Магний, свойства атома, химические и физические свойства

О дефиците магния

6,7

Магний — незаменимый катализатор для выработки энергии в организме

Магний способствует нормальной работе мышц

Магний играет важную роль в формировании костной ткани

Магний контроллирует работу сердца, в тандеме с калием и кальцием поддерживая правильный ритм и нормальное артериальное давление

Магний необходим для синтеза белка, ращепления глюкозы и удаления из организма токсинов, а также для обеспечения нормального обмена липидов и жирных кислот

Магний отвечает за способность нервных клеток принимать и передавать информацию, тормозя чрезмерное возбуждение и стабилизируя нервные клетки

Магний является катализатором и компонентом более трехсот ферментов

Магний участвует в производстве «гормона счастья» — серотонина

Дефицит магния?

Судороги6

Симптомы

• Судороги
• Мышечные боли
• Спазмы
• Неприятные ощущения в мышцах

Появление судорог обычно связано с дефицитом магния7

Женское здоровье9–12

Симптомы

• Усиление симптомов при ПМС
• Нарушения цикла
• Усиление симптомов при климаксе
• Повышенный риск прерывания беременности

Дефицит магния во время беременности сопряжен со многими осложнениями беременности и родов9

Тревога и стресс6

Симптомы

• Проблемы со сном, нарушения сна и засыпания
• Раздражительность и быстрая утомляемость
• Головокружение, головные боли
• Чувство страха

Нормализация уровня магния повышает устойчивость к стрессу и улучшает качество сна7

Проблемы с сердцем6

Симптомы

• Учащенное сердцебиение и пульс
• Нарушение ритма сердца
• Повышенный риск артериальной гипертонии

Дефицит магния повышает относительный риск внезапной смерти от кардиологических причин на 37%8

Магний — что это за химический элемент

Международное обозначение в химии — Mg (Magnesium). Заряд ядра магния составляет +12, а атомный вес равен 24,132 а.е.м. При обычных условиях металл отличается легкостью, хорошей ковкостью, имеет серебристый цвет.

Химические свойства магния:

• не вступает в реакцию со щелочами;
• взаимодействие с кислотами приводит к полному растворению магния и выделению водорода;
• при нагреве на воздухе происходит сгорание металла с выделением теплоты и яркого свечения;
• смесь магниевого порошка и активных окислителей взрывоопасна;
• при увеличении температуры магний активно реагирует с водой.

В воздушной среде магний окисляется. Процесс формирует на поверхности защитную пленку, которая разрушается при нагреве до 600°C. Реакция сопровождается ослепительно-белой вспышкой пламени, образованием оксида и нитрида. Утилитарные свойства магния зависят от степени чистоты. В очищенном состоянии металл пластичен, легко подается механической обработке.

История открытия, нахождение в природе

В Европе на рубеже XVIII-XIX веков было поставлено множество экспериментальных опытов с рудой. В результате получались вещества с большой концентрацией различных примесей и загрязнений. В середине XIX столетия французу А.Бюсси и англичанину М.Фарадею удалось получить материал, который обладал достаточной степенью чистоты.

В данных экспериментах был использован расплавленный хлорид магния. А.Бюсси трудился над восстановлением вещества с помощью металлического калия, а М.Фарадей применял в эксперименте электролиз. История названия металла связана с областью в Малой Азии. Магнезией был назван город, неподалеку от которого были обнаружены запасы магнезита. В России с середины XIX столетия стало активно использоваться понятие «магний».

Магний является одним из самых распространенных компонентов в земной коре, в тонне которой содержится 19,52 кг данного металла, что составляет приблизительно 2%. Впервые металл обнаружили в конце XX века на территории России в Восточной Сибири на берегу реки Чона и в Таджикистане в составе вулканической лавы.

Магний в природе встречается в формах:

• доломит;
• магнезит.

Металл в большой концентрации содержится в следующих материалах:

• брусит;
• кизерит;
• бишофит и др.

Помимо минеральных залежей, металл обнаружен в:

• морской воде;
• рапе (насыщенном соляном растворе солей).

Места расположения залежей осадочного происхождения:

• магнезит в гидротермальных источниках;
• доломит в осадочных карбонатных прослойках;
• самородные фрагменты металла, сформированные газами.

