国民健康・栄養調査によれば、日本人成人(30~49歳男性)の推定摂取量は240~244mg/日とされ、WHO推奨量である420mg/日より不足している[13]。慢性的な摂取不足は、脂肪細胞から分泌される分泌蛋白アディポネクチンの低下を招き、高感度CRPやIL-6の上昇に関連しており、2型糖尿病発症リスクを上昇させている[14]。
マグネシウム欠乏下では興奮性グルタミン酸神経のNMDA受容体の抑えが効かなくなり[15]、その神経毒性によりうつ病が引き起こされているのではないかという仮説がある。NMRを用いた計測では治療抵抗性うつ病で自殺企図あるいは自殺未遂経験のある患者では脳脊髄液中のマグネシウム量が低いこと。抗うつ薬は脳内マグネシウム量を増やす作用があること。2008年の糖尿性うつ病患者へのマグネシウム投与で成果をあげている[16]ことなどから、治療抵抗性うつ病患者に限らずマグネシウムの処方は有益であるとする報告がある[17]。また、magnesium glycinate または magnesium taurinate の投与によりおよそ1週間程度の短期での症状改善の報告がある[18]。
閉経後の女性に関するコホート研究において、さまざまな変数を調整後のマグネシウムの摂取量と炎症に関係するバイオマーカーの数値とが反比例するとの報告がある[19]。すなわち、マグネシウムの摂取量が多いほど体内の炎症反応が少ないことを示している。
ウィキメディア・コモンズには、マグネシウムに関連するメディアがあります。 |
表・話・編・歴
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1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | 12 | 13 | 14 | 15 | 16 | 17 | 18 |
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1 | H | He | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
2 | Li | Be | B | C | N | O | F | Ne | |||||||||||||||||||||||||||||||||||
3 | Na | Mg | Al | Si | P | S | Cl | Ar | |||||||||||||||||||||||||||||||||||
4 | K | Ca | Sc | Ti | V | Cr | Mn | Fe | Co | Ni | Cu | Zn | Ga | Ge | As | Se | Br | Kr | |||||||||||||||||||||||||
5 | Rb | Sr | Y | Zr | Nb | Mo | Tc | Ru | Rh | Pd | Ag | Cd | In | Sn | Sb | Te | I | Xe | |||||||||||||||||||||||||
6 | Cs | Ba | La | Ce | Pr | Nd | Pm | Sm | Eu | Gd | Tb | Dy | Ho | Er | Tm | Yb | Lu | Hf | Ta | W | Re | Os | Ir | Pt | Au | Hg | Tl | Pb | Bi | Po | At | Rn | |||||||||||
7 | Fr | Ra | Ac | Th | Pa | U | Np | Pu | Am | Cm | Bk | Cf | Es | Fm | Md | No | Lr | Rf | Db | Sg | Bh | Hs | Mt | Ds | Rg | Cn | Uut | Fl | Uup | Lv | Uus | Uuo | |||||||||||
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Spectral lines of magnesium
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General properties | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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Name, symbol | magnesium, Mg | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Appearance | shiny grey solid | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Pronunciation | /mæɡˈniːziəm/ mag-NEE-zee-əm |
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Magnesium in the periodic table | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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Atomic number | 12 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Standard atomic weight (Ar) | 24.305[1] (24.304–24.307)[2] | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Element category | alkaline earth metal | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Group, block | group 2 (alkaline earth metals), s-block | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Period | period 3 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Electron configuration | [Ne] 3s2 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
per shell
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2, 8, 2 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Physical properties | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Phase | solid | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Melting point | 923 K (650 °C, 1202 °F) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Boiling point | 1363 K (1091 °C, 1994 °F) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Density near r.t. | 1.738 g/cm3 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
when liquid, at m.p. | 1.584 g/cm3 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Heat of fusion | 8.48 kJ/mol | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Heat of vaporization | 128 kJ/mol | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Molar heat capacity | 24.869 J/(mol·K) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
vapor pressure
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Atomic properties | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Oxidation states | +2, +1[3] (a strongly basic oxide) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Electronegativity | Pauling scale: 1.31 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Ionization energies | 1st: 737.7 kJ/mol 2nd: 1450.7 kJ/mol |
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Atomic radius | empirical: 160 pm | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Covalent radius | 141±7 pm | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Van der Waals radius | 173 pm | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Miscellanea | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Crystal structure | hexagonal close-packed (hcp) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Speed of sound thin rod | 4940 m/s (at r.t.) (annealed) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Thermal expansion | 24.8 µm/(m·K) (at 25 °C) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Thermal conductivity | 156 W/(m·K) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Electrical resistivity | 43.9 nΩ·m (at 20 °C) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Magnetic ordering | paramagnetic | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Young's modulus | 45 GPa | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Shear modulus | 17 GPa | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Bulk modulus | 45 GPa | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Poisson ratio | 0.290 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Mohs hardness | 1–2.5 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Brinell hardness | 44–260 MPa | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
