マグネシウム

マグネシウム、  12mg
丸みを帯びた反射率の高い金属クリスタル
マグネシウム
発音/ m æ ɡ ˈ n iː z i ə m / ⓘ ​(マグ-ニー-ジー- əm )
外観光沢のある灰色の固体
標準原子量 A r °(Mg)
  • [24.304、 24.307 ] [1]
  • 24.305 ± 0.002  （要約）[2]
周期表におけるマグネシウム
水素ヘリウム
リチウムベリリウムボロン炭素窒素酸素フッ素ネオン
ナトリウムマグネシウムアルミニウムシリコンリン硫黄塩素アルゴン
カリウムカルシウムスカンジウムチタンバナジウムクロムマンガン鉄コバルトニッケル銅亜鉛ガリウムゲルマニウム砒素セレン臭素クリプトン
ルビジウムストロンチウムイットリウムジルコニウムニオブモリブデンテクネチウムルテニウムロジウムパラジウム銀カドミウムインジウム錫アンチモンテルルヨウ素キセノン
セシウムバリウムランタンセリウムプラセオジムネオジムプロメチウムサマリウムユーロピウムガドリニウムテルビウムジスプロシウムホルミウムエルビウムツリウムイッテルビウムルテチウムハフニウムタンタルタングステンレニウムオスミウムイリジウム白金金水銀（元素）タリウム鉛ビスマスポロニウムアスタチンラドン
フランシウムラジウムアクチニウムトリウムプロトアクチニウムウランネプツニウムプルトニウムアメリシウムキュリウムバークリウムカリホルニウムアインシュタイニウムフェルミウムメンデレビウムノーベリウムローレンシウムラザホージウムドブニウムシーボーギウムボーリウムハッシウムマイトネリウムダルムシュタットレントゲンコペルニシウムニホニウムフレロビウムモスコビウムリバモリウムテネシンオガネソン
Be
↑
Mg
↓
Ca
ナトリウム←マグネシウム→アルミニウム
原子番号 （Z）12
グループ第2族（アルカリ土類金属）
期間期間3
ブロック  Sブロック
電子配置[ネ] 3秒2
殻あたりの電子数2、8、2
物理的特性
STPでの 位相固体
融点923  K (650 °C、1202 °F)
沸点1363 K (1091 °C、1994 °F)
密度（20℃）1.737 g/cm 3 [3]
液体の場合（  mp）1.584 g/cm 3
融解熱8.48  kJ/モル
蒸発熱128 kJ/モル
モル熱容量24.869 [4]  J/(モル·K)
蒸気圧
P （パ）1101001キロ1万10万
T （K）で 70177386197111321361
原子の性質
酸化状態共通: +2
0, [5] +1 [6]
電気陰性度ポーリングスケール：1.31
イオン化エネルギー
  • 1位: 737.7 kJ/mol
  • 2位: 1450.7 kJ/mol
  • 3位: 7732.7 kJ/mol
  • （もっと）
原子半径経験的： 午後160時
共有結合半径141±7時
ファンデルワールス半径午後173時
スペクトル範囲における色の線
マグネシウムのスペクトル線
その他の特性
自然発生原始的な
結晶構造六方最密充填（hcp）（hP2）
格子定数
マグネシウムの六方最密結晶構造
a  = 320.91 pm
c  = 521.03 pm （20℃）[3]
熱膨張25.91 × 10 −6 /K（20℃）[3] [a]
熱伝導率156 [7]  W/(m⋅K)
電気抵抗率43.9 [8]  nΩ⋅m （20℃）
磁気秩序常磁性
モル磁化率+13.1 × 10 -6  cm 3 /mol (298 K) [9]
ヤング率45GPa
せん断弾性率17GPa
体積弾性率35.4 [10]  GPa
音速の 細い棒4940 m/s ( 室温で) (焼鈍処理)
ポアソン比0.290
モース硬度1～2.5
ブリネル硬度44～260MPa
CAS番号7439-95-4
歴史
ネーミングギリシャのマグネシアにちなんで[11]
発見ジョセフ・ブラック（1755 [11]）
最初の隔離ハンフリー・デイビー（1808 [11]）
マグネシウムの同位体
主な同位体[12]減衰
アイソトープ豊富半減期 （t 1/2）モード製品
24mg​79.0%安定した
25mg​10.0%安定した
26mg​11.0%安定した
 カテゴリー: マグネシウム
|参照

