Μαγνήσιο

[ Η Ελλάδα είναι ο μεγαλύτερος παραγωγός μαγνησίτη καί περλίτη στήν Ευρωπαϊκή Ένωση καί εξάγει μαγνησίτη, που αποτελεί τήν ορυκτή μορφή μαγνησίου καί καλύπτει τό 46% τής συνολικής παραγωγής τής Δυτικής Ευρώπης. ]

            Πρόκειται για ένα μέταλλο αλκαλικών γαιών, το όγδοο (8ο) κατά σειρά αφθονίας στο φλοιό της Γης (2% κατά βάρος[1]) και το ένατο (9ο) γενικά στο σύμπαν[2][3]. Κυριότερα ορυκτά του είναι ο μαγνησίτης (ή λευκόλιθος), MgCO3 [F01], ο βρουκίτης, Mg(OH)2 [F02], ο δολομίτης, CaCO3·MgCO3 [F03], o καρναλλίτης, KCl·MgCl2·6H2O [F04] και επίσης βρίσκεται σε πλήθος αργιλοπυριτικών και άλλων ορυκτών.

            Το μαγνήσιο είναι το ενδέκατο (11ο) πιο άφθονο στοιχείο της μάζας του ανθρώπινου σώματος. Παγκοσμίως παράγονται περίπου 4,6 εκατομ. τόννοι ενώσεων μαγνησίου και 670.000 τόννοι μετάλλου (στοιχεία 2007). Μεγάλα αποθέματα ορυκτών του βρίσκονται στην Αυστρία, Κίνα, Πολωνία, Ρωσία, Η.Π.Α., Ινδία, Καναδά και Ελλάδα (μεγάλα κοιτάσματα λευκολίθου εξαιρετικής ποιότητας βρίσκονται στην Εύβοια).

            Εφαρμογές: το 95% της παραγωγής του Mg χρησιμοποιείται για την παραγωγή ελαφρών και ανθεκτικών κραμάτων, π.χ. με τo Al παρέχει κράματα ως τα: ντουραλουμίνιο, μαγνάλιο (5% έως 50% Mg, το υπόλοιπο Al) και υδρονάλιο (5% έως 10% Mg, 0,3% έως 0,5% Ni, το υπόλοιπο Al). Ως μέταλλο χρησιμοποιείται ως αναγωγικό και αποξειδωτικό στη μεταλλουργία και ως "θυσιαζόμενη" άνοδος για την προστασία από οξείδωση σιδηρών αντικειμένων και πλοίων. Οι ενώσεις του χρησιμοποιούνται σε φαρμακευτικά σκευάσματα και ως πληρωτικά υλικά.

            Τα ιόντα του (Mg2+) είναι απαραίτητο για όλα τα ζωντανά κύτταρα, όπου διαδραματίζουν σημαντικό ρόλο στον έλεγχο σημαντικών βιοχημικών λειτουργιών. Πολυφωσφορικές ενώσεις όπως ATP, του DNA και RNA, καθώς και εκατοντάδες ένζυμα, απαιτούν ιόντα μαγνησίου για να λειτουργήσουν. Τα ιόντα μαγνησίου είναι επίσης η μεταλλική καρδιά στο κέντρο της χλωροφύλλης, και είναι γι' αυτό μια κοινή πρόσθετη ύλη για τα λιπάσματα[5]. Αρκετές ενώσεις του μαγνησίου χρησιμοποιούνται καθημερινά για, ιατρικούς λόγους, ως καθαρτικά, αντιόξινα (π.χ., το γάλα της μαγνησίας), και για σταθεροποίηση παθολογικής διέγερσης νεύρων, του αίματος και το σπασμό των αγγείων. Τα ιόντα του μαγνησίου έχουν ξινή γεύση και σε χαμηλές συγκεντρώσεις βοηθούν να αντιμετωπιστεί εν μέρει η φυσική σκληρότητα των μεταλλικών νερών.

