MAGNESIUM: SEJARAH, STRUKTUR, SIFAT, REAKSI, KEGUNAAN - KIMIA - 2025

The magnesium adalah logam alkali tanah milik kelompok 2 dari tabel periodik. Nomor atomnya adalah 12 dan diwakili oleh simbol kimianya Mg. Ini adalah unsur paling melimpah kedelapan di kerak bumi, sekitar 2,5% darinya.

Logam ini, seperti congeners dan logam alkali, tidak ditemukan di alam dalam keadaan aslinya, tetapi bergabung dengan unsur-unsur lain untuk membentuk banyak senyawa yang ada di batuan, air laut dan air garam.

Benda sehari-hari dibuat dengan magnesium. Sumber: Firetwister dari Wikipedia.

Magnesium merupakan bagian dari mineral seperti dolomit (kalsium dan magnesium karbonat), magnesit (magnesium karbonat), karnalit (magnesium dan kalium klorida heksahidrat), brucite (magnesium hidroksida) dan silikat seperti bedak dan olivin.

Sumber alam terkaya untuk perluasannya adalah laut, yang memiliki kelimpahan 0,13%, meskipun Great Salt Lake (1,1%) dan Laut Mati (3,4%) memiliki konsentrasi magnesium yang lebih tinggi. Ada air asin dengan kandungan tinggi, yang terkonsentrasi melalui penguapan.

Nama magnesium kemungkinan berasal dari magnesit, ditemukan di Magnesia, di wilayah Thessaly, Wilayah Yunani kuno. Meskipun demikian, magnetit dan mangan ditemukan di wilayah yang sama.

Magnesium bereaksi kuat dengan oksigen pada suhu di atas 645 ° C. Sementara itu, bubuk magnesium terbakar di udara kering, memancarkan cahaya putih yang intens. Untuk alasan ini, ini digunakan sebagai sumber cahaya dalam fotografi. Saat ini, properti ini masih digunakan dalam pembuatan petasan.

Itu adalah elemen penting bagi makhluk hidup. Ia dikenal sebagai kofaktor untuk lebih dari 300 enzim, termasuk beberapa enzim glikolisis. Ini adalah proses penting bagi makhluk hidup karena hubungannya dengan produksi ATP, sumber energi seluler utama.

Demikian juga, itu adalah bagian dari kompleks yang mirip dengan kelompok heme hemoglobin, hadir dalam klorofil. Ini adalah pigmen yang berperan dalam realisasi fotosintesis.

Sejarah

Pengakuan

Joseph Black, seorang ahli kimia Skotlandia, pada tahun 1755 mengenalinya sebagai unsur, secara eksperimental menunjukkan bahwa ia berbeda dari kalsium, logam yang membuat mereka bingung.

Dalam hal ini, Black menulis: "Kami telah melihat melalui eksperimen bahwa magnesia alba (magnesium karbonat) adalah senyawa dari bumi yang aneh dan udara tetap."

Isolasi

Pada tahun 1808, Sir Humprey Davy berhasil mengisolasi menggunakan elektrolisis untuk menghasilkan campuran magnesium dan merkuri. Ini dilakukan dengan cara elektrolisis garam sulfat basah dengan menggunakan merkuri sebagai katoda. Selanjutnya, ia menguapkan merkuri dari malgam dengan cara memanaskannya, meninggalkan residu magnesium.

A. Bussy, seorang ilmuwan Perancis, berhasil menghasilkan magnesium logam pertama pada tahun 1833. Untuk melakukan ini, Bussy menghasilkan reduksi magnesium klorida cair dengan kalium logam.

Pada tahun 1833, ilmuwan Inggris Michael Faraday menggunakan elektrolisis magnesium klorida untuk pertama kalinya untuk mengisolasi logam ini.

Produksi

Pada tahun 1886, perusahaan Jerman Aluminium und Magnesiumfabrik Hemelingen menggunakan elektrolisis karnalit cair (MgCl ₂ · KCl · 6H ₂ O) untuk menghasilkan magnesium.

Hemelingen, bermitra dengan Farbe Industrial Complex (IG Farben), berhasil mengembangkan teknik untuk menghasilkan magnesium klorida cair dalam jumlah besar untuk elektrolisis untuk produksi magnesium dan klorin.

Selama Perang Dunia II, Dow Chemical Company (USA) dan Magnesium Elektron LTD (UK) memulai pengurangan elektrolitik air laut; dipompa dari Galveston Bay, Texas dan di Laut Utara ke Hartlepool, Inggris, untuk produksi magnesium.