CAS Registry Number | 7439-95-4 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
History | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Naming | after Magnesia, Greece | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Discovery | Joseph Black (1755) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
First isolation | Humphry Davy (1808) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Most stable isotopes | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Main article: Isotopes of magnesium | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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Magnesium is a chemical element with symbol Mg and atomic number 12. It is a shiny gray solid which bears a close physical resemblance to the other five elements in the second column (Group 2, or alkaline earth metals) of the periodic table: they each have the same electron configuration in their outer electron shell producing a similar crystal structure.
Magnesium is the ninth most abundant element in the universe.[4][5] It is synthesized in large, aging stars from the sequential addition of three helium nuclei to a carbon nucleus. When such a star explodes as a supernova, much of its magnesium is expelled into the interstellar medium, where it can be recycled into new star systems. Consequently, magnesium is the eighth most abundant element in the Earth's crust[6] and the fourth most common element in the Earth (below iron, oxygen and silicon), making up 13% of the planet's mass and a large fraction of the planet's mantle. It is the third most abundant element dissolved in seawater, after sodium and chlorine.[7]
Magnesium only occurs naturally in combination with other elements, where it invariably has a +2 oxidation state. The free element (metal) can be produced artificially, and is highly reactive (though once produced, it is coated in a thin layer of oxide, which partly inhibits this reactivity — see passivation). The free metal burns with a characteristic brilliant-white light, making it a useful ingredient in flares. The metal is now obtained mainly by electrolysis of magnesium salts obtained from brine. In commerce, the chief use for the metal is as an alloying agent to make aluminium-magnesium alloys, sometimes called magnalium or magnelium. Since magnesium is less dense than aluminium, this alloy is prized for its properties of lightness combined with strength.
Magnesium is the eleventh most abundant element by mass in the human body. Its ions are essential to all cells. They interact with polyphosphate compounds such as ATP, DNA, and RNA. Hundreds of enzymes require magnesium ions to function. Magnesium compounds are used medicinally as common laxatives, antacids (e.g., milk of magnesia), and to stabilize abnormal nerve excitation or blood vessel spasm such as in eclampsia. Magnesium ions are sour to the taste, and in low concentrations they help impart a natural tartness to fresh mineral waters. Magnesium is the metallic ion at the center of chlorophyll, and is a common additive to fertilizers.[8]
Elemental magnesium is a gray-white lightweight metal, two-thirds the density of aluminium. It tarnishes slightly when exposed to air, although, unlike the other alkali metals, an oxygen-free environment is unnecessary for storage because magnesium is protected by a thin layer of oxide that is fairly impermeable and difficult to remove. Magnesium has both the lowest melting and the lowest boiling points of any of the alkali earth metals, at 923 K (1,202 °F) and 1,363 K (1,994 °F), respectively.[9]
Magnesium reacts with water at room temperature, though it reacts much more slowly than the similar earth alkali metal calcium. When submerged in water, hydrogen bubbles almost unnoticeably begin to form on the surface of the metal—though, if powdered, it reacts much more rapidly. The reaction occurs faster with higher temperatures (see precautions). Magnesium's ability to react with water can be harnessed to produce energy and run a magnesium-based engine.
Magnesium also reacts exothermically with most acids, such as hydrochloric acid (HCl). This reaction with HCl produces the chloride of the metal and releases hydrogen gas (just as when HCl reacts with aluminium, zinc, and many other metals).