            Η κύρια εμπορική χρήση του είναι να σχηματίζει κράματα με αλουμίνιο (Al), που συχνά γι' αυτό ονομάζονται «μαγνάλια» ή «μαγνήλια» (magnalium ή magnelium). Επειδή το μαγνήσιο έχει μικρότερη πυκνότητα από το αλουμίνιο (Al) τα κράματα αυτά είναι προικισμένα με σχετικά μεγάλη ελαφρύτητα και αντοχή.

Ο μαγνησίτης που εξάγει η χώρα μας, καλύπτει το 46% της συνολικής παραγωγής της Δυτικής Ευρώπης.

 

Ιστορία

Το όνομα προέρχεται από τη Μαγνησία της Θεσσαλίας. Σχετίζεται με το μαγνητίτη (Fe3S4) και το μαγγάνιο (Mn), που προέρχονται από κοιτάσματα στην περιοχή και χρειάζονται διαφοροποίηση στην ονομασία τους ως διαφορετικές ουσίες.

Το μαγνήσιο είναι το έβδομο (7ο) κατά μάζα και το όγδοο (8ο) κατά μοριακή συγκέντρωση πιο άφθονο χημικό στοιχείο στο φλοιό της Γης[6]. Βρίσκεται σε μεγάλα αποθέματα μαγνησίτη, δολομίτη και άλλα ορυκτά και μεταλλικά νερά, καθώς το ιόν του μαγνησίου (Mg2+) είναι διαλυτό.

 

Παραγωγή

Ορυκτά

Παρόλο που το μαγνήσιο βρέθηκε σε πάνω από 60 ορυκτά, μόνο ο δολομίτης. ο μαγνησίτης, ο βρουσίτης, ο καρναλλίτης, ο τάλκης και ο ολιβίνης έχουν εμπορική σημασία.

 

Θαλασσινό νερό

Το κατιόν του μανησίου (Mg2+) είναι το δεύτερο (2ο) σε αφθονία κατιόν στο θαλασσινό νερό (περίπου το 12% της μάζας του νατρίου). Αυτό κάνει το θαλασσινό νερό μια ελκυστική εμπορικά πηγή παραγωγής μαγνησίου.

 

ΗΠΑ : Οι ΗΠΑ ήταν παραδοσιακά ο μεγαλύτερος παραγωγός μαγνησίου παγκοσμίως, παρέχοντας το 45% της παγκόσμιας παραγωγής το 1995. Σήμερα πια το μερίδιό τους στην παγκόσμια αγορά μειώθηκε στο 7%, με μία μόνο εταιρεία παραγωγής που καλύπτει την εγχώρια ζήτηση του προϊόντος[7].

Κίνα : Από το 2005 η Κίνα πήρε τη θέση του μεγαλύτερου παγκοσμίου προμηθευτή μαγνησίου, καλύπτοντας το 60% της παγκόσμιας παραγωγής, ενώ το 1995 κάλυπτε μόλις το 4%.

 

Κατασκευαστικές εφαρμογές ως ελεύθερο μέταλλο και σε κράματα

 