Биохимические методы исследования

В клинике для диагностических целей определяют содержание М. в сыворотке (плазме) крови, эритроцитах, моче и некоторых тканях. Методы определения М. можно разделить на следующие основные группы: хим. методы — титриметрические (см. Титриметрический анализ) и колориметрические (см. Колориметрия), пламенная фотометрия (см.), атомно-абсорбционная спектрофотометрия (см.), спектрографические методы, флюориметрические методы.

Среди титриметрических методов наибольшее значение имеют методы комплексонометрического титрования (см. Комплексонометрия). Эти методы основаны на способности кальция и М. образовывать комплексные цветные соединения с нек-рыми индикаторами и на вытеснении кальция и М. из этих соединений при титровании р-ром комплексона III (динатриевой соли ЭДТА). В качестве индикатора применяют эриохром черный Т, мурексид и др. Эти методы (напр., метод определения М. по Сюдмак) дают возможность определить как общее количество кальция и магния, так и содержание каждого из них в отдельности.

Определение магния в сыворотке (плазме) крови по методу Веллуза основано на осаждении М. о-оксихинолином после высушивания и прокаливания сыворотки крови. Осадок оксихинолината магния бромируют избытком бромида и бромата калия; освобождающийся бром обрабатывают йодистым калием, выделяющийся йод титруют тиосульфатом натрия, по количеству йода рассчитывают содержание М. Однако этот метод требует больших затрат времени и труда (только для высушивания и прокаливания сыворотки крови необходимо 4—5 час.).

Колориметрические методы определения М. основаны на образовании окрашенных комплексов М. с азокрасителями, напр, с титановым желтым, ксилидиновым синим (магоном). Интенсивность окраски р-ров, содержащих эти комплексы, пропорциональна концентрации М. и измеряется колориметрически. Эти методы достаточно чувствительны, хорошо воспроизводимы, не требуют больших затрат времени и труда и являются наиболее приемлемыми для серийных исследований в клинико-диагностических лабораториях. Методы определения М. по цветной реакции с магоном и титановым желтым (метод Кункеля— Пирсона — Шгейгерта) приняты в нашей стране в качество унифицированных.

Ход определения: 1 мл сыворотки (плазмы) крови, 2 мл дистиллированной воды, 1 мл 10% р-ра вольфрамовокислого натрия, 1 мл 0,67 н. р-ра серной к-ты смешивают и центрифугируют; к 2,5 мл центрифугата добавляют 1 каплю индикатора метилового красного, нейтрализуют 0,8% р-ром едкого натра, добавляют 1 мл 2% р-ра гидроксиламина, 1 мл 0,075% р-ра титанового желтого, 2 мл 6% р-ра едкого натра, дистиллированной водой доводят объем смеси до 10 мл. Интенсивность окраски измеряют на фотоэлектроколориметре при длине волны 500—560 им (зеленый светофильтр). Для построения калибровочного графика используют р-р сернокислого магния.

Нормальное содержание М. в сыворотке (плазме) крови, определяемое этим методом, 1,4—2,4 мэкв/л.

Определение М. методом пламенной фотометрии не получило широкого распространения в клин, практике, т. к. его можно проводить только на фотометрах, имеющих специальный светофильтр; кроме того, присутствие других щелочных и щелочноземельных металлов мешает определению.

Атомно-адсорбционный метод является наиболее чувствительным методом определения М., но в клин, исследованиях он используется мало.

Спектрографический метод позволяет определять М. без предварительной обработки пробы крови, но он также требует наличия специальной аппаратуры, что затрудняет внедрение его в широкую клин, практику.

Флюориметрические методы определения М. с 8-оксихинолином, 8-окси-5-хинолинсульфонатом и т. д. недостаточно специфичны (определению мешают ионы кальция).

Магниевые «нобели»: хлорофилл

Следующий наш рассказ о нобелевских премиях, связанных с магнием, будет посвящен Рихарду Вильштеттеру, ученику Адольфа фон Байера, изучавшего красители.