Magnesium is a highly flammable metal, especially when powdered or shaved into thin strips; (it is, however, difficult to ignite in mass or bulk). Flame temperatures of magnesium and magnesium alloys can reach 3,100 °C (3,370 K; 5,610 °F),[10] although flame height above the burning metal is usually less than 300 mm (12 in).[11] Once ignited, it is difficult to extinguish, being able to burn in nitrogen (forming magnesium nitride), carbon dioxide (forming magnesium oxide, and carbon) and water (forming magnesium oxide and hydrogen). This property was used in incendiary weapons used in the firebombing of cities in World War II, the only practical civil defense being to smother a burning flare under dry sand to exclude the atmosphere. Magnesium may also be used as an ignition source for thermite, a mixture of aluminium and iron oxide powder that is otherwise difficult to ignite.
On burning in air, magnesium produces a brilliant-white light that includes strong ultraviolet. Thus, magnesium powder (flash powder) was used as a source of illumination in the early days of photography. Later, magnesium ribbon was used in electrically ignited flashbulbs. Magnesium powder is used in the manufacture of fireworks and marine flares where a brilliant white light is required.
Magnesium is the eighth-most-abundant element in the Earth's crust by mass and tied in seventh place with iron in terms of molarity.[6] It is found in large deposits of magnesite, dolomite, and other minerals, and in mineral waters, where magnesium ion is soluble.
Although magnesium is found in over 60 minerals, only dolomite, magnesite, brucite, carnallite, talc, and olivine are of commercial importance.
The Mg2+
cation is the second-most-abundant cation in seawater (occurring at about 12% of the mass of sodium there), which makes seawater and sea-salt an attractive commercial source of Mg. To extract the magnesium, calcium hydroxide is added to seawater to form magnesium hydroxide precipitate.
Magnesium hydroxide (brucite) is insoluble in water, so it can be filtered out and reacted with hydrochloric acid to obtain concentrated magnesium chloride.
From magnesium chloride, electrolysis produces magnesium.
As of 2013, magnesium alloy consumption was less than one million tons per year, compared with 50 million tons of aluminum alloys. Its use has been historically limited by its tendency to corrode, high-temperature creep, and flammability.[12]
The presence of iron, nickel, copper, and cobalt strongly activates corrosion. This is due to their low solid solubility limits (above a very small percentage, they precipitate out as intermetallic compounds) and because they behave as active cathodic sites that reduce water and cause the loss of magnesium.[12] Reducing the quantity of these metals improves corrosion resistance. Sufficient manganese overcomes the corrosive effects of iron. This requires precise control over composition, increasing costs.[12] Adding a cathodic poison captures atomic hydrogen within the structure of a metal. This prevents the formation of free hydrogen gas, which is required for corrosive chemical processes. The addition of about one-third of a percent of arsenic reduces its corrosion rate in a salt solution by a factor of nearly ten.[12][13]
Research and development eliminated magnesium's tendency toward high-temperature creep by inclusion of scandium and gadolinium. Flammability was greatly reduced by introducing a small amount of calcium into the mix.[12]
Magnesium forms a variety of industrially and biologically important compounds, including magnesium carbonate, magnesium chloride, magnesium citrate, magnesium hydroxide (milk of magnesia), magnesium oxide, magnesium sulfate, and magnesium sulfate heptahydrate (Epsom salts).
Magnesium has three stable isotopes: 24
Mg, 25
Mg and 26
Mg. All are present in significant amounts (see table of isotopes above). About 79% of Mg is 24
Mg. The isotope 28
Mg is radioactive and in the 1950s to 1970s was made commercially by several nuclear power plants for use in scientific experiments. This isotope has a relatively short half-life (21 hours) and so its use was limited by shipping times.
26
Mg has found application in isotopic geology, similar to that of aluminium. 26
Mg is a radiogenic daughter product of 26
Al, which has a half-life of 717,000 years. Large enrichments of stable 26
Mg have been observed in the Ca-Al-rich inclusions of some carbonaceous chondrite meteorites. The anomalous abundance of 26
Mg is attributed to the decay of its parent 26
Al in the inclusions. Therefore, the meteorite must have formed in the solar nebula before the 26
Al had decayed. Hence, these fragments are among the oldest objects in the solar system and have preserved information about its early history.
