Magnez

Magnez (Mg, ) – pierwiastek chemiczny, metal ziem alkalicznych (druga grupa główna układu okresowego). Ma trzy stabilne izotopy: ,  oraz .

Magnez po raz pierwszy został uznany za pierwiastek przez Josepha Blacka (1755), zaś wyodrębniony w formie czystej w 1808 roku przez Humphry’ego Davy’ego, który nadał mu łacińską nazwę. Polską nazwę zaproponował Filip Neriusz Walter.

Występowanie 
Magnez jest jednym z najpospolitszych pierwiastków, występuje w skorupie ziemskiej w ilości 2,74% pod postacią minerałów: dolomitu, magnezytu, kizerytu, biszofitu, karnalitu, kainitu i szenitu. W wodzie morskiej występuje w ilości około 0,12%, w postaci roztworu soli . Nie występuje w postaci pierwiastkowej.

Otrzymywanie 

Magnez można otrzymać poprzez redukcję tlenku magnezu lub metodami elektrochemicznymi. Do elektrolizy stosuje się stopione sole: karnalit lub chlorek magnezu z topnikami, np. fluorytem lub mieszaniną NaCl i . W metodach termicznych jako reduktory stosuje się węgiel lub karbid w temperaturze ok. :
 
lub krzem w reakcji z tlenkami magnezu i wapnia pochodzącymi z wyprażenia dolomitu (w metodzie tej uzyskuje się magnez o dużej czystości):
 
Zamiast czystego krzemu stosuje się także żelazokrzem. W celu ochrony przed ponownym utlenieniem proces prowadzi się w próżni lub atmosferze wodoru lub gazu ziemnego.

Związki 
Najważniejszymi związkami magnezu są tlenek, wodorotlenek oraz sole. Roztwory wodne, w których występuje duże stężenie jonów , mają gorzki smak.

Siarczan magnezu, tzw. sól gorzka, znajduje zastosowanie jako środek przeczyszczający, a w formie bezwodnej – jako środek suszący.

Właściwości fizyczne i chemiczne 
Magnez jest srebrzystobiałym metalem, który staje się kowalny w wysokiej temperaturze, dość łatwo utlenia się na powietrzu, ale podobnie jak w przypadku glinu, proces korozji jest hamowany przez pasywację. W przeciwieństwie do glinu (PBR = 1,28) magnez ma jednak niekorzystny współczynnik Pillinga i Bedwortha (PBR = 0,80), w efekcie powłoka pasywacyjna jest mniej skuteczna.

Pasywacji ulega także w stężonym (98%) kwasie siarkowym (doniesiono jednak o opornym rozpuszczaniu się magnezu w stęż.  (Bunsen), z wydzielaniem  (Liebig) lub  i S (A. Ditte)) i wobec par jodu (brak reakcji do temp. ). Pasywacyjna warstwa trudnorozpuszczalnego fluorku magnezu chroni go też przed działaniem kwasu fluorowodorowego.

Powoli reaguje z gorącą wodą (> 70 °C), tworząc wodorotlenek magnezu. Jest całkowicie odporny na działanie alkaliów, natomiast energicznie reaguje z kwasami z wytworzeniem odpowiednich soli i wydzieleniem wodoru. W analizie jakościowej kationy  należą do V grupy.

Jest substancją palną, temperatura zapłonu wynosi ok. 760 °C. Pył magnezowy jest piroforyczny, jego temperatura samozapłonu wynosi ok. 470 °C. Magnez w powietrzu spala się oślepiającym białym płomieniem o temperaturze 3000–3100 °C. Produktem głównym jest tlenek, któremu towarzyszy azotek magnezu:
 
 
Spalanie podtrzymywane jest także w atmosferze pary wodnej i dwutlenku węgla:
 
  (sadza)