Pada saat yang sama, Ontario (Kanada) menciptakan teknik untuk memproduksinya berdasarkan proses LM Pidgeon. Teknik ini terdiri dari reduksi termal magnesium oksida dengan silikat dalam retort yang ditembakkan secara eksternal.

Struktur dan konfigurasi elektron magnesium

Magnesium mengkristal dalam struktur heksagonal kompak, dimana masing-masing atomnya dikelilingi oleh dua belas tetangga. Ini membuatnya lebih padat dari logam lain, seperti litium atau natrium.

Konfigurasi elektroniknya adalah 3s ² , dengan dua elektron valensi dan sepuluh kulit bagian dalam. Dengan memiliki elektron ekstra dibandingkan natrium, ikatan metalik menjadi lebih kuat.

Ini karena atom lebih kecil dan nukleusnya memiliki satu proton lagi; oleh karena itu mereka memberikan efek tarikan yang lebih besar pada elektron dari atom tetangga, yang mengkontraksi jarak di antara mereka. Juga, karena ada dua elektron, pita 3s yang dihasilkan penuh, dan ia mampu merasakan lebih banyak tarikan inti.

Kemudian, atom Mg akhirnya membentuk kristal heksagonal padat dengan ikatan logam yang kuat. Hal ini menjelaskan titik lelehnya yang jauh lebih tinggi (650 ºC) dibandingkan dengan natrium (98 ºC).

Semua orbital 3s dari semua atom dan dua belas tetangganya tumpang tindih ke segala arah di dalam kristal, dan dua elektron pergi saat dua elektron lainnya datang; seterusnya, tanpa kation Mg ²⁺ dapat berasal .

Bilangan oksidasi

Magnesium dapat kehilangan dua elektron ketika membentuk senyawa dan tetap sebagai kation Mg ²⁺ , yang isoelektronik terhadap neon gas mulia. Saat mempertimbangkan keberadaannya dalam senyawa apa pun, bilangan oksidasi magnesium adalah +2.

Di sisi lain, dan meskipun kurang umum, kation Mg ⁺ dapat terbentuk , yang hanya kehilangan satu dari dua elektronnya dan bersifat isoelektronik terhadap natrium. Jika keberadaannya diasumsikan dalam suatu senyawa, maka magnesium dikatakan memiliki bilangan oksidasi +1.

Properti

Penampilan fisik

Padatan putih cemerlang dalam keadaan murni, sebelum teroksidasi atau bereaksi dengan udara lembab.

Massa atom

24,304 g / mol.

Titik lebur

650 ° C.

Titik didih

1.091 ° C.

Massa jenis

1.738 g / cm ³ pada suhu kamar. Y 1.584 g / cm ³ pada suhu leleh; Artinya, fasa cair kurang padat daripada padat, seperti halnya sebagian besar senyawa atau zat.

Panas fusi

848 kJ / mol.

Panas penguapan

128 kJ / mol.

Kapasitas kalori molar

24,869 J / (mol · K).

Tekanan uap

Pada 701 K: 1 Pa; artinya, tekanan uapnya sangat rendah.

Elektronegativitas

1,31 pada skala Pauling.

Energi ionisasi

Tingkat ionisasi pertama: 1.737.2 kJ / mol (Mg ⁺ gas)

Tingkat ionisasi kedua: 1.450,7 kJ / mol ( gas Mg ²⁺ , dan membutuhkan lebih sedikit energi)

Tingkat ionisasi ketiga: 7,732,7 kJ / mol ( gas Mg ³⁺ , dan membutuhkan banyak energi).

Radio atom

160 sore.

Jari-jari kovalen

141 ± 17 malam

Volume atom

13,97 cm ³ / mol.

Ekspansi termal

24,8 µm / m · K pada 25 ° C.

Konduktivitas termal

156 W / m K.

Resistivitas listrik

43,9 nΩ · m pada 20 ° C.

Konduktivitas listrik

22,4 × 10 ⁶ S cm ³ .

Kekerasan

2.5 pada skala Mohs.

Tata nama

Magnesium logam tidak memiliki nama yang dikaitkan lainnya. Senyawanya, karena dianggap mayoritas memiliki bilangan oksidasi +2, disebutkan menggunakan nomenklatur stok tanpa perlu menyatakan bilangan tersebut dalam tanda kurung.

Misalnya, MgO adalah magnesium oksida dan bukan magnesium (II) oksida. Menurut nomenklatur sistematis, senyawa sebelumnya adalah: magnesium monoksida dan bukan monomagnesium monoksida.

Di sisi nomenklatur tradisional, hal yang sama terjadi pada nomenklatur saham: nama senyawa diakhiri dengan cara yang sama; yaitu, dengan sufiks –ico. Jadi, MgO adalah magnesium oksida, menurut nomenklatur ini.