It is conventional to plot 26
Mg/24
Mg against an Al/Mg ratio. In an isochron dating plot, the Al/Mg ratio plotted is27
Al/24
Mg. The slope of the isochron has no age significance, but indicates the initial 26
Al/27
Al ratio in the sample at the time when the systems were separated from a common reservoir.
Country | 2011 production (tonnes)[14] |
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China | 661,000 |
U.S.[note 1] | 63,500 |
Russia | 37,000 |
Israel | 30,000 |
Kazakhstan | 21,000 |
Brazil | 16,000 |
Ukraine | 2,000 |
Serbia | 1,500 |
Total | 832,000 |
China is the dominant supplier of magnesium, with approximately 80% of the world market share. China is almost completely reliant on the silicothermic Pidgeon process (the reduction of the oxide at high temperatures with silicon, often provided by a ferrosilicon alloy in which the iron is but a spectator in the reactions) to obtain the metal.[15] The process can also be carried out with carbon at approx 2300 °C:
In the United States, magnesium is obtained principally with the Dow process, by electrolysis of fused magnesium chloride from brine and sea water. A saline solution containing Mg2+
ions is first treated with lime (calcium oxide) and the precipitated magnesium hydroxide is collected:
The hydroxide is then converted to a partial hydrate of magnesium chloride by treating the hydroxide with hydrochloric acid and heating of the product:
The salt is then electrolyzed in the molten state. At the cathode, the Mg2+
ion is reduced by two electrons to magnesium metal:
At the anode, each pair of Cl−
ions is oxidized to chlorine gas, releasing two electrons to complete the circuit:
A new process, solid oxide membrane technology, involves the electrolytic reduction of MgO. At the cathode, Mg2+
ion is reduced by two electrons to magnesium metal. The electrolyte is Yttria-stabilized zirconia (YSZ). The anode is a liquid metal. At the YSZ/liquid metal anode O2−
is oxidized. A layer of graphite borders the liquid metal anode, and at this interface carbon and oxygen react to form carbon monoxide. When silver is used as the liquid metal anode, there is no reductant carbon or hydrogen needed, and only oxygen gas is evolved at the anode.[16] It has been reported that this method provides a 40% reduction in cost per pound over the electrolytic reduction method.[17] This method is more environmentally sound than others because there is much less carbon dioxide emitted.
The United States has traditionally been the major world supplier of this metal, supplying 45% of world production even as recently as 1995. Today, the US market share is at 7%, with a single domestic producer left, US Magnesium, a Renco Group company in Utah born from now-defunct Magcorp.[18]
The name magnesium originates from the Greek word for a district in Thessaly called Magnesia.[19] It is related to magnetite and manganese, which also originated from this area, and required differentiation as separate substances. See manganese for this history.
In 1618, a farmer at Epsom in England attempted to give his cows water from a well there. The cows refused to drink because of the water's bitter taste, but the farmer noticed that the water seemed to heal scratches and rashes. The substance became known as Epsom salts and its fame spread. It was eventually recognized as hydrated magnesium sulfate, MgSO
4·7 H
2O.
The metal itself was first produced by Sir Humphry Davy in England in 1808. He used electrolysis on a mixture of magnesia and mercuric oxide.[20] Antoine Bussy prepared it in coherent form in 1831. Davy's first suggestion for a name was magnium,[20] but the name magnesium is now used.
Magnesium is the third-most-commonly-used structural metal, following iron and aluminium. It has been called the lightest useful metal by The Periodic Table of Videos.[21]
The main applications of magnesium are, in order: component of aluminium alloys, in die-casting (alloyed with zinc),[22] to remove sulfur in the production of iron and steel, and the production of titanium in the Kroll process.[23]
Historically, magnesium was one of the main aerospace construction metals and was used for German military aircraft as early as World War I and extensively for German aircraft in World War II.