Παράγωγα του Μαγνησίου

            Το μαγνήσιο είναι το τρίτο (3ο) συχνότερα χρησιμοποιούμενο κατασκευαστικό μέταλλο, ακολουθώντας το χάλυβα και το αλουμίνιο. Η κύρια χρήση του είναι να σχηματίζει κράματα με το αλουμίνιο, μια ευρεία χρήση των οποίων είναι η κατασκευή μεταλλικών κουτιών για αναψυκτικά και μπύρες. Ωστόσο και το καθαρό μαγνήσιο μπορεί να συγκριθεί με το αλουμίνιο, γιατί είναι ισχυρό και ελαφρύ. Γι' αυτό χρησιμοποιείται σε μεγάλο βαθμό σε κατασκευαστικές εφαρμογές, όπως ανταλλακτικά αυτοκινήτων και φορτηγών. Ειδικά οι υψηλές ποιότητας ζάντες κράματος μαγνησίου που ονομάζονται «mag wheels». Το 1957 το μοντέλο «Corvette SS», που σχεδιάστηκε για αγώνες ταχύτητας, είχε αμάξωμα από καθαρό μαγνήσιο. Ένα άλλο σπορ μοντέλο, το «Mercedes-Benz 300 SLR» είχε αμάξωμα από το κράμα μαγνησίου «Elektron». Αυτά τα μοντέλα είχαν επιτυχίες στους αγώνες «Le Mans» και «Mille Miglia», καθώς και σε άλλους αγώνες αυτοκινήτων του 1955, αν και ένα από αυτά είχε ένα από τα χειρότερα δυστυχήματα με ανθρώπι8νες απώλειες στον αγώνα του «Le Mans». Η «Porsche», στη διαρκή προσπάθειά της για ελάττωση του βάρους των αυτοκινήτων της, οδηγήθηκε στη χρήση φτερών από μαγνήσιο στο διάσημο μοντέλο της «Porsche 917/053» που νίκησε τον αγώνα «Le Mans» του 1971, όπου ακόμη κρατά το απόλυτο ρεκόρ απόστασης. Το «917/30 Can-Am» επίσης είχε φτερά από μαγνήσιο, βοηθώντας έτσι την εκμετάλλευση του φιλόδοξου κινητήρα 1100-1500 ίππων της «Volkswagen Group», που επίσης χρησιμοποιούσε πολλά ανταλλακτικά από μαγνήσιο, για πολλά έτη. Για μακρά περίοδο η «Porsche» χρησιμοποίησε κράμα μαγνησίου για τους κινητήρες της, εξαιτίας φυσικά του μειωμένου βάρους του. Επίσης υπήρξε ανανεωμένο ενδιαφέρον για κινητήρες από μαγνήσιο ή και κράματά του από την «BMW», από το 2006 στα μοντέλα της «325i» και «325i» Οι κινητήρες της «BMW» χρησιμοποίησαν κράμα μαγνησίου (συγκεκριμένα το «AJ62A») στα εσωτερικά τοιχώματα των κυλίνδρων τους, καθώς και στα χιτώνια ψύξης τους. Ο κινητήρας της «Corvette Z06» το 2006 είχε περίβλημα από το κράμα μαγνησίου «AE44» θεωρήθηκε μια υψηλής τεχνολογίας σχεδίαση. Όλα αυτά τα κράματα είναι πρόσφατες εξελίξεις υψηλής θερμοκτασίς και χαμηλής τριβής κραμάτων μαγνησίου. Η «Mitsubishi Motors» επίσης χρησιμοποιεί μαγνήσιο, μεταλλικό και σε κράματα, για τα χειριστήρια αλλαγής ταχυτήτων της. Η γενική στρατηγική γι' αυτά τα κράματα είναι να σχηματίζουν διαμετταλλικές επαφές στα όρια κόκκων, π.χ. προσθέτοντας και μεταλλικό ασβέστιο[9]. Νέες εξελίξεις ανάπτυξης κραμάτων μαγνησίου και μειωμένα κόστη αρχίζουν να γίνονται ολοένα πιο ανταγωνιστικά για το καθαρό αλουμίνιο σε όλο και περισσότερες εφαρμογές της αυτοκίνησης.

Η δεύτερη περιοχή εφαρμογών του μαγνησίου είναι οι ηλεκτρονικές συσκευές. Εξαιτίας της μικρής του πυκνότητας και των καλών μηχανικών και ηλεκτρικών ιδιοτήτων του, το μαγνήσιο χρησιμοποιείται ευρύτατα στην κατασκευή κινητών τηλεφώνων, φορητών υπολογιστών, φωτογραφικών μηχανών, καμερών και άλλων ηλεκτρονικών συσκευών.

