מגנזיום

מגנזיום
	אלומיניום - מגנזיום - נתרן
; 12	Mg
נתונים בסיסיים
מספר אטומי	12
סמל כימי	Mg
סדרה כימית	מתכת אלקלית עפרורית
מראה
	אפור בוהק
תכונות אטומיות
משקל אטומי	24.305 u
רדיוס ואן דר ואלס	173 pm
סידור אלקטרונים ברמות אנרגיה	2, 8, 2
קונפיגורציה אלקטרונית	1s² 2s² 2p⁶ 3s²
דרגות חמצון	1, 2
תכונות פיזיקליות
צפיפות	1,738 kg/m3
מצב צבירה בטמפ' החדר	מוצק
נקודת רתיחה	1,363.15K (1,090°C)
נקודת התכה	923.15K (650°C)
לחץ אדים	361Pa ב-923K
מהירות הקול	4,602 מטר לשנייה ב-293.15K
שונות
אלקטרושליליות	1.31
קיבול חום סגולי	1,020 J/(kg·K)
מוליכות חשמלית	22.6 106/m·Ω
מוליכות חום	156 W/(m·K)
אנרגיית יינון ראשונה	737.7 kJ/mol
אנרגיית יינון שנייה	1450.7 kJ/mol
היסטוריה
מגלה	ג'וזף בלאק
תאריך גילוי	1755
נקרא על שם	תחמוצת המגנזיום

מגנזיום (Magnesium; בעבר נקרא בעברית גם מגניון^[1]) הוא יסוד כימי מסדרת המתכות האלקליות-עפרוריות שסמלו הכימי Mg ומספרו האטומי 12. זהו מינרל חשוב, המופיע בכמויות משמעותיות בגוף האדם והוא הכרחי לתפקוד הבסיסי של תאי הגוף. למגנזיום מקושרים שני תפקידים עיקריים בגוף האדם: ייצוב חלקיקי התא והמרכיבים הביוכימיים בתוכו, וויסות תהליכים תוך תאיים.^[2]

בישראל, כמו במדינות אחרות בעולם, צריכת המגנזיום נמוכה מהכמות המומלצת, בעיקר עקב שתיית מים מותפלים, שאינם מכילים מינרלים.^[3]

תכונות

מגנזיום היא מתכת חזקה וקלה מאוד (שוקלת כחצי מאלומיניום), בעלת צבע לבן-כסוף. עם חשיפה לאוויר המגנזיום מוכתם. כשמגנזיום בצורת אבקה נחשף ללחות הוא מתחמם, מתלקח ובוער באור לבן בוהק. גושי מגנזיום קשים להצתה, אך בצורת רצועות דקות הוא נדלק בקלות, וקשה מאוד לכבותו. מגנזיום יכול להגיב עם חומצה חנקתית וליצור מגנזיום חנקתי. המגנזיום כמו כן יכול להגיב עם פחמן דו-חמצני.

מתכת המגנזיום ניתכת בחום של 650 מעלות צלזיוס.^[4]

שימושים

תרכובות מגנזיום, בעיקר מגנזיום חמצני (MgO), משמשות בתעשייה בייצור כלי ברזל עמידים ופלדה, זכוכית, מלט ומתכות אחרות. למגנזיום חמצני ולתרכובות אחרות של מגנזיום יש גם תפקיד בחקלאות ובתעשיית הבנייה. בדרך כלל משתמשים בסגסוגות של מגנזיום ואלומיניום, ולא במגנזיום טהור, לייצור מיכלי פחיות משקה. סגסוגות מגנזיום משמשות בנוסף לכך בתור מרכיב מבני של מכוניות ומכונות. שימוש נוסף של מגנזיום הוא הסרת גופרית מברזל ופלדה. כמו כן משתמשים במתכת המגנזיום לייצור אמצעי מניעה ושלטי טלוויזיה.

שימושים נוספים:

