»   »  Hořčík

Hořčík

český názevHořčík
latinský názevMagnesium
anglický názevMagnesium
chemická značkaMg
protonové číslo12
relativní atomová hmotnost24,305
perioda3
skupinaII.A
zařazeníkovy
rok objevu1808
objevitelH. Davy
teplota tání [°C]648,8
teplota varu [°C]1090
hustota [g cm-3]1,738
hustota při teplotě tání [g cm-3]1,584
elektronegativita1,31
standardní el. potenciál [V]−2,372
oxidační stavyII
elektronová konfigurace[Ne]3s2
atomový poloměr [pm]145
kovalentní poloměr [pm]130
specifické teplo [J g-1K-1]1,02
slučovací teplo [kJ mol-1]8,954
skupenské teplo tání [kJ mol-1]128
tepelná vodivost [W m-1 K-1]156
elektrická vodivost [S m-1]2,24.107
1. ionizační potenciál [eV]7,6462
2. ionizační potenciál [eV]15,035
3. ionizační potenciál [eV]80,143
tvrdost podle Mohse2,5
tvrdost podle Brinella [MPa]260
modul pružnosti ve smyku [GPa]17
modul pružnosti v tahu [GPa]45
skupenství za norm. podmíneks

Chemické vlastnosti a reakce hořčíku

Chemický prvek hořčík je stříbřitě bílý, lesklý a poměrně měkký kov, tvrdost podle Mohse je 2,5. Krystalizuje v hexagonální krystalografické soustavě.

Zapálen na vzduchu hořčík shoří intenzivním, oslnivě bílým plamenem za vzniku oxidu MgO a nitridu Mg3N2. Průběh hoření hořčíku popisují rovnice:

2Mg + O2 → 2MgO
3Mg + N2 → Mg3N2

Za zvýšené teploty reaguje s vodou za vzniku hydroxidu hořečnatého a vývoje vodíku:

Mg + 2H2O → Mg(OH)2 + H2

Reakce hořčíku s minerálními kyselinami probíhá za vývoje vodíku, reakce hořčíku s kyselinou dusičnou probíhají bez vzniku vodíku:

Mg + 2HCl → MgCl2 + H2
3Mg + 2H3PO4 → Mg3(PO4)2 + 3H2
3Mg + 8HNO3 → 3Mg(NO3)2 + 2NO + 4H2O
4Mg + 10HNO3 → 4Mg(NO3)2 + N2O + 5H2O

Hořčík reaguje také s koncentrovanými horkými roztoky amonných halogenidů:

Mg + 2NH4Cl → MgCl2 + 2NH3 + H2

Za laboratorní teploty reaguje s vlhkým chlorem, s vodíkem se slučuje na hydrid MgH2 při teplotě 175°C, s dusíkem a amoniakem reaguje za vzniku nitridu Mg3N2 až při teplotě nad 780°C, s křemíkem tvoří silicid Mg2Si při teplotách nad 650°C

Vodné rotoky solí hořčíku jsou bezbarvé, mezi barevné výjimky patří rozpustný žlutý chroman hořečnatý MgCrO4. Nerozpustné sloučeniny hořčíku jsou bílé látky.

Kvalitativní důkaz hořečnatých iontů se provádí přídavkem fosforečnanu sodného Na3PO4, v amoniakálním prostředí dojde k vyloučení sraženiny bílého NH4MgPO4. Tabulka rozpustnosti hořečnatých sloučenin.

Výskyt hořčíku v přírodě

V přírodě se elementární hořčík jako prvek nevyskytuje, je znám pouze jako dvojmocný kation ve sloučeninách. Minerály hořčíku jsou velmi rozšířené, hořčík je osmý nejrozšířenější prvek. Průměrný obsah hořčíku v zemské kůře činí 2,35 % hmot. Přírodní hořčík je směsí 3 stabilních izotopů s nukleonovými čísly 24, 25 a 26. Mezi nejdůležitější minerály hořčíku patří magnezit MgCO3, dolomit CaCO3·MgCO3, serpentinit 3MgO·2SiO2·2H2O, spinel MgO·Al2O3, karnalit MgCl2·KCl·6H2O, kieserit MgSO4·H2O, olivín MgSiO4, azbest H4Mg3Si2O9, mastek Mg3Si4O10(OH)2, pyrop Mg3Al2(SiO4)3, brucit Mg(OH)2 a sepiolit Mg3[Si4O10]·Mg(OH)2·3H2O.

Nejvyšší obsah hořčíku (60,3 % Mg) má minerál periklas MgO, celkem bylo mineralogicky popsáno 900 nerostů s obsahem hořčíku. Světová roční těžba hořčíkových minerálů dosahuje hodnoty 10 Mt. Největším producentem kovového hořčíku je s roční výrobou 640 kt Čína, v Rusku se v roce 2012 vyrobilo 37 kt a v Izraeli 30 kt. V Evropě se nejvíce hořčíku vyrábí v Srbsku - 2 kt.

Hořčík se významnou mírou podílí na složení mořské vody. Spolu s vápníkem je hořčík nejčastější příčinou tvrdosti přírodních vod. Hořčík je důležitý biogenní prvek, jako významná složka chlorofylu se vyskytuje ve všech zelených rostlinách. Dostatečný obsah hořčíku v potravinách je podmínkou správné funkce lidského organismu.

Výroba hořčíku

Hořčík se vyrábí zejména tavnou elektrolýzou MgCl2, méně často termickými způsoby z MgO.