マグネシウムは、元素記号Mgで原子番号12で表される化学元素です。密度、融点が低く、化学反応性が高い光沢のある灰色の金属です。他のアルカリ土類金属（周期表の第2族）と同様に、自然界では他の元素と結合した状態でのみ存在し、ほとんどの場合、酸化状態は+2です。マグネシウムは空気と容易に反応して、金属のさらなる腐食を防ぐ薄い酸化マグネシウムの不動態皮膜を形成します。金属は、燃えると真っ白な光を発します。この金属は主に、塩水から得られるマグネシウム塩の電気分解によって得られます。マグネシウムはアルミニウムよりも密度が低く、主にアルミニウムを含む 高強度で軽量な合金の成分として使用されます。

宇宙では、マグネシウムは、大きく老化した恒星において、炭素原子核に3つのヘリウム原子核が順次付加されることによって生成されます。このような恒星が超新星爆発を起こすと、マグネシウムの多くは星間物質に放出され、そこで新たな恒星系に再利用される可能性があります。マグネシウムは地球の地殻で8番目に豊富な元素であり[13]、地球では鉄、酸素、ケイ素に次いで4番目に多い元素で、地球の質量の13%とマントルの大部分を占めています。海水中では、ナトリウムと塩素に次いで3番目に多く溶解している元素です[14]。

この元素は人体において質量比で11番目に多い元素であり、すべての細胞と約300種類の酵素に必須です。[15]マグネシウムイオンは、ATP、DNA、RNAなどのポリリン酸化合物と相互作用します。数百種類の酵素が機能するためにマグネシウムイオンを必要とします。マグネシウム化合物は、一般的な下剤や制酸剤（マグネシアミルクなど）として、また子癇などの異常な神経興奮や血管痙攣を安定させるために医療的に使用されています。[15]

特徴

物理的特性

マグネシウム元素は灰白色の軽量金属で、密度はアルミニウムの3分の2です。マグネシウムは、アルカリ土類金属の中で最も融点（923 K（650 °C））と沸点（1,363 K（1,090 °C））が低いです。[16]

純粋な多結晶マグネシウムは脆く、せん断帯に沿って容易に破壊します。少量の他の金属、例えば1%のアルミニウムと合金化すると、延性が大幅に向上します。 [17]多結晶マグネシウムの延性は、粒径を約1μm 以下にすることでも大幅に向上します。[18]

マグネシウムを細かく粉砕すると、水と反応して水素ガスが発生します。

Mg(s) + 2 H 2 O(g) → Mg(OH) 2 (aq) + H 2 (g) + 1203.6 kJ/mol

しかし、この反応はアルカリ金属と水の反応ほど劇的ではありません。なぜなら、マグネシウム金属の表面に水酸化マグネシウムが蓄積し、それ以上の反応を阻害するからです。[19]

化学的性質

酸化

マグネシウムは還元剤として広く使用されています。[20]空気中で酸化しますが、保管時に不活性雰囲気は必要ありません。マグネシウムは薄い酸化マグネシウム層を形成し、残りの金属を保護します。[21]

常圧下でのマグネシウムと空気または酸素との直接反応では、「通常の」酸化物MgOのみが生成する。しかし、この酸化物は過酸化水素と反応して過酸化マグネシウムMgO 2を形成し、低温ではこの過酸化物がさらにオゾンと反応して超酸化マグネシウムMg(O 2 ) 2を形成する。[22]

マグネシウムは粉末にして融点よりわずかに低い温度まで加熱すると固体の窒素と反応し、窒化マグネシウムMg 3 N 2を形成する。[23]

マグネシウムは室温で水と反応しますが、同じ第2族金属であるカルシウムよりもはるかにゆっくりと反応します。[21]マグネシウムを水に浸すと、金属の表面に水素の泡がゆっくりと形成されます。この反応は、粉末状のマグネシウムでははるかに急速に起こります。 [21]この反応は、温度が高いほど速くなります（§ 安全上の注意を参照）。マグネシウムと水の可逆的な反応は、エネルギーを貯蔵し、マグネシウムベースのエンジンを動かすために利用できます。マグネシウムは、HCl とアルミニウム、亜鉛、および他の多くの金属との反応と同様に、塩酸（HCl）などのほとんどの酸と発熱反応を起こし、塩化マグネシウムと水素ガスを生成します。[24]大量に発火することは困難ですが、マグネシウム金属は発火します。

マグネシウムは、非常に高い温度でのみ発火するアルミニウムと酸化鉄の粉末の混合物であるテルミットの点火剤としても使用されることがあります。

有機化学

有機マグネシウム化合物は有機化学において広く用いられています。これらはグリニャール試薬としてよく知られており、マグネシウムとハロアルカンまたはアリールハライドをジエチルエーテル中で反応させることで生成します。[20]グリニャール試薬の例としては、臭化フェニルマグネシウムや臭化エチルマグネシウムが挙げられます。グリニャール試薬は一般的な求核剤として機能し、カルボニル基の極性結合内に存在する炭素原子などの求電子基を攻撃します。

