Magnez

Wiórki metalicznego magnezu.

W przeciwieństwie do wielu innych pierwiastków, magnez cieszy się pozytywną ?opinią społeczną?. Powszechnie obecnie stosowane lekkie stopy metali powstały przy udziale bohatera niniejszego artykułu, a medyczne autorytety wręcz zalecają wzrost spożycia produktów zawierających magnez. Oczywiście, w jego historii pojawiły się także ciemne karty, związane z dziejami konfliktów zbrojnych w ubiegłym stuleciu, ale bądźmy szczerzy ? nie ma pierwiastka, którego nie wykorzystałoby do swych celów wojsko. Należy także przypomnieć, że dzięki magnezowi istnieje życie na Ziemi (przynajmniej w takiej formie, w jakiej je znamy), a ponadto możemy być spokojni o jego zasoby ? przyroda okazała się hojna i obdarzyła nas sporymi zapasami. Magnez położony jest w układzie okresowym w 2. okresie i 2. grupie (berylowce). Członkowie rodziny, oprócz magnezu (8. miejsce) i wapnia (5. miejsce), nie są zbyt rozpowszechnieni na naszej planecie. Magnez stanowi około 2% powierzchniowych warstw skorupy ziemskiej, tzw. sialu (nazwa pochodzi od symboli dominujących, w tworzących ją granitach, pierwiastków ? krzemu i glinu). Jednakże na większych głębokościach jest go jeszcze więcej ? ta warstwa z kolei nazywa się simą (w występujących tam bazaltach przeważają krzem i magnez).

[caption id="attachment_322" align="alignleft" width="150" caption="Dolomitowe skały."][/caption]

Czysty magnez jest lekkim, srebrzystym metalem, który na powietrzu pokrywa się pasywującą go warstwą tlenku. Reaguje z wrzącą wodą oraz większością niemetali, a w tworzonych związkach jest, zgodnie z numerem grupy, dwuwartościowy. Połączenia magnezu są powszechnie występującymi minerałami, sporo jest go także w wodach wszechoceanu (rozpuszczalne sole) oraz słonych jezior. Także organizmy żywe wykorzystały jego własności i ?użyły? do tworzenia wielu związków, z których najważniejszym jest chlorofil. Nowoczesna historia magnezu rozpoczęła się u schyłku XVII wieku, gdy w angielskiej miejscowości Epsom odkryto źródła o gorzkiej wodzie. Wydobywanej z nich soli nadano nazwę soli gorzkiej i użyto jako środka przeczyszczającego (bardzo wówczas popularnego i do dziś stosowanego w tej roli). Z niej wydzielono następnie tlenek magnezu znany pod nazwą magnezji białej. Przez wiele lat uchodziła ona za substancję prostą, aż w roku 1808 H. Davy po raz pierwszy ujrzał próbkę nowego pierwiastka (nazwisko sławnego angielskiego chemika będzie się jeszcze wiele razy powtarzać w artykułach o metalach grup 1. i 2.), rozkładając magnezję za pomocą prądu elektrycznego.

[caption id="attachment_320" align="alignleft" width="150" caption="Karnalit (chlorek magnezu i potasu)."][/caption]

Również obecnie główną metodą produkcji metalicznego magnezu jest elektroliza zwykle stopionego chlorku. Syntezuje się go z tlenku bądź wodorotlenku wytrąconego z wody morskiej (za pomocą tzw. mleka wapiennego ? roztworu wodorotlenku wapnia). Także wiele minerałów, jakie tworzy magnez, może być wykorzystane jako surowiec do wytwarzania tego metalu, np. karnalit (mieszany chlorek magnezu i potasu, spotykany w złożach soli potasowych), magnezyt (węglan) bądź dolomit (węglan wapnia i magnezu budujący całe masywy górskie). Magnez tworzy również wiele minerałów krzemianowych mających własne zastosowania. Z ciekawszych można wymienić: bardzo miękki talk, występujące w granitach miki oraz wzbudzający kontrowersje azbest. Niewielka gęstość magnezu (jest najlżejszym z metali użytkowych) czyni z niego pożądany materiał konstrukcyjny. Niestety, niezbyt wielka wytrzymałość mechaniczna oraz brak odporności na działanie wody i temperatury powodują, że nie stosuje się go w postaci czystej.

[caption id="attachment_318" align="alignleft" width="150" caption="Ozdobny minerał magnezu - spinel."][/caption]

Dodatki glinu, cynku i manganu pozwalają otrzymać wytrzymałe, niekorodujące lekkie stopy (magnalium, elektrony), stosowane w przemyśle lotniczym oraz jako obudowy wielu urządzeń obecnych w naszych domach (sprzęt AGD, laptopy, aparaty fotograficzne). Metaliczny magnez jest łatwy do otrzymania w stanie czystym i dość tani, co w połączeniu z dużą reaktywnością powoduje, że używa się go jako reduktora w metalurgii niektórych metali, np. tytanu, cyrkonu i hafnu. Jest on także dodatkiem stopowym umożliwiającym wytworzenie tzw. żeliwa sferoidalnego. Krawędzie kryształków grafitu pod wpływem magnezu stają się zaokrąglone, co zwiększa wytrzymałość żeliwa (grafit w żeliwie występuje normalnie w postaci kryształów o ostrych brzegach, które ?przecinają? metal). Historycznym już dzisiaj zastosowaniem magnezu jest użycie go w fotograficznych lampach błyskowych, w których folia z tego metalu spalała się z oślepiającym blaskiem i charakterystycznym ?dymem? tworzącego się tlenku magnezu. Wysoka temperatura spalania magnezu i wydzielające się światło wykorzystywane jest w bombach zapalających oraz oświetlających flarach (nic więc dziwnego, że produkcja magnezu znacząco wzrosła w latach II wojny światowej).