Рихард Вильштеттер

В год, когда его патрон удостоился Нобелевской премии по химии (1905), он перешел на полную профессорскую ставку в Цюрих, в знаменитый ETH, и начал работать на производстве красителя хлорофилла — вещества, которое делает листья зелеными и который обеспечивает превращение углекислого раза растениями в углеводы (процесс фотосинтеза).

Именно на поприще изучения хлорофилла (до Вильштеттера вообще никто не знал даже брутто-формулы этого важнейшего вещества) он добился наибольших успехов. Сначала он выявил эмпирическую формулу хлорофилла — относительное содержание в нем атомов углерода, азота, водорода, кислорода и магния.

Вильштеттеру удалось опровергнуть утверждение о том, что у каждого растения — свой хлорофилл. Химик вместе со своим учеником Артуром Штоллем показал, что во всем растительном царстве существуют всего две очень близкие формы хлорофилла: a и b (правда, потом нашлись и c1, и c2, и некоторые другие).

Хлорофилл C1 и C2

Постепенно Вильштеттер начал расшифровывать структуру пигмента и обнаружил в нем тетрапиррольное кольцо (порфирин) с центральным атомом магния. Нужно отметить, что сырьем «хлорофилловой фабрики» Вильштеттера стала крапива, ведь в ней содержится очень много хлорофилла.

«Цель моей работы состояла в том, чтобы установить структурные характеристики наиболее широко распространенных пигментов растений, в частности хлорофилла, и найти определенные критерии, касающиеся их химической функции», — так описал свой труд Рихард Вильштеттер в нобелевской лекции.Это была первая премия «за хлорофилл». Но далеко не последняя.

В 1930 году Нобелевскую премию по химии с формулировкой «За исследования по конструированию гемина и хлорофилла, особенно за синтез гемина» получил немец Ханс Фишер, который сделал первые шаги по синтезу хлорофилла.

На представлении лауреата Ханс Седербаум из Шведской королевской академии сказал: «Работы Фишера стали научным достижением, которое вряд ли могло бы быть получено предыдущими поколениями. Исследования Фишера показали, что природа, несмотря на ее непомерное многообразие, довольно экономно использует стандартный строительный материал для конструирования таких сильно различающихся как по внешнему виду, так и по распространению двух веществ, ».

Ханс Фишер

Дальше – больше. Как вы думаете, кто сделал первый в истории направленный синтез хлорофилла? Можно даже не гадать, «второй по крутизне химик после природы» (цитируя представителя Нобелевского комитета) – Роберт Бернс Вудворд,который опубликовал очередной рутинный великий синтез в 1960 году. Так что и этот синтез стал кирпичиком в нобелевской премии великого Вудворда, получившего премию «потому, что он молодец».

Американский биохимик Мелвин Кальвин при помощи радиоактивного углерода сумел показать, как именно работает хлорофилл в растениях. Как итог – Нобелевская премия по химии 1961 году «За исследование усвоения двуокиси углерода растениями». И, наконец, отчасти с хлорофиллом связана Нобелевская премия по химии 1988 года, которую получили немцы Иоганн Дайзенхофер, Хармут Михель и Роберт Хубер, которые установили трёхмерную структуру фотосинтетического реакционного центра.

Но, конечно, магний важен для человека не только Нобелевскими премиями. Магний – одиннадцатый по распространенности в нашем организме элемент, при этом он входит в состав или участвует в работе почти 300 ферментов (это из известных!), так что этот элемент нам просто необходим.

А в завершение нашего длинного рассказа мы покажем вам видео из знаменитой серии популярных видеороликов о химических элементах серии «Периодическое видео химических элементов», которую ведет замечательный профессор Ноттингемского университета Мартин Полякофф

Текст: Алексей Паевский

Значение для человека

Магний изначально присутствует в биологических организмах. Однако в повседневных продуктах (хлеб, молоко, мясо) его минимум.

Жизненные процессы

Без металла невозможен нормальный ход важных жизненных процессов:

• Синтез белка.
• Работа нервной системы, сердечной мышцы.
• Расширение сосудов.
• Желчеотделение.
• Работа ЖКТ.
• Выведение из организма холестерина.
• Сокращение мышц.

Суточная норма вещества для женщин и мужчин – 300 и 400 мг.