グリニャール試薬に次ぐ代表的な有機マグネシウム試薬として、マグネシウムアントラセン（マグネソセン）が挙げられます。これは高活性マグネシウムの供給源として用いられます。1954年にエルンスト・オットー・フィッシャーとアルバート・ウィルキンソンがそれぞれ率いる独立したグループによって初めて合成されたマグネソセンは、白色から淡黄色の自然発火性粉末で、水中で激しく加水分解されます。 [20]関連するブタジエン-マグネシウム付加物は、ブタジエンジアニオンの供給源となります。

二マグネシウム(I)の錯体が観察されている。[25]

溶液中の検出

マグネシウムイオンの存在は、塩化アンモニウム、水酸化アンモニウム、リン酸ナトリウムをマグネシウムの水溶液または希塩酸溶液に加えることで検出できます。白色沈殿物の形成はマグネシウムイオンの存在を示します。

アゾバイオレット染料も使用でき、マグネシウム塩のアルカリ溶液中では濃い青色に変化します。これは、アゾバイオレットがMg(OH) 2に吸着されるためです。

フォーム

合金

マグネシウムは脆く、冷間圧延によって厚さがわずか10%減少しただけでもせん断帯に沿って破断します（上）。しかし、マグネシウムに1%のアルミニウムと0.1%のカルシウムを合金化すると、同じプロセスで厚さを54%も減少させることができました（下）。

2013年時点で、マグネシウム合金の年間消費量は100万トン未満であるのに対し、アルミニウム合金の年間消費量は5000万トンに達しています。マグネシウム合金は、腐食[26] 、高温でのクリープ[27]、燃焼[28]といった性質があるため、歴史的にその使用は制限されてきました。

腐食

マグネシウム合金では、鉄、ニッケル、銅、コバルトの存在が腐食を強く活性化させます。これらの金属は微量以上で金属間化合物として沈殿し、沈殿した場所は活性陰極サイトとして機能して水を還元​​し、マグネシウムの損失を引き起こします。[27]これらの金属の量を制御することで耐食性が向上します。十分なマンガンは鉄の腐食作用を克服します。これには組成の精密な制御が必要であり、コストが増加します。[27]陰極毒を添加すると、金属構造内に原子状水素が捕捉されます。これにより、腐食性化学プロセスの重要な要因である遊離水素ガスの形成が防止されます。約300分の1のヒ素を添加すると、食塩水中のマグネシウムの腐食速度が約10分の1に減少します。[27] [28]

高温クリープと可燃性

マグネシウムは高温でクリープ（徐々に変形する）する傾向がありますが、亜鉛や希土類元素との合金化によって大幅に減少します。[29]可燃性は、合金中の少量のカルシウムによって大幅に減少します。 [27]希土類元素を使用することで、マグネシウムの液相線よりも高い温度でも発火しないマグネシウム合金を製造できる可能性があり、場合によってはマグネシウムの沸点に近づく可能性もあります。[30]

化合物

マグネシウムは、炭酸マグネシウム、塩化マグネシウム、クエン酸マグネシウム、水酸化マグネシウム（マグネシアミルク）、酸化マグネシウム、硫酸マグネシウム、硫酸マグネシウム七水和物（エプソム塩）など、産業や生物学にとって重要な様々な化合物を形成します。[31] [32]

2020年にも水素化マグネシウムが水素を貯蔵する方法として研究されていました。[33] [34]

同位体

マグネシウムには3つの安定同位体があります。24
Mg、25
Mgと26
マグネシウム。これらはすべて自然界に相当量存在する（上の同位体表を参照）。マグネシウムの約79%は24
Mg。同位元素28
マグネシウムは放射性同位元素であり、1950年代から1970年代にかけて、科学実験に使用するために複数の原子力発電所で生産されました。この同位体は半減期が比較的短く（21時間）、輸送時間によって使用が制限されていました。

核種26
Mgはアルミニウムと同様に同位体 地質学に応用されています。26
Mgは、​26
Alは半減期が71万7000年です。安定同位元素の過剰摂取は、26
炭素質コンドライト隕石のCa-Al含有包有物中にMgが観測されている。この異常な存在量は、母天体の崩壊に起因すると考えられる。 26
研究者は、このような隕石は太陽系星雲で形成されたと結論づけている。26
Alは崩壊していた。これらは太陽系で最も古い天体の一つであり、太陽系の初期の歴史に関する情報が保存されている。

