[高瞻自然科學教育資源平台] 鎂 (Magnesium)

高雄市立高雄女子高級中學化學科洪瑞和老師/國立中山大學董騰元教授責任編輯

鎂是地殼中分布最廣的元素之一，但由於它的化學性質活潑不易將它自化合物中分離出來，因此長期以來，化學家不能肯定它們作為元素單質存在。直至電池發明以後，利用電解的方式分離出鎂元素單質後，才被確定是元素。

1808 年，英國化學家戴維(Davy H.)電解汞和氧化鎂的混合物，得到鎂汞齊，將鎂汞齊中的汞蒸餾後，就得到了銀白色的金屬鎂。

鎂的英文名稱為 Magnesium，希臘文原意為「美格尼西亞」，因為在希臘的「美格尼西亞」城附近當時盛產一種稱為苦土的鎂礦(氧化鎂)，古羅馬人把這種礦物稱為 magnesia alba，「alba」的意思是白色的，意即「白色的美格尼西亞」，中文翻譯成鎂，元素符號為 Mg。

鎂是一種銀白色的金屬，化學性質活潑，在自然界中無元素單質狀態存在。鎂的礦物主要有白雲石(CaCO₃∙MgCO₃)、光鹵石 (KCl∙MgCl₂∙6H₂O、菱鎂礦(MgCO₃)、橄欖石(Mg,Fe)₂SiO₄和蛇紋石(Mg)₆[Si₄O₁₀](OH)₈。鎂在地殼中的含量約為 2.1%，在已知的百餘種元素中居第八位。海水中含鎂約 0.13%，每立方公尺海水中約含鎂 1.04kg，大多以氯化物和硫酸鹽形式存在於 海水中。金屬鎂的製備方法主要有：

1. 溶融電解法：電解熔融的無水氯化鎂，適用於從海水中提取鎂 MgCl₂（電解）→Mg+Cl₂ ↑
2. 熱還原法：將白雲石分解為氧化鎂，再用碳或碳化鈣還原：MgO+C→CO↑+Mg；MgO+CaC2→Mg+CaO+2C 。世界鎂產量有一半以上是以海水為原料以電解法生產的。

物理性質：鎂是輕金屬，密度為 1.74g/cm³，熔點 922K，沸點 1363K，硬度 2.0，比同族其他鹼土族都高。鎂具優良加工性能，在冶金中製備輕量、強韌的鎂鋁合金，大量用於飛機、汽車，電子產品外殼等。

化學性質：鎂的電負度 1.31，標準還原電位 -2.36V，是一個比較活潑的金屬，化學性質如下：

1. 作為還原劑：不論固態或水溶液中，鎂具有較強的還原力。如高溫下，金屬鎂能在二氧化碳中繼續燃燒，把二氧化碳還原成 碳：2Mg+CO₂→2MgO+C。鎂也可將二氧化矽還原成單質矽：2Mg+SiO₂→Si+2MgO；鎂還原四氯化鈦為金屬鈦：2Mg+TiCl₄→Ti+2MgCl₂。目前工業上利用鎂的還原性，在真空或惰性氣體保護下，生產某些稀有金屬。鎂很容易跟水反應，但由於表面生成氧化膜保護，因此鎂不與冷水反應，但能跟熱水作用產生氫氣：Mg+2H₂O（熱水） →Mg(OH)₂+H₂↑
2. 鎂在空氣中燃燒時放出耀眼白光，生成氧化鎂：2Mg+O₂→2MgO；也在在高壓下與氫作用合成氫化鎂：Mg+H₂→MgH₂
3. 有機反應中，鎂在醚溶液中能與鹵化烴作用，生成有名的格瑞鈉試劑(Grignard reagent)：Mg+RX→R-MgX（R為烴基，X為Cl、Br、I）為有機化學中用途相當廣的試劑。
4. 鎂具有生成配位錯合物的傾向，最著名即為葉綠素。

重要化合物的性質、製取與其用途：

1. 氧化鎂：俗稱苦土，為白色粉末狀固體。熔點 3125K，沸點 3878K，高溫煅燒後難溶於水。可由金屬鎂在高溫下燃燒：2Mg+O₂→2MgO 工業 上製法為利用煅燒碳酸鎂或氫氧化鎂來生產氧化鎂。氧化鎂大量用於耐火材料、金屬陶瓷、電絕緣材料，醫學上用作制酸劑及瀉藥，另也用於人造纖維加工、造紙等方面用途。
2. 氫氧化鎂：氫氧化鎂為一弱鹼，加熱至 623K 即脫水分解：Mg(OH)₂→MgO+H₂O，易溶於酸或銨鹽溶液。工業上常以海水與廉價的氫氧化鈣溶液（石灰乳）反應，可得氫氧化鎂沉澱，氫氧化鎂的乳狀懸濁液在醫學上作為制酸劑和緩瀉劑。
3. 鎂鹽：
   • 氯化鎂：電解生產金屬鎂的原料。
   • 硫酸鎂：MgSO₄∙7H₂O為著名的瀉藥；硫酸鎂用作印染的媒染劑、造紙的填充劑和防火織物的填料等。
   • 碳酸鎂：自然界多以菱鎂礦的形式存在，是鎂的重要來源。碳酸鎂在溶有二氧化碳的水中會生成碳酸氫鎂 Mg(HCO₃)₂為暫時硬水的成份之一，受熱時原本溶在水中的碳酸氫鹽會沉澱出來成為鍋垢：Mg(HCO₃)₂(受熱) →MgCO₃↓+CO₂↑+H₂O

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