Потребность увеличивают психические, физические перегрузки, стрессы, злоупотребление алкоголем, потливость.

Усваивать микроэлемент полнее мешают фитин, жирный или насыщенный кальцием рацион.

Токсикология

Соединения магния малотоксичны (за исключением солей таких ядовитых кислот, как синильная, азотистоводородная, плавиковая, хромовая).

Биологическая роль

Магний — один из важных биогенных элементов, в значительных количествах содержится в тканях животных и растений (хлорофиллы). Его биологическая роль сформировалась исторически в период зарождения и развития протожизни на нашей планете в связи с тем, что солевой состав морской воды древней Земли был преимущественно хлоридно-магниевый, в отличие от нынешнего — хлоридно-натриевого.

Магний является кофактором многих ферментативных реакций. Магний необходим для превращения креатинфосфата в АТФ — нуклеотид, являющийся универсальным поставщиком энергии в живых клетках организма. Магний необходим на всех этапах синтеза белка. Он участвует в поддержании нормальной функции нервной системы и мышцы сердца, оказывает сосудорасширяющее действие, стимулирует желчеотделение, повышает двигательную активность кишечника, что способствует выведению из организма холестерина.

Усвоению магния мешают наличие фитина и избыток жиров и кальция в пище. Недостаток магния в организме может проявляться по-разному: бессонница, хроническая усталость, остеопороз, артрит, фибромиалгия, мигрень, мышечные судороги и спазмы, сердечная аритмия, запоры, предменструальный синдром (ПМС). При потливости, частом употреблении слабительных и мочегонных, алкоголя, больших психических и физических нагрузках (в первую очередь при стрессах и у спортсменов) потребность в магнии увеличивается.

Более всего магния содержится в пшеничных отрубях, тыквенных семечках, какао-порошке. К пище, богатой магнием относят также кунжут, отруби, орехи. Однако обилие фитина в этих продуктах делает его малодоступным для усвоения, поэтому только зелёные овощи могут служить надёжным источником магния. Магния совсем мало в хлебе, молочных, мясных и других повседневных продуктах питания современного человека. Суточная норма магния — порядка 300 мг для женщин и 400 мг для мужчин (предполагается, что всасывается около 30 % магния).

При употреблении витаминно-минеральных комплексов, содержащих магний, необходимо помнить, что при чрезмерном его потреблении возможна передозировка, сопровождающаяся снижением артериального давления, тошнотой, рвотой, угнетением центральной нервной системы, снижением рефлексов, изменениями на электрокардиограмме, угнетением дыхания, комой, остановкой сердца, параличом дыхания, анурическим синдромом.

Также следует соблюдать осторожность при приеме магния людям с почечной недостаточностью

Питание

Магнием насыщены порошковое какао, отруби, орехи, тыквенные семечки. Однако усваивать элемент мешает изобилие в них фитина.

Кладезем магния диетологи считают зеленые овощи. Это капуста, огурцы, горошек, спаржа, сельдерей, лук, шпинат, петрушка.

Последствия дефицита или избытка вещества

Симптомы дефицита магния:

• Проблемы с костями (артрит, остеопороз).
• Судороги, спазмы мышц.
• Головная боль.
• Сбои в работе ЖКТ (запоры), сердца (аритмия).

На эмоциональном плане нехватка вещества приводит к бессоннице, перманентной усталости, раздражительности (особенно ПМС).

Опасно и чрезмерное увлечение микроэлементом.

О передозировке металла сигнализируют:

• Снижение артериального давления.
• Тошнота, рвота.
• Угнетение ЦНС, рефлекторной функции, дыхания.

Биологическая роль магния в организме

Большая часть магния – почти 99% находится в клетках организма, при этом, около 65% минерала сосредоточено в костной ткани, 33% в мягкой и 1-2% в жидкости.