Ιστορικά το μαγνήσιο ήταν ένα από τα κύρια μέταλλα κατασκευής αεροδιαστημικών σκαφών και σχετικών συστημάτων. Χρησιμοποιήθηκε από τη Γερμανία για την κατασκευή πολεμικών αεροσκαφών της από τον Πρώτο Παγκόσμιο Πόλεμο, αλλά ιδιαιτέρων κατά το Δεύτερο Παγκόσμιο Πόλεμο. Κατοχήρωσαν ακόμη την ονομασία «Elektron» για το σημαντικό αυτό κράμα μαγνησίου. Εξαιτίας των πιθανών ζημιών από την ανάφλεξη εξαρτημάτων μαγνησίων σε περίπτωση πυρκαγιάς η εφαρμογή του μαγνησίου στην αεροδιαστημική βιομηχανία γενικά είχε αποκλειστεί από τα εξαρτήματα των κινητήρων της. Ωστόσο πλέον η χρήση κραμάτων μαγνησίου και στον αεροδιαστημικό τομέα αυξάνεται, εξαιτίας της σημασίας της οικονομίας καυσίμων εκεί και επομένως της μείωσης του βάρους κατασκευής. Η ανάπτυξη και η έρευνα κραμάτων μαγνησίου (π.χ του «Elektron 21») συνεχίζεται επιτυχημένα στους κινητήρες, στα εσωτερικά και στα ατρακτικά εξαρτήματα. Η Ευρωπαϊκή Ένωση χρηματοδοτεί τρία (3) σχετικά ερευνητικά εγχειρήματα για την αεροδιαστημική τεχνολογία, με προτεραιότητα το «Six Framework Program».

 

Χημικές εφαρμογές ως ελεύθερο μέταλλο

Κατ' αρχήν το μαγνήσιο είναι αναφλέξιμο. Όταν καίγεται παράγει θερμοκρασία έως 3.100 °C[10]. Η θερμοκρασία αυτανάφλεξης ρινισμάτων του στον αέρα είναι ακριβώς 630 °C[11]. Όταν καίγεται παράγει έντονο λευκό φως και θερμότητα. Η υψηλή θερμοκρασία που παράγει όταν καίγεται κάνει το μαγνήσιο θαυμάσιο εργαλείο για το επείγον άναμμα φωτιάς στο ύπαιθρο αλλά και για διασκέδαση. Άλλες σχετικές εφαρμογές της ιδιότητας αυτής είναι το φλας στη φωτογραφία, φωτοβολίδες, πυροτεχνήματα και πίδακες φωτιάς για εφέ.

Άλλες χημικές εφαρμογές του μαγνησίου είναι οι ακόλουθες:

 

  1. Για την απομάκρυνση θείου (S) από σίδηρο (Fe) και χάλυβα.
  2. Για τον καθαρισμό του τιτανίου (Ti) κατά διεργασία Kroll.
  3. Για φωτογραφικές πλάκες στην εκτυπωτική βιομηχανία.
  4. Για την παραγωγή οργανομαγνησιακών ενώσεων που είναι χρήσιμες για τις συνθέσεις οργανικών ενώσεων.
  5. Ως προσθετικό παράγοντα σε συμβατικά προωθητικά πυραύλων
  6. Για την παραγωγή συνθετικό γραφίτη από χυτοσίδηρο.
  7. Σαν αναγωγικό αντιδραστήριο κατά την παραγωγή ουρανίου (U) και άλλων μετάλων από τα άλατά τους.
  8. Ως ξηραντικό, αφού αντιδρά εύκολα με το νερό (H2O).
  9. Ως γαλβανική άνοδος για την προστασία υπόγειων δεξαμενών, σωλήνων, υπόγειων κατασκευών και λέβητες.

Βιολογική σημασία

Εξαιτίας της μεγάλης αλληλεπίδρασης μεταξύ των ιόντων του φωσφόρου και του μαγνησίου, τα ιόντα μαγνησίου είναι απαραίτητα για τη δημιουργία των νουκλεϊκών οξέων και συνεπώς απαραίτητα σε όλα τα κύτταρα όλων των γνωστών ζωντανών οργανισμών στη γη. Πάνω από 300 ένζυμα απαιτούν την παρουσία ιόντων μαγνησίου για την καταλυτική δράση τους.

Τα φυτά έχουν ακόμα ένα τρόπο με τον οποίο χρησιμοποιούν το μαγνήσιο. Χρησιμοποιείται στη χλωροφύλλη και η ανεπάρκειά του μπορεί να προκαλέσει καθυστερημένη πτώση των κίτρινων φύλλων.