Magnez rozpuszcza się po podgrzaniu w metanolu i etanolu z wytworzeniem odpowiednich alkoholanów. Reakcje te inicjowane są przez jod, a inhibowane przez wodę w ilości powyżej 1%. Wykorzystywane są do otrzymywania alkoholanów oraz do uzyskiwania tzw. absolutnego etanolu, tj. produktu o bardzo niskiej zawartości wody:
 
Magnez reaguje też z halogenkami organicznymi z wytworzeniem związków Grignarda:
 R-X + Mg → R-Mg-X (X = Cl, Br, I)

Zastosowanie 
Magnez metaliczny wykorzystuje się w chemii organicznej do otrzymywania związków Grignarda, oraz w postaci prętów do ochrony przed korozją pojemnościowych podgrzewaczy wody, wykonanych ze stali (anoda magnezowa montowana wewnątrz zbiornika).

Stopy magnezu są wykorzystywane w przemyśle lotniczym i kosmicznym, tam gdzie stopy tytanu i glinu są za ciężkie. Stopy magnezu z litem mają jedną z najniższych gęstości i korzystny stosunek wytrzymałości mechanicznej do masy. W podobnych zastosowaniach wykorzystywane są także magnale (stopy glinu z magnezem) oraz elektrony (stopy magnezu, glinu, cynku, manganu i krzemu).

Ze stopów magnezowych wykonuje się obudowy niektórych urządzeń elektronicznych i precyzyjnych, np. obudowy notebooków, kamer filmowych i video oraz aparatów fotograficznych.

Znaczenie biologiczne 
Magnez wchodzi w skład chlorofilu. Jony magnezu odgrywają rolę w utrzymywaniu ciśnienia osmotycznego krwi i innych tkanek, oraz utrzymywaniu właściwej struktury rybosomów. Jest składnikiem kości, obniża stopień uwodnienia koloidów komórkowych, uczestniczy w przekazywaniu sygnałów w układzie nerwowym.

Objawy niedoboru magnezu u roślin: więdnięcie, chloroza liści, zahamowanie fotosyntezy.

Objawy niedoboru u człowieka 
Zapotrzebowanie na magnez u osób dorosłych wynosi 300–400 mg na dobę i, chociaż w naturalnym środowisku bogato występuje w spożywanych przez człowieka pokarmach, jest go coraz mniej w wyniku nawożenia chemicznego gleby związkami zawierającymi potas oraz stosowania nadmiernej ilości konserwantów. Inne przyczyny niedoboru magnezu to: nadużywanie alkoholu, stosowanie hormonalnych środków antykoncepcyjnych, stres, spożywanie dużych ilości tłuszczów, niewydolność nerek.

Magnez bierze udział w licznych procesach zachodzących w organizmie, a zakres objawów jego niedoboru jest szeroki.

 zwiększenie pobudliwości nerwowo-mięśniowej oraz osłabienia i nieprawidłowości pracy serca, czego efektem są:
 drgania jednej z powiek, czy też częściowo górnych warg

 bolesne skurcze łydek
 uczucia odrętwienia i mrowienia w kończynach
 objaw Raynauda
 wzmożone wypadanie włosów
 łamanie się paznokci
 próchnica zębów
 rozdrażnienia, lęki, stan zagubienia
 zespół niespokojnych nóg
 zaburzenie depresyjne
 trudności w koncentracji
 zaburzenia snu, nocne poty
 bóle głowy, mdłości
 nagłe zawroty głowy
 kołatanie serca, arytmii
 nadciśnienie
 miażdżyca
 biegunka
 nietolerancja glukozy, cukrzyca typu II
 kamica nerkowa
 bolesne miesiączkowanie
 rzucawka okołoporodowa,
 zatrucie ciążowe
 astma oskrzelowa
 migrena
 zespół metaboliczny

Suplementacja magnezem może mieć wiele korzystnych skutków dla zdrowia w tych schorzeniach i objawach.