Магний выполняет множество важных и полезных функций, среди которых:

• Формирование и рост костной ткани, а также предотвращение уменьшения плотности костей (остеопороза);
• Поддерживает здоровье зубов;
• Регулирование передачи нервных импульсов от ЦНС по всему организму, и соответственно участие в управлении головным мозгом всего тела;
• Поддерживает здоровье нервной системы – нормализует сон, помогает преодолевать стрессы и депрессию, понижает раздражительность, расслабляет мышцы, снимает усталость;
• Является активатором работы половины всех ферментов в организме;
• Способствует нормальному усвоению кишечником и метаболизму белка, углеводов, витаминов группы В, витаминов Е и С, калия, натрия и фосфора;
• Является важным элементов для выработки из креатинфосфата аденозинтрифосфорной кислоты (АТФ), которая придает организму запас энергии;
• Положительно воздействует на работу сердечно-сосудистой системы, предотвращая отложению в кровеносных сосудах атеросклеротических бляшек (атеросклероз), тем самым предотвращая – гипертонию, инфаркты, инсульты, ишиасы, формирование тромбов, ИБС;
• Участвует в транспорте кислорода по всему организму, а также улучшает течение бронхиальной астмы и других заболеваний органов дыхания;
• Регулирует уровень сахара в крови, предотвращая развитие сахарного диабета;
• Благотворно воздействует на работу пищеварительной системы, предотвращает запоры, убирает спазмы в ЖКТ;
• Благотворно воздействует на репродуктивную систему, предотвращая выкидыши, преждевременные роды и нарушения в формировании плода;
• Снимает спазмы в органах мочеполовой системы, помогает полностью опорожнятся мочевому пузырю;
• Является профилактическим средством против отложения камней в почках, желчном и мочевом пузырях, а также отложению солей кальция;
• Предотвращает формирование и развитие подагры;
• Согласно данным из Британского журнала об онкологии (British Journal of Cancer), магний препятствует развитию перерождения клеток в поджелудочной железе в злокачественную форму (рак поджелудочной железы);
• Помогает легче переносить ПМС, климакс и другие состояния, связанные с гормональной перестройкой организма.

Ученый L.Wikansky в 1997 г доказал, что плотность костей у женщин в период ПМС, которые в течение 2х лет употребляли повышенное количество магния – до 750 мг в сутки, увеличилась в среднем на 1-8%.

Об элементе

Ма́гний — элемент второй группы (по старой классификации — главной подгруппы второй группы), третьего периода периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева, с атомным номером 12. Обозначается символом Mg (лат. Magnesium). Простое вещество магний — лёгкий, ковкий металл серебристо-белого цвета.

В 1695 году из минеральной воды Эпсомского источника в Англии выделили соль, обладавшую горьким вкусом и слабительным действием. Аптекари назвали её «горькой солью», а также «английской» или «эпсомской солью». Минерал эпсомит представляет собой кристаллогидрат сульфата магния и имеет химическую формулу MgSO4 · 7H2O. Латинское название элемента происходит от названия древнего города Магнезия в Малой Азии, в окрестностях которого имеются залежи минерала магнезита.

В 1792 году Антон фон Рупрехт выделил из белой магнезии восстановлением углём неизвестный металл, названный им австрием. Позже было установлено, что «австрий» представляет собой магний крайне низкой степени чистоты, поскольку исходное вещество было сильно загрязнено железом.

В 1808 г. английский химик Гемфри Дэви с помощью электролиза увлажнённой смеси магнезии и оксида ртути получил амальгаму неизвестного металла, которому дал название «магнезиум», сохранившееся до сих пор во многих странах. В России с 1831 года принято название «магний». В 1829 г. французский химик А. Бюсси получил магний, восстанавливая его расплавленный хлорид металлическим калием. В 1830 г. М. Фарадей получил магний электролизом расплавленного хлорида магния.

Стихи про магний

Магний — есть на то и магний,Чтобы быть в земле родной.Он металл, он очень плавкий.Белый цвет, не золотой.

Он везде играет место.Человек, трава и тварь.Хлорофилл — его покой.Сердцу даже снимет боль.

Щелочей не образует.С щелочью реакций нет.Но с кистой образуетСоль и водород, как нет?

Он горит так эффективно,Что ослепнуть просто можно.Загорится он так ярко,Свет тушите, господа!

Для фотографа он важен.Для врача, а что же нет?Да и сотня душ, да в пленВ нем найдет спасения свет.

Минералов очень много:Кизерит, доломит, брусит.Магнезит, эпсомит, карналлит.И в воде из моря много.