Το μαγνήσιο είναι ένα πολύ σημαντικό στοιχείο της ανθρώπινης διατροφής. Το σώμα ενός ενήλικα περιέχει περίπου 24 γραμμάρια μαγνησίου, με το 60% στο σκελετό, το 39% εντός των κυττάρων (20% στους σκελετικούς μύες) και το υπόλοιπο 1% εκτός των κυττάρων. Στο ανθρώπινο σώμα επίσης φαίνεται το μαγνήσιο να διευκολύνει την απορρόφηση του ασβεστίου. Υψηλή ή χαμηλή κατανάλωση πρωτεϊνών μπορούν να εμποδίσουν την απορρόφηση του μαγνησίου και άλλα διατροφικά στοιχεία, όπως ο φώσφορος και τα λίπη, την επηρεάζουν.

Καλές πηγές μαγνησίου είναι οι ξηροί καρποί, τα δημητριακά, ο καφές, το κακάο, το τσάι, τα μπαχαρικά και τα λαχανικά (ειδικά αυτά που έχουν πράσινα φύλλα). Τα τελευταία χρόνια έχει παρατηρηθεί μείωση του μαγνησίου στους ανθρώπους με μοντέρνες διατροφικές συνήθειες, καθώς ο καθαρισμός της τροφής και τα λιπάσματα μειώνουν ή “εξαφανίζουν” το υπαρκτό μαγνήσιο.

Υπάρχουν πολλά συμπληρώματα μαγνησίου. Το οξείδιο του μαγνησίου (MgO), είναι ένα από τα πιο κατάλληλα, καθώς περιέχει μεγάλη ποσότητα μαγνησίου ανά μονάδα βάρους, αλλά είναι αυτό που υπάρχει στη μικρότερη ποσότητα στη φύση. Το όξινο κιτρικό μαγνήσιο (C6H6 O7Mg) έχει αναφερθεί ότι υπάρχει σε μεγαλύτερη ποσότητα στη φύση.

 

Σημειώσεις, Παραπομπές [Επεξεργασία]

  1. Abundance and form of the most abundant elements in Earth’s continental crust. http://www.gly.uga.edu/railsback/Fundamentals/ElementalAbundanceTableP.pdf. Retrieved 2008-02-15.
  2. Housecroft, Catherine E; Sharpe, Alan G. (2007). "Group 2 metals". Inorganic Chemistry (3 ed.). Harlow, England: Pearson. ISBN 978-0-13-175553-6.
  3. Ash, Russell (2005). The Top 10 of Everything 2006: The Ultimate Book of Lists. Dk Pub. ISBN 0-7566-1321-3. http://plymouthlibrary.org/faqelements.htm..
  4. http://www.seafriends.org.nz/oceano/seawater.htm#composition. Retrieved Jan. 20, 2009.
  5. "Magnesium in health". http://www.mg12.info.
  6. (PDF) Abundance and form of the most abundant elements in Earth’s continental crust.  http://www.gly.uga.edu/railsback/Fundamentals/ElementalAbundanceTableP.pdf. Retrieved 2008-02-15.
  7. Vardi, Nathan (February 22, 2007). "Man With Many Enemies". Forbes.com. http://www.forbes.com/forbes/2002/0722/044_print.html. Retrieved 2006-06-26.
  8. DOE Handbook - Primer on Spontaneous Heating and Pyrophoricity. U.S. Department of Energy. December 1994. p. 20. DOE-HDBK-1081-94. http://www.hss.doe.gov/nuclearsafety/ns/techstds/standard/hdbk1081/hbk1081c.html.
  9. Alan A. Luo and Bob R. Powell (2001) (PDF). Tensile and Compressive Creep of Magnesium-Aluminum-Calcium Based Alloys. Materials & Processes Laboratory, General Motors Research & Development Center. http://doc.tms.org/ezmerchant/prodtms.nsf/productlookupitemid/01-481x-137/%24FILE/01-481X-137F.pdf. Retrieved 2007-08-21.
  10. Edward L. Dreizin, Charles H. Berman and Edward P. Vicenzi. "Condensed-phase modifications in magnesium particle combustion in air". Scripta Materialia 122. doi:10.1016/S0010-2180(00)00101-2.
  11. N. V. Ravi Kumar, J. J. Blandin M. Suérya and E. Grosjean. Effect of alloying elements on the ignition resistance of magnesium alloys. doi:10.1016/S1359-6462(03)00263-X.

 

 

Comments