Magnez a depresja 
Przypuszczalnie niedobór magnezu w diecie może prowadzić do depresji. Poziom tego pierwiastka był istotnie mniejszy w płynie mózgowo-rdzeniowym osób z lekooporną depresją grożącą samobójstwem oraz pobranym od osób, które popełniły samobójstwo. Poziom magnezu w mózgu nie jest skorelowany bezpośrednio z jego poziomem w surowicy krwi. Jego nieinwazyjny pomiar w mózgu jest możliwy przy użyciu spektroskopii rezonansu magnetycznego 31P in vivo, gdyż przesunięcia chemiczne sygnałów atomu fosforu β nukleozydotrifosforanów można skorelować ze stężeniem wolnych jonów . Zawartość magnezu w mózgu osób z lekooporną depresją była istotnie mniejsza niż u osób zdrowych. Metoda pomiaru poziomu magnezu w mózgu in vivo metodą MRI opublikowana została w roku 2008 i wymaga potwierdzenia w badaniach klinicznych.

Chlorek magnezu u osób z cukrzycą typu II i niedoborem magnezu już w niewielkich dawkach był tak skuteczny w leczeniu objawów depresyjnych, jak silny lek przeciwdepresyjny – imipramina. Opisywano przypadki, w których suplementacja rozpuszczalną formą magnezu (4 × 125–300 mg jonów  dziennie) nawet w ciągu mniej niż 7 dni zniosła objawy kliniczne depresji. Z niektórych badań wynika, że skuteczna terapia farmakologicznymi środkami przeciwdepresyjnymi przebiega ze wzrostem poziomu magnezu w organizmie.

Przedawkowanie 
Nadmiar magnezu z organizmu jest usuwany przez nerki. Istnieje pewna możliwość przedawkowania preparatów magnezu. Ryzyko to dotyczy szczególnie pacjentów starszych, ze znacznie upośledzoną funkcją nerek. Możliwe objawy obejmują niedociśnienie, spowolnienie akcji serca – bradykardia, niewydolność oddechowa, osłabienie odruchów – hiporefleksja, opisano śmierć osoby w podeszłym wieku po przyjęciu bardzo dużej ilości związków magnezu w celu ułatwienia wypróżnienia.

Magazynowanie 
Ponad połowa magnezu znajduje się w kościach, jedna czwarta w mięśniach szkieletowych, jedna czwarta rozmieszczona jest w całym organizmie, przeważnie w układzie nerwowym i w narządach o dużej aktywności metabolicznej, jak: mięsień sercowy, wątroba, przewód pokarmowy, nerki, gruczoły wydzielania wewnętrznego i zewnętrznego, układ hemolimfatyczny.

Źródła magnezu w pożywieniu 
Poniżej przedstawiono zawartość magnezu w 100 g poszczególnych produktów:

Łatwo rozpuszczalne związki magnezu (mleczan, wodoroasparaginian, chlorek, siarczan, cytrynian, glicynian, pidolinian), jak i nierozpuszczalne (węglan, tlenek, wodorotlenek) wchodzą w skład wielu suplementów diety. Poszczególne związki różnią się znacznie ilością zawartego w nich jonu  (kilka – kilkanaście procent), dlatego do porównywania dawkowania preparatów brana jest pod uwagę zawartość samego jonu . Preparaty związków łatwo rozpuszczalnych mają lepszą biodostępność, są jednak droższe. Niewielką dostępność związków nierozpuszczalnych można poprawić poprzez przygotowanie ich zawiesiny w wodzie (np. w postaci tabletek musujących, które jednak zawierają istotną ilość sodu). Dodatek witaminy B6 potęguje działanie preparatów magnezu.

Źródłem magnezu w diecie może być wschodnioazjatycka przyprawa nigari, w której ok. 95% stanowi .

Uwagi

Przypisy

Bibliografia 
 
 Izotopy https://web.archive.org/web/20050531122740/http://amdc.in2p3.fr/nubase/Nubase2003.pdf

Pierwiastki chemiczne