Jika tidak, senyawa lain mungkin atau mungkin tidak memiliki nama umum atau mineralogi, atau terdiri dari molekul organik (senyawa organomagnesium), nomenklaturnya bergantung pada struktur molekul dan substituen alkil (R) atau aril (Ar).

Mengenai senyawa organomagnesium, hampir semuanya merupakan pereaksi Grignard dengan rumus umum RMgX. Misalnya, BrMgCH ₃ adalah metil magnesium bromida. Perhatikan bahwa nomenklatur tampaknya tidak terlalu rumit dalam kontak pertama.

Bentuk

Paduan

Magnesium digunakan dalam paduan karena merupakan logam ringan, yang digunakan terutama dalam paduan dengan aluminium, yang meningkatkan karakteristik mekanik logam ini. Ini juga telah digunakan dalam paduan dengan besi.

Namun, penggunaannya dalam paduan telah menurun karena kecenderungannya untuk menimbulkan korosi pada suhu tinggi.

Mineral dan senyawa

Karena reaktivitasnya, ia tidak ditemukan di kerak bumi dalam bentuk aslinya atau bentuk unsurnya. Sebaliknya, ini adalah bagian dari banyak senyawa kimia, yang pada gilirannya terletak di sekitar 60 mineral yang diketahui.

Di antara mineral magnesium yang paling umum adalah:

-Dolomit, karbonat kalsium dan magnesium, MgCO ₃ CaCO ₃

-Magnesit, magnesium karbonat, CaCO ₃

-Brucite, sebuah magnesium hidroksida, Mg (OH) ₂

-karnalit, magnesium kalium klorida, MgCl ₂ · KCl · H ₂ O.

Bisa juga dalam bentuk mineral lain seperti:

-Kieserit, magnesium sulfat, MgSO ₄ H ₂ O

-Forsterite, magnesium silikat, MgSiO ₄

-Chrisotyl atau asbestos, magnesium silikat lain, Mg ₃ Si ₂ O ₅ (OH) ₄

-Talc, Mg ₃ Si ₁₄ O ₁₁₀ (OH) ₂ .

Isotop

Magnesium ditemukan di alam sebagai kombinasi dari tiga isotop alami: ²⁴ Mg, dengan kelimpahan 79%; ²⁵ Mg, dengan kelimpahan 11%; dan ²⁶ Mg, dengan kelimpahan 10%. Selain itu, terdapat 19 isotop radioaktif buatan.

Peran biologis

Glikolisis

Magnesium merupakan elemen penting untuk semua makhluk hidup. Manusia memiliki asupan harian 300 - 400 mg magnesium. Kandungan tubuhnya terdiri antara 22 dan 26 g, pada manusia dewasa, terkonsentrasi terutama di kerangka tulang (60%).

Glikolisis adalah urutan reaksi di mana glukosa diubah menjadi asam piruvat, dengan produksi bersih 2 molekul ATP. Kinase piruvat, heksokinase, dan fosfofrukt kinase merupakan salah satu enzim glikolisis yang menggunakan Mg sebagai aktivatornya.

DNA

DNA terdiri dari dua rantai nukleotida yang memiliki gugus fosfat bermuatan negatif dalam strukturnya; oleh karena itu, untaian DNA mengalami tolakan elektrostatis. Ion Na ⁺ , K ⁺ dan Mg ²⁺ menetralkan muatan negatif, mencegah disosiasi rantai.

ATP

Molekul ATP memiliki gugus fosfat dengan atom oksigen bermuatan negatif. Tolakan listrik terjadi antara atom oksigen tetangga yang dapat membelah molekul ATP.

Ini tidak terjadi karena magnesium berinteraksi dengan atom oksigen tetangga, membentuk kelat. ATP-Mg dikatakan sebagai bentuk aktif ATP.

Fotosintesis

Magnesium sangat penting untuk fotosintesis, proses utama dalam penggunaan energi oleh tumbuhan. Ini adalah bagian dari klorofil, yang bagian dalamnya memiliki struktur yang mirip dengan kelompok heme hemoglobin; tetapi dengan atom magnesium di tengah, bukan atom besi.

Klorofil menyerap energi cahaya dan menggunakannya dalam fotosintesis untuk mengubah karbon dioksida dan air menjadi glukosa dan oksigen. Glukosa dan oksigen digunakan kemudian dalam produksi energi.

Organisme

Penurunan konsentrasi magnesium plasma dikaitkan dengan kejang otot; penyakit kardiovaskular, seperti hipertensi; diabetes, osteoporosis dan penyakit lainnya.