プロットするのが慣例となっている26
マグネシウム/24
MgとAl/Mg比の関係。アイソクロン年代測定プロットでは、プロットされるAl/Mg比は27
アル/24
Mg。等時線の傾きは年齢とは関係ないが、初期の26
アル/27
システムが共通の貯留層から分離された時点のサンプル中のAl比率。

生産

マグネシウム板とインゴット

発生

マグネシウムは質量で地殻中に8番目に多く存在する元素であり、モル濃度では鉄と並んで7番目に多い元素です。[13]マグネシウムは、マグネサイト、ドロマイト、その他の鉱物の大規模な鉱床や、マグネシウムイオンが溶解する鉱水に含まれています。[35]

マグネシウムは60種類以上の鉱物に含まれていますが、商業的に重要なものはドロマイト、マグネサイト、ブルーサイト、カーナライト、タルク、オリビンだけです。[36]

Mg​2歳以上
 マグネシウムは海水中で2番目に多い陽イオン（特定のサンプル中のナトリウムイオンの質量の 約1 ⁄ 8 ）であるため、海水と海塩はマグネシウムの魅力的な商業的供給源となります。

生産量

2017年の世界生産量は約1,100 ktで、その大部分は中国（930 kt）とロシア（60 kt）で生産されている。[37]アメリカ合衆国は20世紀にこの金属の世界最大の供給国であり、1995年という最近の時期でさえ世界生産量の45%を供給していた。中国がピジョン法を習得して以来、アメリカの市場シェアは7%で、2013年時点で残っているアメリカの生産者はグレートソルトレイクの湖畔にあるレンコグループのUSマグネシウム1社のみである。[38]

2021年9月、中国は製造業のエネルギー供給を削減するという政府の取り組みの結果としてマグネシウムの生産を削減する措置を講じ、大幅な価格上昇につながった。[39]

ピジョン法とボルツァーノ法

イラン人労働者がピジョン工程を担当している

ピジョン法とボルツァーノ法は類似しています。どちらの場合も、酸化マグネシウムが金属マグネシウムの前駆体となります。酸化マグネシウムは、炭酸カルシウムと炭酸マグネシウムの固溶体である鉱物ドロマイトを焼成することで、酸化カルシウムとの固溶体として生成されます。

CaCO 3・MgCO 3 → MgO・CaO + 2 CO 2

シリコンは高温で還元反応を起こします。純粋なシリコンよりも経済的なため、フェロシリコン合金が用いられます。鉄成分は反応には影響せず、簡略化された反応式は次のようになります。[要出典]

MgO・CaO +Si → 2 Mg + Ca 2 SiO 4

酸化カルシウムは酸素除去剤としてのケイ素と結合し、非常に安定したケイ酸カルシウムを生成します。前駆体のMg/Ca比は、MgOまたはCaOを添加することで調整できます。[40]

ピジョン法とボルツァーノ法は、加熱方法と反応器の構成が異なります。どちらもガス状のマグネシウムを生成し、これを凝縮して回収します。世界の生産量はピジョン法が主流です。[41] [42]ピジョン法は技術的にそれほど複雑ではなく、蒸留/蒸着条件により高純度の製品を容易に得ることができます。[41]中国はほぼ完全に珪素熱分解法のピジョン法に依存しています。

ダウプロセス

ピジョン法に次いで、マグネシウム生産において2番目に多く用いられている方法は電気分解です。これは2段階のプロセスです。第一段階は塩化マグネシウムを含む原料を調製することであり、第二段階は電解槽内でこの化合物をマグネシウム金属と塩素ガスに分解することです。[42]

マグネシウムを抽出するには、海水に水酸化カルシウムを加えて水酸化マグネシウムを沈殿させる。 [ 43]

塩化マグネシウム
2+ Ca(OH)
2→マグネシウム(OH)
2+塩化カルシウム
2

水酸化マグネシウム（ブルーサイト）は水に溶けにくいため、濾過によって回収できます。塩酸と反応して塩化マグネシウムになります。[42]

マグネシウム(OH)
2+ 2 HCl → MgCl
2+ 2時間
2お

塩化マグネシウムからは電気分解によりマグネシウムが生成される。[44]

基本的な反応は次のようになります。

MgCl 2 → Mg(g) + Cl 2 (g)

この反応が起こる温度は680～750℃である。[42]

塩化マグネシウムは、ダウ法（海水とドロマイトを凝集装置で混合するか、塩化マグネシウム塩水を脱水処理することによって得られる）によって得られる。電解セルは溶融塩電解液に部分的に浸漬され、生成した塩化マグネシウムが6～18%の濃度で添加される。[42]このプロセスには、有害な塩素ガスの発生や、反応全体に必要なエネルギー消費量が非常に多く、環境リスクが生じるなど、いくつかの欠点がある。[45]ピジョン法は、電解法と比較して、簡便性、建設期間の短縮、消費電力の低減、そしてマグネシウムの全体的な品質向上という点でより有利である。[21]

