Magnesium

镁是一种化学元素，符号为Mg，原子序数为12。这种银灰色金属密度低、熔点低，化学性质非常活泼。与元素周期表第2族的其他碱土金属一样，它在自然界中从不以游离态存在，总是与其他元素结合，且几乎总是呈现+2氧化态。它迅速与空气反应，形成一层薄薄的氧化镁涂层，保护内部金属免受进一步腐蚀。纯金属燃烧时会产生耀眼的白色光芒。大多数镁是通过电解从盐水中提取的镁盐获得的。它的密度低于铝，主要用于制造坚固轻质的合金，常与铝结合。在太空中，镁是在大型衰老恒星内部由三个氦核与一个碳核聚变形成的。当这些恒星作为超新星爆炸时，大量镁被释放到星际介质中，随后可能融入新的恒星系统。在地球上，镁是地壳中第八丰富的元素，总体上是第四常见的元素（仅次于铁、氧和硅），占地球质量的13%及其地幔的很大一部分。它也是海水中第三丰富的溶解元素，仅次于钠和氯。在人体中，镁按质量计是第十一丰富的元素。它对所有细胞以及约300种酶的功能至关重要。镁离子与ATP、DNA和RNA等多磷酸化合物相互作用。数百种酶需要镁离子才能工作。在医学上，镁化合物被用作常见的泻药和抗酸剂（如镁乳），并用于稳定异常神经活动或血管痉挛，如子痫等病症。元素镁是一种灰白色轻质金属，密度为铝的三分之二。它在所有碱土金属中熔点最低（923 K，即650 °C），沸点也最低（1,363 K，即1,090 °C）。纯多晶镁很脆，容易沿剪切带断裂。当与少量其他金属（如1%的铝）形成合金时，其延展性会大大提高。通过将晶粒尺寸减小到约1微米或更小，其延展性也可显著改善。镁被广泛用作还原剂。尽管它在空气中会氧化，但不需要惰性气氛储存，因为它会形成一层保护性的氧化镁。在常压下与空气或氧气直接反应仅生成普通氧化物MgO。这种氧化物可与过氧化氢结合生成过氧化镁（MgO₂），在低温下过氧化物可进一步与臭氧反应生成超氧化镁（Mg(O₂)₂）。如果将镁粉加热到略低于其熔点的温度，它会在固态下与氮反应生成氮化镁（Mg₃N₂）。镁在室温下与水反应，但比钙慢得多。当浸入水中时，金属表面会缓慢形成氢气泡；镁粉的反应要快得多，并且在较高温度下也会加速。这种与水的可逆反应可用于储存能量并驱动镁基发动机。镁与大多数酸（如盐酸）发生放热反应，生成氯化镁和氢气。虽然块状镁难以点燃，但镁金属会燃烧。它也可用作铝热剂的点火剂，铝热剂是铝和氧化铁粉末的混合物，仅在非常高的温度下才会点燃。当镁为细粉时，它与水反应生成氢氧化镁和氢气：Mg(s) + 2 H₂O(l) → Mg(OH)₂(aq) + H₂(g)。该反应不如碱金属的反应剧烈，因为氢氧化镁会在金属表面积聚并减缓进一步反应。与水蒸气反应时，镁生成氧化镁和氢气：Mg(s) + H₂O(g) → MgO(aq) + H₂(g)。有机镁化合物在有机化学中很常见，最著名的是格氏试剂。它们是通过镁与卤代烷或芳基卤化物在乙醚中反应形成的。例如苯基溴化镁和乙基溴化镁。格氏试剂作为亲核试剂，攻击亲电基团，例如羰基极性键中的碳原子。另一种重要的有机镁试剂是镁蒽，或称二茂镁，用作高活性镁的来源。二茂镁于1954年由Ernst Otto Fischer和Albert Wilkinson领导的两个独立小组首次制备，是一种白色至淡黄色的自燃粉末，遇水剧烈水解。相关的丁二烯-镁加合物提供了丁二烯双阴离子的来源。还观察到二镁(I)配合物。镁离子可通过向盐的水溶液或稀盐酸溶液中加入氯化铵、氢氧化铵和磷酸二氢钠来检测。白色沉淀表明存在镁离子。也可使用偶氮紫染料，在镁盐的碱性溶液中变为深蓝色；颜色来自染料被Mg(OH)₂吸附。截至2013年，镁合金的年消费量不到100万吨，而铝的消费量为5000万吨。