Напоследок, ради факта,Я скажу тебе секрет:Не носи с собой брони ты,Лучше магний да вода!

*****

Я – магний, легкий, серебристый.Сгораю даже очень быстро,Сверкая вспышкою огня.(Фотограф раньше знал меня).Люблю я серу, хлор, азот.Люблю я также водород.Других оксидов не боюсь,К воде – спокойней отношусь.Белок сшиваю я в клубок,Работать мозгу я помог,Чтоб лист зеленый не был хилым –Вхожу в состав я хлорофилла.

*****

Мамы, папы, ребятишки,Вспомните про фотовспышки,От которых вы мигали.Вспышке много лет, ребята.Знайте, Магний поджигалиВсе фотографы когда-то.Загораясь в Кислороде,Магний вспыхивает ярко,Снопы света производит.Если фейерверки в парках,Или праздничный салют,Значит, Магний тут как тут!Сей металл – вполне активный,Яркий, легкий и спортивный!

*****

В природе магний — горы доломитаНагромождает в горные хребты.В асбесте, тальке он, и в магнезите,В голубизне морских глубин.Он символом земной жизниНа голубой планете стал,Ведь магний это фотосинтезИ жизнь зеленого листа.Без магния нет хлорофиллаИ жизни как таковойОн чудодейственная силаВ нем жизни всей круговоротХимически он энергичен,И химикам помог не разВнеси его хоть в пламя спичкиОн вспыхнет и сгорит тотчас.Сплав с алюминием легчайшийДает он марки «Электрон»,В когорту сплавов им крылатыхКак равноценный входит он.А ты в аптеку загляни-каИ убедиться сам изволь!Там магний тоже знаменитостьВедь он — слабительная соль!

*****

В таблицу снова загляните,Соседа натрия найдите.Про магний скажете в момент:«Он двухвалентный элемент».Сравните с щелочным металлом.Различны эти вещества:Слабее металличность стала,Зато валентность возросла.Свободный магний не ищите,Металла не найти в горе,Содержится он в магнезите (MgCO3),А магнезит — в земной коре.Возьмите магний в виде ленты.Он серебрится и блестит.А подожжете, так мгновенноОн ярко вспыхнет и сгорит.

*****

С «т» на конце он непременноЖелезо поднимает вверх.Придёт «и краткое» на смену,И он устроит фейерверк.(Магний)

*****

Он — угрожает нам бедой,Подбросит огненные очи;И — запророчит к полуночи,Тряхнув священной бородой…Так в ночи вспыхивает магний,Бьёт электрический магнит;И над поклонниками Агни,Взлетев, из джунглей заогнит…

Андрей Белый

Важнейшие соединения:

Оксид магния, MgO: ???.
При хранении на воздухе оксид магния постепенно поглощает влагу и CO2, переходя в Mg(OH)2 и в MgCO3Пероксид магния, MgO2: получен взаимодействием свежеосажденной Mg(OH)2 с 30%-ной H2O2.
Бесцветное микрокристаллическое вещество, малорастворимое в воде и постепенно разлагающееся при хранении на воздухе.
Гидроксид магния, Mg(OH)2: белый, очень малорастворим в воде

Помимо кислот, он растворим в растворах солей аммония (что важно для аналитической химии). Встречается в природе (минерал брусит).
Соли магния

Большинство солей магния хорошо растворимо в воде. Растворы содержат бесцветные ионы Mg2+, которые сообщают жидкости горький вкус. Заметно гидролизуются водой только при нагревании раствора.
Большинство солей выделяется из растворов в виде кристаллогидратов (напр. MgCl2*6H2O, MgSO4*7H2O). MgSO4*7H2O в природе образует минерал «горькая соль».
При нагревании кристаллогидратов галоидных солей образуются труднорастворимые в воде основные соли.
К малорастворимым солям магния относится MgF2 (растворимость 0,08г/л), карбонат магния. Последний может быть получен реакцией обмена только при одновременном присутствии в растворе большого избытка CO2, в противном случае осаждаются основные соли. Примером такой соли может служить «белая магнезия» — основная соль приблизительного состава 3MgCO3*Mg(OH)2*3H2O