アメリカ合衆国では、マグネシウムはかつてテキサス州コーパスクリスティのダウ法によって、塩水と海水から溶融塩化マグネシウムを電気分解することで主に得られていました。マグネシウムを含む塩水は、2歳以上
イオンはまず石灰（酸化カルシウム）で処理され、沈殿した水酸化マグネシウムが集められます。

マグネシウム2歳以上
(水溶液) + CaO (水溶液) + H
2O (l) → Ca2歳以上
(水溶液) + Mg(OH)
2（秒）

次に、水酸化物は塩酸で処理し、生成物を加熱して水を除去することで塩化マグネシウムに変換されます。

Mg(OH) 2 + 2 HCl → MgCl 2 + 2 H 2 O

塩は溶融状態で電気分解され、陰極ではマグネシウム2歳以上
イオンは2つの電子によって還元され、マグネシウム金属になります。

マグネシウム2歳以上
+ 2 e−
→ マグネシウム

陽極では、 Clの各ペア−
イオンは塩素ガスに酸化され、2つの電子を放出して回路が完成します。

2 Cl−
→塩素
2(g) + 2 e−

炭素熱過程

炭素熱法によるマグネシウム抽出は、低エネルギーでありながら生産性が高い方法として認識されています。その化学反応は以下の通りです。

ロータリー窯は焼成に使用されます

C + MgO → CO + Mg

この方法の欠点は、蒸気をゆっくりと冷却すると反応が急速に元に戻ってしまう可能性があることです。これを防ぐには、マグネシウムを適切な金属溶媒に直接溶解し、元の状態に戻ってしまう前に、蒸気を急冷することで元の状態に戻すことができます。 [46]

YSZプロセス

より新しいプロセスである固体酸化物膜技術では、MgOの電解還元が行われます。陰極では、Mg2歳以上
イオンは2つの電子によってマグネシウム金属に還元されます。電解質はイットリア安定化ジルコニア（YSZ）です。陽極は液体金属です。YSZ/液体金属陽極O2−
酸化される。液体金属陽極の周囲にはグラファイト層があり、この界面で炭素と酸素が反応して一酸化炭素を生成する。液体金属陽極として銀を用いると、還元剤の炭素や水素は不要となり、陽極では酸素ガスのみが発生する。[47] 2011年には、この方法では電解還元法に比べて1ポンド当たり40%のコスト削減が達成できることが報告されている。[48]

リーケ法

リーケらは、「アルカリ金属を還元剤として用いてエーテルまたは炭化水素溶媒中の金属塩を還元することにより、反応性の高い金属粉末を製造するための一般的な方法」を開発しました。これは現在リーケ法として知られています。[49]リーケは1989年にリーケ金属の同定を完了し、[50]その一つが1974年に初めて生成されたリーケマグネシウムでした。[51]

歴史

マグネシウムという名称は、マグネテス族に関連する地名を表すギリシャ語に由来し、テッサリア地方のマグネシア[52]、あるいは現在のトルコにあるマグネシア・アド・シピュルム[53]と呼ばれていました。マグネタイトとマンガンもこの地域に起源を持ち、別々の物質として区別する必要がありました。この歴史についてはマンガンを参照してください。

1618年、イギリスのエプソムの農夫が地元の井戸から牛に水を飲ませようとしました。牛たちは水の苦味のために飲もうとしませんでしたが、農夫は水が擦り傷や発疹を治す効果があることに気づきました。この水を蒸発させて得られた物質はエプソム塩として知られるようになり、その評判は広まりました。[54]最終的に、水和硫酸マグネシウム（MgSO）として認識されました。
4·7 時間
2O . [55]

この金属自体は、 1808年にイギリスのハンフリー・デービー卿によって初めて単離されました。彼はマグネシアと酸化第二水銀の混合物を電気分解しました。[56] アントワーヌ・ビュッシーは1831年にそれをまとまった形で調製しました。デービーが最初に提案した名前は「マグニウム」でしたが、[56]現在ではほとんどのヨーロッパ言語でマグネシウムという名前が使用されています。[57]

マグネシウムに関するさらなる発見は、帝政ロシアの物理化学の父、ニコライ・ベケトフ（1827年 - 1911年）によってなされ、彼はマグネシウムと亜鉛が高温下で塩から他の金属を置換することを確立しました。