The Germans coined the name "Elektron" for magnesium alloy. The term is still used today. The application of magnesium in the commercial aerospace industry was generally restricted to engine-related components, due either to perceived hazards with magnesium parts in the event of fire or to corrosion. Currently, the use of magnesium alloys in aerospace is increasing, mostly driven by the increasing importance of fuel economy and the need to reduce weight.[24] The development and testing of new magnesium alloys continues, notably Elektron 21, which has successfully undergone extensive aerospace testing for suitability in engine and internal and airframe components.[25] The European Community runs three R&D magnesium projects in the Aerospace priority of Six Framework Program.
Both AJ62A and AE44 are recent developments in high-temperature low-creep magnesium alloys. The general strategy for such alloys is to form intermetallic precipitates at the grain boundaries, for example by adding mischmetal or calcium.[28] New alloy development and lower costs that make magnesium competitive with aluminium will increase the number of automotive applications.
Because of low weight and good mechanical and electrical properties, magnesium is widely used for manufacturing of mobile phones, laptop and tablet computers, cameras, and other electronic components.
Magnesium, being readily available and relatively nontoxic, has a variety of uses:
Magnesium metal and its alloys are explosive hazards; they are highly flammable in their pure form when molten or in powder or ribbon form. Burning or molten magnesium metal reacts violently with water. When working with powdered magnesium, safety glasses with welding eye protection are employed, because the bright-white light produced by burning magnesium contains ultraviolet light that can permanently damage the retinas of the eyes.[30]
Magnesium is capable of reducing water to highly flammable hydrogen gas:[31]
As a result, water cannot extinguish magnesium fires. The hydrogen gas produced only intensifies the fire. Dry sand is an effective smothering agent, but only on relatively level and flat surfaces.
Magnesium also reacts with carbon dioxide to form magnesium oxide and carbon:
hence, carbon dioxide fire extinguishers are also ineffective for extinguishing magnesium fires.[32]
Burning magnesium is usually quenched by using a Class D dry chemical fire extinguisher, or by covering the fire with sand or magnesium foundry flux to remove its air source.
Magnesium compounds, primarily magnesium oxide (MgO), are used as a refractory material in furnace linings for producing iron, steel, nonferrous metals, glass, and cement. Magnesium oxide and other magnesium compounds are also used in the agricultural, chemical, and construction industries. Magnesium oxide from calcination is used as an electrical insulator in fire-resistant cables.[33]
Magnesium reacted with an alkyl halide gives a Grignard reagent, which is a very useful tool for preparing alcohols.
Magnesium salts are frequently included in various foods, fertilizers (magnesium is a component of chlorophyll), and culture media.
Magnesium sulfite is used in the manufacture of paper (sulfite process).
Magnesium phosphate is used to fireproof wood used in construction.
Magnesium hexafluorosilicate is used in mothproofing of textiles.
In the form of turnings or ribbons, Mg is useful in purification of solvents, for example the preparation of super-dry ethanol.
Because of the important interaction between phosphate and magnesium ions, magnesium ions are essential to the basic nucleic acid chemistry of life, and thus are essential to all cells of all known living organisms. Over 300 enzymes require the presence of magnesium ions for their catalytic action, including all enzymes utilizing or synthesizing ATP, or those that use other nucleotides to synthesize DNA and RNA. ATP exists in cells normally as a chelate of ATP and a magnesium ion.[34]
Spices, nuts, cereals, cocoa and vegetables are rich sources of magnesium.[35] Green leafy vegetables such as spinach are also rich in magnesium since they contain chlorophyll.