Elektrolytická výroba:

Chlorid hořečnatý potřebný pro elektrolytickou výrobu hořčíku se připravuje rozdílnými způsoby podle druhu vstupní suroviny. Pokud se jako surovina používá dolomit CaCO3·MgCO3, provádí se nejčastěji norský postup, který spočívá v pálení dolomitu za vzniku oxidů MgOCaO, následuje hydratace oxidů za vzniku hydroxidů Mg(OH)2 a Ca(OH)2, nerozpustný hydroxid hořečnatý se po odfiltrování kalcinuje za vzniku MgO, který se chloruje za přítomnosti uhlíku za vzniku MgCl2.

Jestliže se jako vstupní surovina používá serpentinit 3MgO·2SiO2·2H2O, provádí se kanadský postup, který spočívá v louhování suroviny kyselinou chlorovodíkovou, vzniklý chlorid hořečnatý z roztoku vykrystalizuje, po opětovném rozpuštění se provádí čištění pomocí iontoměničů, následuje další krystalizace a sušení.

Pokud se k přípravě chloridu hořečnatého používá mořská voda, nejprve se z ní působením vápenného mléka vysráží hydroxid hořečnatý Mg(OH)2 a ten se působením kyseliny chlorovodíkové převede na chlorid hořečnatý MgCl2.

Nejjednodušší je využití karnalitu MgCl2·KCl·6H2O, který se kalcinací zbaví krystalické vody a je připraven k elektrolýze.

Vlastní výroba hořčíku se provádí elektrolýzou taveniny bezvodého chloridu hořečnatého s přídavkem NaCl a KCl (snížení teploty tání, zvýšení elektrické vodivosti), CaCl2 (zvýšení hustoty elektrolytu) a CaF2 (rychlejší spojování kapek hořčíku).

Surový hořčík se rafinuje přetavováním pod vrstvou solné taveniny nebo v atmosféře inertních plynů. Rafinace hořčíku na vysokou čistotu se provádí sublimací ve velmi zředěné atmosféře argonu.

Termická výroba:

Méně rozšířené, a dnes téměř nepoužívané způsoby výroby hořčíku jsou karbotermický, karbidotermický a silikotermický způsob výroby hořčíku redukcí MgO, je možná také aluminotermická výroba z MgCl2.

Karbotermická a karbidotermická výroba hořčíku se prováděla v elektrické obloukové peci redukcí oxidu hořečnatého karbidem vápenatým nebo uhlím při teplotě 1200 °C. Silikotermický způsob výroby hořčíku se provádí redukcí páleného dolomitu křemíkem nebo ferrosiliciem v ocelolitinových retortách zahřívaných až na teplotu 2000 °C.

Praktické využití

V minulosti se práškový hořčík ve směsi s vhodnými okysličovadly používal jako zdroj intenzivního světla pro fotografické blesky. Největší uplatnění dnes nalézá hořčík jako součást lehkých slitin a jako redukční činidlo pro výrobu dalších kovů (titan, zirkonium, niob, hafnium) Krollovým postupem. Jako součást Grignardova činidla nalézá hořčík uplatnění ve velké řadě organických syntéz.

Oxid hořečnatý MgO se používá k výrobě žáruvzdorných materiálů. Síran hořečnatý MgSO4 (Epsomská sůl, hořká sůl) se vyžívá v lékařství a lázeňství, jako potravinářské plnivo E 518 a jako důležitý zdroj hořčíku pro výživu rostlin, zejména jehličnanů. Hydridy hořčíku MgH2 nebo Mg(AlH4)2 mají značnou perspektivu jako bezpečné zásobníky vodíku. Chloristan hořečnatý Mg(ClO4)2 je hlavní složkou chemických detektorů sirného yperitu - S(CH2CH2Cl)2. Chlorid hořečnatý MgCl2 je základní složkou činidla k důkazu kyseliny fosforečné a jejich solí (hořečnatá soluce).

Slitiny hořčíku

Větší praktický význam než čistý kov, mají pro technickou praxi slitiny hořčíku. Mezi nejdůležitější a nejstarší hořčíkové slitiny patří dural (Mg+Al+Cu+Mn), elektron (Mg+Al+Zn+Mn) a magnalium (Mg+Al).

Moderní slitiny hořčíku obsahují příměsi i dalších prvků, označování hořčíkových slitin písmennými kódy znázorňuje tabulka:

Kód:Legující prvek:
Ahliník
Cměď
Ekovy vzácných zemin
Hthorium
Jstroncium
Kzirkonium
Llithium
Mmangan
Qstříbro
Skřemík
Wyttrium
Xvápník
Zzinek

Velmi často používaná hořčíková slitina s označením AE42 obsahuje kromě 4% hliníku také cca 2,5% neodymu, komerčně úspěšná slitina ZE41 obsahuje 4,2 % zinku a 1,2 % neodymu. Další technicky využívané hořčíkové slitiny jsou AZ91, AM20, AM50, AM60, AS21, ZC63, EZ33, QE22, WE54. Hořčík se také používá k výrobě biodegradovatelných lékařských implantátů (slitiny Mg-Ca nebo Mg-Zn-Ca).

Hořčíkové kompozity

Progresivním konstrukčním materiálem jsou hořčíkové kompozity, které se vyrábějí vkládáním výztuže ve tvaru částic nebo vláken různé délky do hořčíkové matrice - "Metal Matrix Composites" – MMCs. Jako výztuž se nejčastěji používá oxid hlinitý, uhlíková vlákna, karbid křemíku SiC a karbid boru B4C. Hořčíkové kompozity se vyrábějí metodami práškové metalurgie, difuzním spojováním výztuže s matricí nebo infiltrací vláken výztuže roztaveným kovem.

Zdroje

TOPlist