用途

マグネシウム金属

1930年にウェイクスケート中に照明源としてマグネシウムを使用する珍しい例

マグネシウムは、鉄とアルミニウムに次いで3番目に多く使われている構造用金属です。 [58]マグネシウムの主な用途は、順に、アルミニウム合金、ダイカスト（亜鉛との合金）[59] 、鉄鋼生産における硫黄の除去、クロール法によるチタン生産です。[40]

マグネシウムは軽量材料や合金に用いられます。例えば、炭化ケイ素ナノ粒子を注入すると、非常に高い比強度が得られます。[60]

歴史的に、マグネシウムは航空宇宙分野の主要な構成金属の一つであり、第一次世界大戦初期からドイツ軍の航空機に使用され、第二次世界大戦でもドイツ軍の航空機に広く使用されました。ドイツ人はマグネシウム合金を「エレクトロン」と名付け、この用語は現在でも使用されています。民間航空宇宙産業では、マグネシウムは火災や腐食の危険性から、一般的にエンジン関連部品に限定されていました。21世紀には、燃費向上の重要性を背景に、航空宇宙分野におけるマグネシウム合金の使用が増加しています。[61]マグネシウム合金は、構造用途においてアルミニウム合金や鋼合金の代替品として使用できます。[62] [63]

航空機

自動車

ブガッティタイプ 57 エアロライトは、商標登録されたマグネシウム合金であるエレクトロン製の軽量ボディが特徴です。

AJ62AとAE44はどちらも高温低クリープマグネシウム合金の最近の開発品である。これらの合金の一般的な戦略は、例えばミッシュメタルやカルシウムを添加することによって、粒界に金属間析出物を形成することである。[73]

エレクトロニクス

マグネシウムは密度が低く、機械的・電気的特性に優れているため、携帯電話、ノートパソコン、タブレット端末、カメラ、その他の電子部品の製造に使用されています。[74] 2020年モデルのノートパソコンの一部では、その軽量さからプレミアム機能として採用されました。[75]

マグネシウム製品：着火剤、削りくず、削り器、マグネシウムリボン

光源

マグネシウムは可燃性で、約3,100℃（3,370 K; 5,610 °F）で燃焼します[64] 。マグネシウムリボンの自然発火温度は約473℃（746 K; 883 °F）です[76] 。マグネシウムは燃焼温度が高いため、緊急時の火災の着火に便利です。空気中で燃焼すると、マグネシウムは強い紫外線を含む明るい白色光を発します。

マグネシウム粉末（フラッシュパウダー）は、写真技術の黎明期に被写体照明に使用されていました。[77] [78]マグネシウムフィラメントは、電気点火式の使い捨て写真用フラッシュバルブに使用され、最終的にはこの用途に取って代わりました。マグネシウム粉末は、鮮やかな光が求められる花火や海洋フレア、そして自動再点火するバースデーキャンドルのトリックなどに使用されています。また、稲妻、[80]ピストルの閃光、[81]超自然現象の演出など、様々な演劇効果にも使用されました。[82]

マグネシウムは、テルミットやその他の高発火温度を必要とする物質の発火によく使用されます。マグネシウムは戦争において焼夷元素 として使用され続けています。 [83]

マグネシウム着火剤（左手）。ポケットナイフとフリントを使って削りくずを点火する火花を発生させる。

マグネシウムおよびマグネシウム合金の炎の温度は 3,100 °C (5,610 °F) に達することがあるが[64]、燃えている金属上の炎の高さは通常 300 mm (12 インチ) 未満である。[84]一度発火すると、このような火災は消火が困難である。なぜなら、火を消すために一般的に使用されるいくつかの物質に抵抗するからである。燃焼は窒素中 (窒化マグネシウムを形成)、[85]二酸化炭素中(酸化マグネシウムと炭素を形成)、[86]および水中 (酸化マグネシウムと水素を形成、これも追加の酸素の存在下で熱により燃焼) 中で継続する。この特性[どの特性か? ]は、第二次世界大戦中の都市の焼夷弾爆撃 の焼夷兵器に利用された。当時の唯一の実用的な民間防衛手段は、燃えている炎を乾いた砂で覆い[なぜ? ]大気を燃焼から遮断することだった。[出典が必要]

化学試薬

グリニャール試薬を調製するために、削りくずやリボンの形で使用され、有機合成に有用である。[87]

他の

化合物

マグネシウム化合物、主に酸化マグネシウム（MgO）は、鉄鋼、非鉄金属、ガラス、セメントの製造における炉のライニングの耐火物として使用されます。酸化マグネシウムおよびその他のマグネシウム化合物は、農業、化学、建設業界でも使用されています。焼成された酸化マグネシウムは、耐火ケーブルの電気絶縁体として使用されます。[98]