Ion magnesium terlibat dalam mengatur fungsi saluran kalsium di sel saraf. Pada konsentrasi tinggi itu menghalangi saluran kalsium. Sebaliknya, penurunan kalsium menghasilkan aktivasi saraf dengan membiarkan kalsium masuk ke dalam sel.

Ini akan menjelaskan kejang dan kontraksi sel otot di dinding pembuluh darah utama.

Di mana menemukan dan produksi

Magnesium tidak ditemukan di alam dalam bentuk unsur, tetapi merupakan bagian dari sekitar 60 mineral dan banyak senyawa, yang terletak di laut, batuan dan air asin.

Laut memiliki konsentrasi magnesium 0,13%. Karena ukurannya, laut adalah reservoir magnesium utama dunia. Waduk magnesium lainnya adalah Great Salt Lake (AS), dengan konsentrasi magnesium 1,1%, dan Laut Mati, dengan konsentrasi 3,4%.

Mineral magnesium, dolomit dan magnesit, diekstraksi dari uratnya menggunakan metode penambangan tradisional. Sementara itu, larutan karnalit digunakan yang memungkinkan garam lain naik ke permukaan, menjaga karnalit di latar belakang.

Air asin yang mengandung magnesium terkonsentrasi di kolam menggunakan pemanas matahari.

Magnesium diperoleh dengan dua metode: elektrolisis dan reduksi termal (proses Pidgeon).

Elektrolisa

Garam cair yang mengandung magnesium klorida anhidrat, magnesium klorida anhidrat dehidrasi sebagian, atau mineral karnalit anhidrat digunakan dalam proses elektrolisis. Dalam beberapa keadaan, untuk menghindari kontaminasi carnalite alami, digunakan yang buatan.

Magnesium klorida juga dapat diperoleh dengan mengikuti prosedur yang dirancang oleh perusahaan Dow. Air dicampur dalam flokulator dengan dolomit mineral yang sedikit dikalsinasi.

Magnesium klorida yang ada dalam campuran diubah menjadi Mg (OH) ₂ dengan penambahan kalsium hidroksida, menurut reaksi berikut:

MgCl ₂ + Ca (OH) ₂ → Mg (OH) ₂ + CaCl ₂

Magnesium hidroksida yang diendapkan diolah dengan asam klorida, menghasilkan magnesium klorida dan air, sesuai dengan reaksi kimia yang diuraikan:

Mg (OH) ₂ + 2 HCl → MgCl ₂ + 2 H ₂ O

Kemudian, magnesium klorida mengalami proses dehidrasi hingga mencapai 25% hidrasi, menyelesaikan dehidrasi selama proses peleburan. Elektrolisis dilakukan pada temperatur yang bervariasi antara 680 sampai 750 ºC.

MgCl ₂ → Mg + Cl ₂

Klorin diatomik dihasilkan di anoda dan magnesium cair mengapung ke atas garam, tempat ia dikumpulkan.

Reduksi termal

Kristal magnesium disimpan dari uapnya. Sumber: Warut Roonguthai Dalam proses Pidgeon, dolomit yang digiling dan dikalsinasi dicampur dengan ferrosilicon yang ditumbuk halus dan dimasukkan ke dalam retort nikel-kromium-besi berbentuk silinder. Retort ditempatkan di dalam oven dan dipasang seri dengan kondensor yang terletak di luar oven.

Reaksi terjadi pada suhu 1200 ° C dan tekanan rendah 13 Pa. Kristal magnesium dikeluarkan dari kondensor. Terak yang dihasilkan dikumpulkan dari dasar retort.

2 CaO + 2 MgO + Si → 2 Mg (gas) + Ca ₂ SiO ₄ (terak)

Kalsium dan magnesium oksida diproduksi dengan kalsinasi kalsium dan magnesium karbonat yang ada dalam dolomit.

Reaksi

Magnesium bereaksi kuat dengan asam, terutama asam oksida. Reaksinya dengan asam nitrat menghasilkan magnesium nitrat, Mg (NO ₃ ) ₂ . Dengan cara yang sama ia bereaksi dengan asam klorida menghasilkan magnesium klorida dan gas hidrogen.

Magnesium tidak bereaksi dengan basa, seperti natrium hidroksida. Pada suhu kamar itu ditutupi dengan lapisan magnesium oksida, tidak larut dalam air, yang melindunginya dari korosi.

Ini membentuk senyawa kimia, antara lain, dengan klorin, oksigen, nitrogen, dan belerang. Ini sangat reaktif dengan oksigen pada suhu tinggi.

