镁成一道光,照亮生命体

镁是地球上最常见的元素之一(第六),主要分布在岩石、海水以及生物体内。自然条件下,多是不可溶碳酸盐、硫酸盐以及硅酸盐形式存在岩石中。镁(magnesium)的名字是根据Magnesia,这是古希腊塞萨利地区,在这里的白色滑石矿是水合硅酸镁。

1808年,戴维爵士率先分离得到纯镁,他利用的电解法,就是利用电解强大的还原作用,把镁离子变成了金属镁。这种方法是瑞典化学家柏齐利乌斯发明的分离钠、钡、钾的方法。镁是一种银白色轻金属,在空气中可以被氧气氧化成致密氧化物膜,变成灰色,是一般见到的样子。镁是非常易燃的金属,在空气中燃烧可以放出耀眼白光,正是利用这个特点,过去的摄影师用金属镁燃烧作为闪光灯。

镁与酸反应放热,室温下与水反应生成氢氧化镁和氢气。

镁密度很低,而且强度比较大,让这种金属成为合金的组分,镁合金仅有钢铁的四分之一重,工艺也相对简单,使这种金属在各种行业中很受欢迎。

中国,镁大规模生产是“硅热还原”白云石实现,美国则使用电解海水水合氯化镁得到。镁离子是生物化学反应过程中的重要催化剂,在ATP、DNA和RNA的代谢过程中发挥关键作用,也是叶绿素卟啉的配基。

镁也广泛应用在肥料添加剂和药物成分中,氢氧化镁“镁乳”就被作为泻药和解酸剂。

1900年,法国博士生Victor Grignard(1871–1935)利用不同有机卤化物能与镁条(或者镁屑)在乙醚里反应,生成有机镁试剂的稳定溶液,解决了镁化合物难以溶解的难题。这一溶液被命名为格氏(Grignard)试剂。这一发现让Grignard获得1912年诺贝尔化学奖,在有机化学领域掀起一场革命。镁廉价和低毒性使得这些镁化合物适合作为大规模工业生产中间产物。很多重要药物都是通过利用格氏试剂来进行工业制备的。

在生物学领域,科学家主要考虑是使用这种材料可以在人体内被体液腐蚀溶解,作为可降解生物材料,例如制造成骨骼,血管支架,当恢复身体功能的任务完成后,可以被人体分解,产物也不会造成危害。最近也有科学家,根据氢气的生物学效应,将金属镁作为一种提供氢气的载体,研究这种金属的新的生物医学效应,由于产氢量非常大,对解决氢气生物利用度低提供了一种方案。

参考资料:

不一样的元素故事: 镁成一道光|《自然-化学》专栏

    镁的发现

1755年,第一个确认镁是一种元素的是英国人Joseph Black。他辨别了石灰中的苦土(氧化镁,MgO),两者各自都是由加热类似于碳酸盐岩,菱镁矿和石灰石来制取。另一种镁矿石叫做海泡石(硅酸镁),于1799年由Thomas Henry报告,他说这种矿石在土耳其更多的用于制作烟斗。

不纯净的镁金属在1792年由Anton Rupprecht首次制取,他加热苦土和木炭的混合物。纯净但非常小量的金属镁在1808年由Humphry Davy电解氧化镁制取。然而,是法国科学家Antoine-Alexandre-BrutusBussy使用氯化镁和钾反应制取了相当大量的金属镁于1831年,之后他开始研究它的特性。

许多世纪以前,古罗马人认为“magnesia”(希腊Magnesia地区出产的一种白色镁盐,镁元素即因此得名)能治疗多种疾病。直到1808年,英国化学家戴维采用电解苦土(含镁)的方法分离出元素镁。20世纪30年代初 E·V·McCollum 及其同事首次用鼠和狗作为实验动物,系统地观察了镁缺乏的反应。1934年首次发表了少数人在不同疾病的基础上发生镁缺乏的临床报道。证实镁是人体的必需元素。镁是在自然界中分布最广的十个元素之一(镁是在地球的地壳中第八丰富的元素,约占2%的质量,亦是宇宙中第九多元素),但由于它不易从化合物中还原成单质状态,所以迟迟未被发现。

长时期里,化学家们将从含碳酸镁的菱镁矿焙烧获得的镁的氧化物苦土当作是不可再分割的物质。在1789年拉瓦锡发表的元素表中就列有它。1808年,戴维在成功制得钙以后,使用同样的办法又成功的制得了金属镁。从此镁被确定为元素,并被命名为magnesium,元素符号是Mg。Magnesium来自希腊城市美格里亚Magnesia,因为在这个城市附近出产氧化镁,被称为magnesia alba,即白色氧化镁,元素符号Mg。镁的原子序为12,原子量为24.3,是典型的二价金属,具有金属的共有特性。由于镁的氧化物性质与钙一样介于“碱性”和“土性”之间,故称为碱土金属元素。


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本文作者2019-5-25 11:43
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