בעבר השתמשו במגנזיום לייצור מבזקים (פלאשים) למצלמות בשל האור הרב שנפלט עם הצתתו.
סגסוגות מגנזיום חיוניות בבניית מטוסים וטילים, ומשמשות גם לייצור חישוקים לגלגלי מכוניות.
מגנזיום משמש לריתוך מכיוון שכשמוסיפים אותו לאלומיניום, הוא משפר את צורת הריתוך שלו ומספר תכונות נוספות.
כתוספת לחומרי נפץ ופצצות תאורה.
מגנזיום עוזר בבידוד אורניום ומתכות אחרות ממלחיהם.
מגנזיום הידרוקסיד Mg(OH)₂ הוא מרכיב של חלב מגנזיה.
למגנזיום כלורי (MgCl₂) ולמגנזיום גופרי (MgS) שימוש ברפואה כחומר משלשל (המכונה מלח אנגלי).
תרכובות מגנזיום הניצתות בקלות (מגנזיום בוער ב־2200°C) עוזרות להצית מדורות במהירות וקלות.
אבקת מגנזיום פחמתי (MgCO₃) עוזרת לאתלטים כמו מרימי משקולות ומטפסי הרים כאשר הם משפשפים אותה על הידיים ומשפרים את האחיזה שלהם.
למגנזיום שימושים רבים בתחום הפירוטכניקה.
תחבושות ספוגות במגנזיום אשר עורבב במים, משמשות להקלה ולהחלמה כאשר מניחים אותן על עור פצוע, כדוגמת תפרים לאחר ניתוח או לידה.^[5]
מגנזיום הוא חלק חשוב בתרכובת גריניאר, שלה שימושים רבים בכימיה אורגנית.

איזוטופים של מגנזיום

סמל	(p)‏Z	(n)‏N	מסה איזוטופית (u)	זמן מחצית חיים	ספין גרעיני	שכיחות האיזוטופ (כשבר מולרי מהיסוד)	טווח השינוי הטבעי (כשבר מולרי מהיסוד)
סמל	התרגשות אנרגטית			זמן מחצית חיים	ספין גרעיני	שכיחות האיזוטופ (כשבר מולרי מהיסוד)	טווח השינוי הטבעי (כשבר מולרי מהיסוד)
¹⁹Mg	‏12	7	19.03547(27)		1/2-#
²⁰Mg		8	20.018863(29)	ms‏ (24)90.8	0+
²¹Mg		9	21.011713(18)	ms‏ (2)122	(5/2,3/2)+
²²Mg		10	21.9995738(14)	s‏ (12)3.8755	0+
²³Mg		11	22.9941237(14)	s‏ (11)11.317	3/2+
²⁴Mg		12	23.985041700(14)	יציב	0+	0.7899(4)	0.78958-0.79017
²⁵Mg		13	24.98583692(3)	יציב	5/2+	0.1000(1)	0.09996-0.10012
²⁶Mg		14	25.982592929(30)	יציב	0+	0.1101(3)	0.10987-0.11030
²⁷Mg		15	26.98434059(5)	min‏ (12)9.458	1/2+
²⁸Mg		16	27.9838768(22)	h‏ (9)20.915	0+
²⁹Mg		17	28.988600(15)	s‏ (12)1.30	3/2+
³⁰Mg		18	29.990434(9)	ms‏ (17)335	0+
³¹Mg		19	30.996546(13)	ms‏ (20)230	3/2+
³²Mg		20	31.998975(19)	ms‏ (5)86	0+
³³Mg		21	33.005254(21)	ms‏ (16)90.5	7/2-#
³⁴Mg		22	34.00946(25)	ms‏ (10)20	0+
³⁵Mg		23	35.01734(43)#	ms‏ (40)70	(7/2-)#
³⁶Mg		24	36.02300(54)#	ms‏ (13)3.9	0+
³⁷Mg		25	37.03140(97)#	[ns‏ 260<] ms‏ 40#	7/2-#
³⁸Mg		26	38.03757(54)#	[ns‏ 260<] ms‏ 1#	0+
³⁹Mg		27	39.04677(55)#	ns‏ 260>	7/2-#
⁴⁰Mg		28	40.05393(97)#	ms‏ 1#	0+

היסטוריה

מקור שמו במילה היוונית Magnesia, שמו של מחוז בתסליה (חבל ארץ במערב מרכז יוון). ג'וזף בלאק זיהה את המגנזיום כיסוד ב־1775. סר האמפרי דייווי גילה מגנזיום לראשונה כשהצליח להפיק מגנזיום טהור מאחד ממלחיו. הוא בודד מגנזיום באלקטרוליזה של תערובת מגנזיום חמצני (MgO) וכספית חמצנית (HgO). רק ב־1831 הפיק אנטואן בוסי מגנזיום בצורה עקבית.

ביולוגיה

למגנזיום חשיבות רבה בביולוגיה; הוא מצוי בכל היצורים החיים, והוא חיוני לחיים. אצל האדם הוא מעורב בכ-300 תהליכים שונים בגוף.

התרכובת הביולוגית הידועה ביותר המכילה מגנזיום היא הצבען כלורופיל, הנותן לצמחים ולכמה חיידקים ואצות את צבעם הירוק. הכלורופיל מאפשר את תהליך הפוטוסינתזה, המשמש לניצול אנרגיית השמש לבניית התרכובות המרכיבות את הצמח.

