镁是地壳中分布最广的元素之一,但由于它的化学性质活泼不易将它自化合物中分离出来,因此长期以来,化学家不能肯定它们作为元素单质存在。直至电池发明以后,利用电解的方式分离出镁元素单质后,才被确定是元素。
1808年,英国化学家戴维(Davy H.)电解汞和氧化镁的混合物,得到镁汞齐,将镁汞齐中的汞蒸馏后,就得到了银白色的金属镁。
镁的英文名称为Magnesium,希腊文原意为”美格尼西亚”,因为在希腊的”美格尼西亚”城附近当时盛产一种称为苦土的镁矿(氧化镁),古罗马人把这种矿物称为magnesia alba,”alba”的意思是白色的,意即”白色的美格尼西亚”,中文翻译成镁,元素符号为Mg。
镁是一种银白色的金属,化学性质活泼,在自然界中无元素单质状态存在。镁的矿物主要有白云石(CaCO3?MgCO3)、光卤石 (KCl?MgCl2?6H2O、菱镁矿(MgCO3)、橄榄石(Mg,Fe)2SiO4和蛇纹石(Mg)6[Si4O10](OH)8。镁在地壳中的含量约为2.1%,在已知的百余种元素中居第八位。海水中含镁约0.13%,每立方公尺海水中约含镁1.04kg,大多以氯化物和硫酸盐形式存在于 海水中。金属镁的製备方法主要有:(1)溶融电解法:电解熔融的无水氯化镁,适用于从海水中提取镁MgCl2(电解)→Mg+Cl2 ↑ (2)热还原法:将白云石分解为氧化镁,再用碳或碳化钙还原:MgO+C→CO↑+Mg;MgO+CaC2→Mg+CaO+2C 。世界镁产量有一半以上是以海水为原料以电解法生产的。
物理性质:镁是轻金属,室度为1.74g/cm3,熔点922K,沸点1363K,硬度2.0,比同族其他硷土族都高。
镁具优良加工性能,在冶金中製备轻量、强韧的镁铝合金,大量用于飞机、汽车,电子产品外壳等。
化学性质:镁的电负度1.31,标準还原电位-2.36V,是一个比较活泼的金属,化学性质如下:
(1)作为还原剂:不论固态或水溶液中,镁具有较强的还原力。如高温下,金属镁能在二氧化碳中继续燃烧,把二氧化碳还原成 碳:2Mg+CO2→2MgO+C。镁也可将二氧化硅还原成单质硅:2Mg+SiO2→Si+2MgO;镁还原四氯化钛为金属钛:2Mg+TiCl4→Ti+2MgCl2。目前工业上利用镁的还原性,在真空或惰性气体保护下,生产某些稀有金属。镁很容易跟水反应,但由于表面生成氧化膜保护,因此镁不与冷水反应,但能跟热水作用产生氢气:Mg+2H2O(热水) →Mg(OH)2+H2↑
(2)镁在空气中燃烧时放出耀眼白光,生成氧化镁:2Mg+O2→2MgO;也在在高压下与氢作用合成氢化镁:Mg+H2→MgH2
(3)有机反应中,镁在醚溶液中能与卤化烃作用,生成有名的格瑞钠试剂(Grignard reagent):Mg+RX→R-MgX(R为烃基,X为Cl、Br、I)为有机化学中用途相当广的试剂。
(4)镁具有生成配位错合物的倾向,最着名即为叶绿素。
重要化合物的性质、製取与其用途:
(1)氧化镁:俗称苦土,为白色粉末状固体。熔点3125K,沸点3878K,高温煅烧后难溶于水。可由金属镁在高温下燃烧:2Mg+O2→2MgO工业 上製法为利用煅烧碳酸镁或氢氧化镁来生产氧化镁。氧化镁大量用于耐火材料、金属陶瓷、电绝缘材料,医学上用作制酸剂及泻药,另也用于人造纤维加工、造纸等方面用途。
(2)氢氧化镁:氢氧化镁为一弱硷,加热至623K即脱水分解:Mg(OH)2→MgO+H2O,易溶于酸或铵盐溶液。工业上常以海水与廉价的氢氧化钙溶液(石灰乳)反应,可得氢氧化镁沉澱,氢氧化镁的乳状悬浊液在医学上作为制酸剂和缓泻剂。
(3)镁盐:
氯化镁:电解生产金属镁的原料。
硫酸镁:MgSO4?7H2O为着名的泻药;硫酸镁用作印染的媒染剂、造纸的填充剂和防火织物的填料等。
碳酸镁:自然界多以菱镁矿的形式存在,是镁的重要来源。碳酸镁在溶有二氧化碳的水中会生成碳酸氢镁Mg(HCO3)2为暂时硬水的成份之一,受热时原本溶在水中的碳酸氢盐会沉澱出来成为锅垢:Mg(HCO3)2(受热) →MgCO3↓+CO2↑+H2O