Aplikasi

- Magnesium unsur

Paduan

Paduan magnesium telah digunakan di pesawat terbang dan mobil. Yang terakhir memiliki persyaratan untuk pengendalian emisi gas pencemar, pengurangan bobot kendaraan bermotor.

Aplikasi magnesium didasarkan pada bobotnya yang rendah, kekuatan tinggi, dan kemudahan pembuatan paduan. Aplikasi termasuk perkakas tangan, barang olahraga, kamera, peralatan, rangka bagasi, suku cadang mobil, barang untuk industri dirgantara.

Paduan magnesium juga digunakan dalam pembuatan pesawat terbang, roket, dan satelit luar angkasa, serta dalam pengetsaan foto untuk menghasilkan ukiran yang cepat dan terkontrol.

Metalurgi

Magnesium ditambahkan dalam jumlah kecil ke besi cor putih, yang meningkatkan kekuatan dan kelenturannya. Selain itu, magnesium yang dicampur dengan kapur disuntikkan ke dalam besi tanur sembur cair, meningkatkan sifat mekanik baja.

Magnesium terlibat dalam produksi titanium, uranium dan hafnium. Ini bertindak sebagai agen pereduksi pada titanium tetraklorida, dalam proses Kroll, untuk menghasilkan titanium.

Elektrokimia

Magnesium digunakan dalam sel kering, bertindak sebagai anoda dan perak klorida sebagai katoda. Ketika magnesium mengalami kontak listrik dengan baja saat ada air, maka magnesium akan berkorosi, sehingga baja tetap utuh.

Jenis pelindung baja ini ada di kapal, tangki penyimpanan, pemanas air, struktur jembatan, dll.

Kembang api

Magnesium dalam bentuk bubuk atau strip terbakar, memancarkan cahaya putih yang sangat kuat. Properti ini telah digunakan dalam pembuatan kembang api militer untuk menyalakan api atau penerangan dengan suar.

Padatannya yang terbelah halus telah digunakan sebagai komponen bahan bakar, terutama pada propelan roket padat.

- Senyawa

Magnesium karbonat

Ini digunakan sebagai insulator termal untuk boiler dan pipa. Karena bersifat higroskopis dan larut dalam air, ini digunakan untuk mencegah garam biasa memadat di tempat garam dan tidak mengalir dengan baik selama membumbui makanan.

Magnesium hidroksida

Ini memiliki aplikasi sebagai penghambat api. Larut dalam air, itu membentuk susu magnesia yang terkenal, suspensi keputihan yang telah digunakan sebagai antasid dan pencahar.

Magnesium klorida

Ini digunakan dalam pembuatan semen lantai berkekuatan tinggi, serta aditif dalam pembuatan tekstil. Selain itu, digunakan sebagai flokulan pada susu kedelai untuk produksi tahu.

Magnesium oksida

Ini digunakan dalam pembuatan batu bata tahan api untuk menahan suhu tinggi dan sebagai insulator termal dan listrik. Ini juga digunakan sebagai pencahar dan antasid.

Magnesium sulfat

Ini digunakan secara industri untuk membuat semen dan pupuk, penyamakan dan pencelupan. Ini juga merupakan pengering. Garam Epsom, MgSO ₄ · 7H ₂ O, digunakan sebagai pencahar.

- Mineral

bedak talek

Ini diambil sebagai standar kekerasan terkecil (1) pada skala Mohs. Berfungsi sebagai filler dalam pembuatan kertas dan karton, serta mencegah iritasi dan hidrasi pada kulit. Ini digunakan dalam pembuatan bahan tahan panas dan sebagai dasar dari banyak bubuk yang digunakan dalam kosmetik.

Chrysotile atau asbestos

Ini telah digunakan sebagai insulator termal dan dalam industri konstruksi untuk pembuatan langit-langit. Saat ini, tidak digunakan karena serat kanker paru-parunya.

Referensi

1. Mathews, CK, van Holde, KE dan Ahern, KG (2002). Biokimia. 3 ^adalah Edisi. Editorial Pearson Educación, SA
2. Wikipedia. (2019). Magnesium. Dipulihkan dari: en.wikipedia.org
3. Clark J. (2012). Ikatan logam. Diperoleh dari: chemguide.co.uk
4. Hull AW (1917). Struktur Kristal Magnesium. Prosiding National Academy of Sciences of the United States of America, 3 (7), 470–473. doi: 10.1073 / pnas.3.7.470
5. Timothy P. Hanusa. (7 Februari 2019). Magnesium. Encyclopædia Britannica. Diperoleh dari: britannica.com
6. Hangzhou LookChem Network Technology Co. (2008). Magnesium. Diperoleh dari: lookchem.com