אטומי מגנזיום נמצאים באתר הפעיל של אנזימים רבים החיוניים לתהליכים ביולוגיים בתא. בעלי חיים מקבלים מגנזיום באמצעות אכילת צמחים, ובמיוחד צמחים ירוקים (היות שהכלורופיל אחראי לצבע הירוק).

מגנזיום חיוני לשעתוק הגנים.

תזונה

המגנזיום הכרחי לתפקודו התקין של הגוף, שם הוא משמש כשהוא קשור לאנזימים שונים בתהליכי הפירוק והבנייה המתבצעים כל העת בגוף. הוא קשור באופן הדוק לפעילות השרירים ומשמש כאמצעי עזרה ראשונה להרפיית שרירים. חוסר במגנזיום עלול להביא לבלבול, רעד שרירי בעיקר בגפיים, נוקשות או תחושת כבדות בשרירים, כאבי ראש, שלשול או בחילות, עצירות, ועד מוות במקרים חמורים, למחלות לב או כלי דם, וכן להפרעות שינה וחרדה. הצריכה היומית המומלצת היא כ-420 מ"ג ליום לגבר ובין 320–400 מ"ג ליום לאשה.

מגנזיום נמצא בעיקר במזונות כירקות עליים ירוקים, דגנים מלאים (בעיקר בקליפתם), קטניות, אגוזים, שקדים, בננה וקקאו. המוצרים שדלים במגנזיום הם בשר, דגנים ללא קליפה ומוצרי חלב.

מגנזיום במים

מי שתייה הם מקור חשוב למגנזיום. הריכוז של מגנזיום במי שתייה טבעיים (לא מותפלים) עומד על 25–30 מ"ג לליטר,^[6] וניתן לקבל ממנו כרבע מצריכת המגנזיום היומית (המרכבת הן משתייה והן מאכילת פירות וירקות שהושקו במים טבעיים ומכילים את המינרל). עם זאת, יותר ויותר יישובים בארץ מתבססים על מים מותפלים, שאינם מכילים מינרלים, ועל פי מחקר שנערך באוניברסיטה העברית בשנת 2021, ישנה ירידה מובהקת (עד 13.5%) ברמות המגנזיום בדם בקרב תושבי ערים ויישובים בישראל שעברו להשתמש רק במים מותפלים.^[7] על מנת להתמודד עם הבעיה, יזם משרד הבריאות בשנת 2013 פיילוט לבחינת טכנולוגיות שונות להוספת מגנזים למים המותפלים. למרות זאת, נכון ל-2022 הפיילוט טרם התחיל.

אמצעי זהירות

מגנזיום מתכתי וסגסוגות מגנזיום דליקים מאוד בצורתם הטהורה, כשהם מותכים או בצורת אבקה. מגנזיום מתכתי מגיב במהירות תוך פליטת חום במגע עם מים, ומצריך טיפול מיוחד. בעבודה עם מגנזיום חובה להרכיב משקפי מגן, היות שהאור הבהיר, המכיל גם קרינה על-סגולה, הנפלט בתהליך הבערה, עלול לפגוע בראייה. מים צריכים להישמר במרחק ממגנזיום, מפני שהחיבור ביניהם יכול לגרום לשריפה, בהתאם לנוסחה הבאה: $\ Mg_{(s)}+2H_{2}O_{(l)}\rightarrow Mg(OH)_{2(aq)}+H_{2(g)}$ מגנזיום מגיב עם פחמן דו-חמצני בתגובה האקסותרמית הבאה:

$\ 2Mg_{(s)}+CO_{2(g)}\rightarrow 2MgO_{(s)}+C_{(s)}$ לכן, אין להשתמש במטף המבוסס על פד"ח לכיבוי שריפת מגנזיום.

הפקה בישראל

המקור העיקרי של המגנזיום המופק בישראל הוא ים המלח, המכיל כ-4% מגנזיום. הפקתו מתבצעת על ידי נידוף מי הים באמצעות קרני השמש והתגבשות חומר גבישי הקרוי קרנליט. הקרנליט מורכב מגבישים המכילים מגנזיום ואשלגן. לאחר הפרדת המגנזיום מהאשלגן במפעלי ים המלח, מועבר מלח המגנזיום למפעל "מגנזיום ים המלח" שהוקם בשיתוף פעולה עם חברת פולקסווגן הגרמנית. המפעל מפיק מגנזיום טהור וסגסוגות מגנזיום. פולקסווגן הייתה שותפה בהקמת המפעל לטובת ייצור חלקים שונים העשויים סגסוגות מגנזיום, בין היתר כתחליף לאלומיניום.