[caption id="attachment_328" align="alignleft" width="150" caption="Ozdobny minerał magnezu - oliwin."][/caption]

Magnez i jego stopy nabrały znaczenia w latach 20. ubiegłego wieku wraz z rozwojem lotnictwa, ale związki tego pierwiastka znane i stosowane były od dawna. Wspomniano już o licznych minerałach magnezu, używanych w różnych dziedzinach życia. Przykładem jest talk ? jeden z najbardziej miękkich minerałów (ten wzorzec w skali twardości Mohsa daje się z łatwością zarysować paznokciem), będący składnikiem maści i pudrów w przemyśle kosmetycznym oraz wypełniaczem przy wytwarzaniu gumy i papieru. Z miki buduje się izolatory elektryczne. Magnezyt i dolomit używane są jako materiały budowlane, składniki do produkcji mas ceramicznych oraz zasadowe wykładziny pieców martenowskich i konwertorów Thomasa (otrzymywanie stali). Nadmierne emocje budzi inny z minerałów ? azbest (naprawdę tym mianem określa się cały szereg włóknistych substancji mineralnych). Od lat stanowił tanią izolację cieplną budynków oraz niepalny materiał do produkcji dachówek, rur wodociągowych oraz okładzin szczęk hamulcowych.

[caption id="attachment_323" align="alignleft" width="150" caption="Azbestowe dachówki są nadal popularne."][/caption]

Jednakże długotrwałe wdychanie powietrza, w którym unoszą się azbestowe włókienka, zwiększa możliwość zachorowania na nowotwory płuc. Z tego też powodu usuwa się płyty ocieplające ściany oraz eternitowe dachówki. W tej działalności widać wyraźnie społeczną histerię spowodowaną nieświadomością skali zagrożenia. Azbest zmieszany z cementem i dodatkowo ukryty pod powłoką tynku jest całkowicie bezpieczny, a zagrożenie pojawia się dopiero podczas jego usuwania i składowania na wysypiskach. Wydane zaś na walkę z azbestem fundusze mogłyby się natomiast okazać przydatne gdzie indziej. Autor ma nadzieję, że uważni Czytelnicy ?Młodego Technika? będą krytycznie podchodzić do rozmaitych medialnych ?niusów? z dziedziny techniki i ochrony środowiska. Ze związków magnezu najczęściej stosowanym jest jego tlenek. Używa się go jako materiału żaroodpornego oraz wypełniacza przy produkcji papieru, gumy i tworzyw sztucznych. Stanowi on również składnik cementów budowlanych, a wraz z chlorkiem magnezu tworzy tzw. cement Sorela, używany m.in. jako twarde tworzywo sztuczne (ksylolit, z dodatkiem trocin) oraz składnik kitów. Tlenek magnezu to także nietoksyczny komponent kosmetyków i past do zębów. Jest on też obecny w popularnych preparatach zwalczających nadkwasotę (stosuje się w nich również wodorotlenek magnezu).

[caption id="attachment_319" align="alignleft" width="150" caption="Historia fotografii (magnezowa lampy błyskowe) ..."][/caption]

Wszyscy zapewne wiemy, że jon magnezu jest umieszczony w centrum aktywnym chlorofilu (właściwie istnieje kilka jego odmian), barwnika fotosyntetycznego umożliwiającego istnienie znanego nam życia. To właśnie kolor chlorofilu nadaje barwę roślinności, zaś astronomowie wiedzą, że gdy w świetle docierającym do nas z pozaziemskiej planety dostrzegą charakterystyczne cechy jego widma, będzie to oznaczać znalezienie bliźniaczki Ziemi. Ale magnez to nie tylko chlorofil. Metal ten jest jednym z głównych pierwiastków wewnątrzkomórkowych, aktywującym liczne enzymy. Bierze on także udział w procesach obronnych organizmu, działa uspokajająco i przeciwstresowo, chroni serce i przeciwdziała miażdżycy. Nikt nie zaprzeczy, jak ważne jest to w naszych czasach! Preparaty magnezu stosuje się w stanach przemęczenia fizycznego i psychicznego, zaś jego działanie wzmacnia witamina B6. Oczywiście od tabletek smaczniejsze są produkty naturalne, te szczególnie bogate w magnez to: kakao, czekolada, kasze i orzechy. Badania nad organicznymi związkami magnezu przyniosły w 1912 roku nagrodę Nobla francuskiemu chemikowi W. Grignardowi. Do dzisiaj są to jedne z najbardziej użytecznych odczynników stosowanych w syntezie organicznej.

[caption id="attachment_321" align="alignleft" width="150" caption="... i jej współcześność (obudowa cyfrówki z lekkich stopów magnezu)."][/caption]

Czytelnicy zgodzą się chyba, że magnez to niezwykle ważny pierwiastek. Nie tylko ze względu na ogromne znaczenie dla organizmów żywych (chlorofil ? podstawa piramidy pokarmowej), ale również wszechobecność w naszym otoczeniu w postaci użytecznych stopów i związków. Ponadto jest ?przyjaźnie? nastawiony do ludzi (nietoksyczny), co nie zdarza się wszystkim pierwiastkom. Warto jednak pamiętać o słowach Paracelsusa sprzed pięciu wieków - ?wszystko jest trucizną i nic nie jest trucizną, bo tylko dawka czyni truciznę? ? i nie przesadzać z magnezowymi suplementami diety. Magnezu ponadto nam nie zabraknie i w przyszłości ? tylko w 1 km sześciennym wody morskiej znajduje się około 1,5 miliona ton tego metalu, co zaspokaja kilkuletnie zapotrzebowanie całego świata. O ziemskie zasoby bohatera niniejszego artykułu możemy być zatem spokojni.