Magnesium

マグネシウムは、記号Mg、原子番号12の化学元素である。この光沢のある灰色の金属は、低密度、低融点であり、化学的に非常に反応性が高い。周期表の第2族に属する他のアルカリ土類金属と同様に、自然界では遊離状態では存在せず、常に他の元素と結合しており、ほぼ常に+2の酸化状態をとる。空気と速やかに反応し、薄い酸化マグネシウムの被膜を形成して、内部の金属をさらなる腐食から保護する。純粋な金属が燃焼すると、まばゆい白色光を放つ。マグネシウムの大部分は、かん水から抽出したマグネシウム塩を電気分解して得られる。アルミニウムよりも密度が低く、主にアルミニウムと組み合わせた強くて軽い合金の製造に使用される。宇宙では、3つのヘリウム原子核が炭素原子核と融合する際に、大きく年老いた星の内部でマグネシウムが形成される。これらの星が超新星として爆発するとき、マグネシウムの多くは星間空間に放出され、後に新しい星系に取り込まれる可能性がある。地球上では、マグネシウムは地殻中で8番目に豊富な元素であり、全体では（鉄、酸素、ケイ素に次いで）4番目に一般的な元素で、地球の質量の13％、マントルの大部分を占める。また、海水中に溶存する元素としては、ナトリウム、塩素に次いで3番目に豊富である。人体では、マグネシウムは質量で11番目に豊富な元素である。すべての細胞と、約300の酵素の機能に不可欠である。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する。何百もの酵素が機能するためにマグネシウムイオンを必要とする。医薬品としては、マグネシウム化合物は一般的な下剤や制酸剤（例えば水酸化マグネシウムマグネシアミルク）として、また、子癇などの状態における異常な神経活動や血管痙攣を鎮めるために使用される。元素マグネシウムは灰白色の軽量金属で、密度はアルミニウムの3分の2である。すべてのアルカリ土類金属の中で最も低い融点（923 K、650 °C）と最も低い沸点（1,363 K、1,090 °C）を持つ。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断する。1%のアルミニウムなど、少量の他の金属と合金にすると、はるかに展性が高くなる。その展性は、結晶粒径を約1マイクロメートル以下に微細化することでも大幅に向上させることができる。マグネシウムは還元剤として広く使用されている。空気中で酸化するが、酸化マグネシウムの保護層を形成するため、不活性雰囲気での保管は必要ない。常圧での空気または酸素との直接反応では、通常の酸化物であるMgOのみが生成する。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（MgO₂）を形成することができ、低温では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(O₂)₂）を形成する。粉末マグネシウムを融点直下まで加熱すると、固体状態で窒素と反応して窒化マグネシウム（Mg₃N₂）を生成する。マグネシウムは室温で水と反応するが、カルシウムよりもはるかに遅い。水中に浸すと、金属表面に水素の泡がゆっくりと形成される。この反応は粉末マグネシウムでははるかに速く、高温でも加速される。この水との可逆反応は、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る。マグネシウムは、塩酸などのほとんどの酸と発熱反応し、塩化マグネシウムと水素ガスを生成する。バルク状態では着火が難しいが、マグネシウム金属は発火する。また、非常に高温でのみ発火するアルミニウムと酸化鉄の粉末混合物であるテルミットの着火剤としても使用できる。微粉末にすると、マグネシウムは水と反応して水酸化マグネシウムと水素ガスを生成する：Mg(s) + 2 H₂O(l) → Mg(OH)₂(aq) + H₂(g)。この反応は、水酸化マグネシウムが金属表面に蓄積してさらなる反応を遅らせるため、アルカリ金属の反応ほど劇的ではない。水蒸気と反応すると、マグネシウムは酸化マグネシウムと水素を生成する：Mg(s) + H₂O(g) → MgO(aq) + H₂(g)。有機マグネシウム化合物は有機化学において一般的であり、特にグリニャール試薬として知られる。これらは、マグネシウムをハロアルカンまたはハロゲン化アリールとジエチルエーテル中で反応させることによって生成される。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ある。グリニャール試薬は求核剤として作用し、カルボニル基の極性結合中の炭素原子などの電子不足基を攻撃する。もう一つの重要な有機マグネシウム試薬は、マグネシウムアントラセン、またはマグネソセンであり、高活性マグネシウムの供給源として使用される。1954年にエルンスト・オットー・フィッシャーとアルバート・ウィルキンソンが率いる独立したグループによって初めて調製されたマグネソセンは、白色からオフイエローの自然発火性粉末であり、水中で激しく加水分解する。関連するブタジエン-マグネシウム付加体は、ブタジエンジアニオンの供給源となる。ジマグネシウム(I)錯体も観察されている。マグネシウムイオンは、塩の水溶液または希塩酸溶液に塩化アンモニウム、水酸化アンモニウム、リン酸二水素ナトリウムを加えることで検出できる。白色沈殿はマグネシウムイオンを示す。アゾバイオレット色素も使用でき、マグネシウム塩のアルカリ性溶液中で濃青色に変色する。この色は、色素がMg(OH)₂に吸着されることによる。2013年時点で、マグネシウム合金の消費量は年間100万トン未満であり、アルミニウムの5000万トンと比較される。