マグネシウムはハロアルカンと反応してグリニャール試薬を与え、これは炭素-炭素結合を形成する様々な有機反応に使用されます。[99]

マグネシウム塩は、様々な食品[100] 、肥料[101] （マグネシウムはクロロフィル[102]の成分である）、微生物培養培地[103]に含まれています。

亜硫酸マグネシウムは紙の製造（亜硫酸法）に使用されます。[104]

リン酸マグネシウムは建築用木材の耐火処理に使用されます。[105]

六フッ化ケイ酸マグネシウムは繊維製品の防虫加工に使用されます。[106]

生物学的役割

作用機序

リン酸イオンとマグネシウムイオンの重要な相互作用により、マグネシウムは既知のあらゆる生物のあらゆる細胞における基本的な核酸化学に不可欠な存在となっています。300種類以上の酵素が触媒作用にマグネシウムイオンを必要としており、これにはATPを使用または合成するすべての酵素、および他のヌクレオチドを用いてDNAやRNAを合成する酵素が含まれます。ATP分子は通常、マグネシウムイオンとキレート化した状態で存在します。 [107]

栄養

マグネシウムの摂取、特に食事からの摂取は、血圧を適度に下げ、脳卒中や突然の心臓死のリスクを減らす可能性がありますが、証拠はまちまちで効果は小さく、心血管疾患予防におけるその役割を明らかにするにはより堅牢な臨床試験が必要です。[108]

ダイエット

キャプションを参照してください。完全な説明についてはリンクをクリックしてください。
マグネシウムを多く含む食品の例（左上から時計回り）：ブランマフィン、カボチャの種、大麦、そば粉、低脂肪バニラヨーグルト、トレイルミックス、オヒョウステーキ、ヒヨコ豆、リマ豆、大豆、ほうれん草

スパイス、ナッツ、シリアル、ココア、野菜はマグネシウムの良い供給源です。[15]ほうれん草などの緑の葉野菜もマグネシウムが豊富です。[109]

食事に関する推奨事項

英国では、マグネシウムの食事摂取基準による1日の推奨摂取量は、男性は300mg 、女性には270mg 。 [110]

米国では、推奨される食事摂取量（RDA）は19～30歳の男性には400mg、高齢者には420mg、女性には19～30歳の場合は310mg、高齢者には320mg。[111]

補充

マグネシウムの医薬品やサプリメントは数多く販売されています。ほとんどの人は健康的な食事から十分なマグネシウムを摂取できますが、マグネシウム欠乏症、妊娠合併症、特定の慢性疾患など、特定の症状にはサプリメントが役立つ場合があります。[112]

2014年の文献レビューでは、片頭痛予防のための経口マグネシウム補給を支持する証拠は限られており、生活習慣の変化に前向きな患者にとっては食事からのマグネシウム摂取量を増やす方が効果的な選択肢となる可能性があることを示唆している。[113]

代謝

成人の体にはマグネシウムは22～26グラム含まれており[15] [114] 、 60%が骨格に、39%が細胞内（20%が骨格筋）、1%が細胞外に存在する。[15]血清中濃度は通常0.7～1.0 mmol/Lまたは1.8～2.4  mEq /L。細胞内マグネシウムが欠乏している場合でも、血清マグネシウム濃度は正常である場合があります。血清中のマグネシウム濃度を維持するメカニズムは、消化管からの吸収と腎排泄です。細胞内マグネシウムは細胞内カリウムと相関しています。マグネシウムが増加するとカルシウムが低下し[115]、初期レベルに応じて高カルシウム血症を予防するか、低カルシウム血症を引き起こす可能性があります[115] 。タンパク質摂取量が少ない場合も多い場合も、腸内のリン酸、フィチン酸、脂肪の量と同様に、マグネシウムの吸収が阻害されます。吸収されなかった食事性マグネシウムは便として排泄され、吸収されたマグネシウムは尿と汗として排泄されます[116] 。

血清および血漿中の検出

マグネシウムの状態は、血清および赤血球中のマグネシウム濃度、尿および便中のマグネシウム含有量を測定することで評価できますが、静脈内マグネシウム負荷試験の方がより正確で実用的です。[117]注射量の20%以上が体内に残留している場合は欠乏症を示します。[118] 2004年現在、マグネシウムのバイオマーカーは確立されていません。[119]

治療目的で薬物を投与されている患者においては、血漿または血清中のマグネシウム濃度をモニタリングすることで、有効性と安全性を確認し、中毒の可能性のある患者の診断を確定することができます。分娩中に硫酸マグネシウムを非経口投与された母親から生まれた新生児は、血清マグネシウム値が正常であっても毒性を示す可能性があります。[120]