The UK recommended daily values for magnesium is 300 mg for men and 270 mg for women.[36] Observations of reduced dietary magnesium intake in modern Western countries compared to earlier generations may be related to food refining and modern fertilizers that contain no magnesium.[37]
Numerous pharmaceutical preparations of magnesium, as well as magnesium dietary supplements are available. Magnesium oxide, one of the most common forms in magnesium dietary supplements because it has high magnesium content per weight, is the least bioavailable.[38][39]
An adult has 22–26 grams of magnesium,[40] with 60% in the skeleton, 39% intracellular (20% in skeletal muscle), and 1% extracellular.[41] Serum levels are typically 0.7–1.0 mmol/L or 1.8–2.4 mEq/L. Serum magnesium levels may be normal even when intracellular magnesium is deficient. The mechanisms for maintaining the magnesium level in the serum are varying gastrointestinal absorption and renal excretion. Intracellular magnesium is correlated with intracellular potassium. Increased magnesium lowers calcium[42] and can either prevent hypercalcemia or cause hypocalcemia depending on the initial level.[42] Low and high protein intake inhibit magnesium absorption, as does the amount of phosphate, phytate, and fat in the gut. Excess dietary magnesium is excreted in feces, urine, and sweat.[37] Magnesium status may be assessed via serum and erythrocyte magnesium concentrations coupled with urinary and fecal magnesium content, but intravenous magnesium loading tests are more accurate and practical.[43] A retention of 20% or more of the injected amount indicates deficiency.[44] No biomarker has been established for magnesium.[45]
Magnesium concentrations in plasma or serum may be measured to monitor for efficacy and safety in those receiving the drug therapeutically, to confirm the diagnosis in potential poisoning victims or to assist in the forensic investigation in a case of fatal overdosage. The newborn children of mothers having received parenteral magnesium sulfate during labor may exhibit toxicity with normal serum magnesium levels.[46]
Magnesium deficiency (hypomagnesemia) is common: it is found in 2.5–15% of the general population.[47] The primary cause of deficiency is decreased dietary intake: only 32% of people in the United States meet the recommended daily allowance.[48] Other causes are increased renal or gastrointestinal loss, an increased intracellular shift, and proton-pump inhibitor antacid therapy. Most are asymptomatic, but symptoms referable to neuromuscular, cardiovascular, and metabolic dysfunction may occur.[47] Alcoholism is often associated with magnesium deficiency. Chronically low serum magnesium levels are associated with metabolic syndrome, diabetes mellitus type 2, fasciculation, and hypertension.[49]
Sorted by type of magnesium salt, other therapeutic applications include:
Overdose from dietary sources alone is unlikely because excess magnesium in the blood is promptly filtered by the kidneys.[47] Overdose with magnesium tablets is possible in the presence of impaired renal function. There is a single case report of hypermagnesemia in a woman with normal renal function using high doses of magnesium salts for catharsis.[57] The most common symptoms of overdose are nausea, vomiting and diarrhea; other symptoms include hypotension, confusion, slowed heart and respiratory rate, deficiencies of other minerals, coma, cardiac arrhythmia, and death from cardiac arrest.[42]
Plants require magnesium to synthesize chlorophyll, essential for photosynthesis. Magnesium in the center of the porphyrin ring in chlorophyll functions in a manner similar to the iron in the center of the porphyrin ring in heme. Magnesium deficiency in plants causes late-season yellowing between leaf veins, especially in older leaves, and can be corrected by applying to the soil either Epsom salts (which is rapidly leached), or crushed dolomitic limestone.
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There is a strong body of evidence demonstrating a relationship between magnesium status and migraine. Magnesium likely plays a role in migraine development at a biochemical level, but the role of oral magnesium supplementation in migraine prophylaxis and treatment remains to be fully elucidated. The strength of evidence supporting oral magnesium supplementation is limited at this time.
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1 | H | He | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
2 | Li | Be | B | C | N | O | F | Ne | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||
3 | Na | Mg | Al | Si | P | S | Cl | Ar | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||
4 | K | Ca | Sc | Ti | V | Cr | Mn | Fe | Co | Ni | Cu | Zn | Ga | Ge | As | Se | Br | Kr | ||||||||||||||||||||||||||
5 | Rb | Sr | Y | Zr | Nb | Mo | Tc | Ru | Rh | Pd | Ag | Cd | In | Sn | Sb | Te | I | Xe | ||||||||||||||||||||||||||
6 | Cs | Ba | La | Ce | Pr | Nd | Pm | Sm | Eu | Gd | Tb | Dy | Ho | Er | Tm | Yb | Lu | Hf | Ta | W | Re | Os | Ir | Pt | Au | Hg | Tl | Pb | Bi | Po | At | Rn | ||||||||||||
7 | Fr | Ra | Ac | Th | Pa | U | Np | Pu | Am | Cm | Bk | Cf | Es | Fm | Md | No | Lr | Rf | Db | Sg | Bh | Hs | Mt | Ds | Rg | Cn | 113 | Fl | 115 | Lv | 117 | 118 | ||||||||||||
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