欠乏

低血漿マグネシウム血症は一般的であり、一般人口の2.5～15％に認められます。[121] 2005年から2006年にかけて、米国人口の48％が食事摂取基準で推奨されている量を下回るマグネシウムを摂取していました。[122]その他の原因としては、腎臓または消化管からの損失の増加、細胞内シフトの増加、プロトンポンプ阻害薬による制酸療法などが挙げられます。ほとんどは無症状ですが、神経筋障害、心血管障害、代謝障害に関連する症状が現れることもあります。[121] アルコール依存症はマグネシウム欠乏症と関連することがよくあります。慢性的に血清マグネシウム値が低い場合は、メタボリックシンドローム、 2型糖尿病、線維束性収縮、高血圧と関連しています。 [123]

治療

その他の医療用途

マグネシウム塩の種類別に分類すると、その他の治療用途としては次のようなものがあります。

過剰摂取

血液中の過剰なマグネシウムは腎臓ですぐに濾過されるため、食事由来のマグネシウムのみの過剰摂取は考えにくい。腎機能障害がある場合には過剰摂取の可能性がさらに高くなる。[121] サプリメントを過剰摂取した場合も過剰摂取の可能性が高い。メガビタミン療法により小児が死亡し、[129]腎臓が健康な女性と少女に重度の高マグネシウム血症が発生した。 [130] [131]過剰摂取で最も一般的な症状は吐き気、嘔吐、下痢である。その他の症状には低血圧、錯乱、心拍数と呼吸数の低下、その他のミネラルの欠乏、昏睡、不整脈、心停止による死亡などがある。[115]

植物における機能

植物は光合成に不可欠なクロロフィルを合成するためにマグネシウムを必要とする。[132]クロロフィルのポルフィリン環の中心にあるマグネシウムは、ヘムのポルフィリン環の中心にある鉄と同様の働きをする。植物におけるマグネシウム欠乏は、特に古い葉において、晩秋に葉脈間の黄変を引き起こす。[133]これは、土壌にエプソム塩（急速に浸出する）または砕いたドロマイト石灰岩を施すことで改善できる。

安全上の注意

マグネシウム
危険
GHSラベル：
GHS02: 可燃性
危険
H228、H251、H261
P210、P231、P235、P410、P422 [134]
NFPA 704（ファイアダイヤモンド）
[135]
NFPA 704 4色ダイヤモンドHealth 0: Exposure under fire conditions would offer no hazard beyond that of ordinary combustible material. E.g. sodium chlorideFlammability 1: Must be pre-heated before ignition can occur. Flash point over 93 °C (200 °F). E.g. canola oilInstability 1: Normally stable, but can become unstable at elevated temperatures and pressures. E.g. calciumSpecial hazards (white): no code
0
1
1
マグネシウムブロックをトーチで加熱して自己燃焼させ、強烈な白色光を発する

マグネシウム金属およびその合金は爆発の危険性があり、溶融状態、粉末、リボン状など、純粋な状態では非常に可燃性が高い。燃焼中または溶融状態のマグネシウムは水と激しく反応する。マグネシウム粉末を扱う際は、マグネシウムの燃焼により発生する紫外線が人間の目の網膜に永久的な損傷を与える可能性があるため、目の保護具と紫外線カット機能を備えた安全眼鏡（溶接工が使用するものなど）を着用する。[136]

マグネシウムは水を還元して非常に可燃性の水素ガスを放出する能力がある： [137]

Mg(s) + 2 H
2O (l) → Mg(OH)
2(s) + H
2（グ）

そのため、マグネシウム火災は水では消火できません。発生した水素ガスが火を強めます。乾燥した砂は効果的な消火剤ですが、比較的平坦で平らな表面でのみ使用できます。

マグネシウムは二酸化炭素と発熱反応を起こして酸化マグネシウムと炭素を形成する：[86]

2 Mg(s) + CO
2(g) → 2 MgO(s) + C(s)

したがって、二酸化炭素はマグネシウムの火を消火するのではなく、むしろ燃え上がらせます。

マグネシウムの燃焼は、D級乾燥化学消火器を使用するか、砂やマグネシウム鋳造フラックスで火を覆い、空気源を除去することで消火できます。 [138]

参照

注記

  1. ^ 熱膨張は異方性である: 各結晶軸のパラメータ(20 °C)はα a  = 25.31 × 10 −6 /K、α c  = 27.03 × 10 −6 /K、α平均= α V /3 = 25.91 × 10 −6 /K.[3 ]

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