マグネシウム (Z=12): 生物学と産業にとって必須の元素

マグネシウムの重要な役割

ザマグネシウム(記号 Mg、原子番号 12) は、多くの生物学的および工業的プロセスに不可欠な化学元素です。それは地球の地殻に豊富に存在し、光合成、神経伝達、およびさまざまな化学反応において重要な役割を果たしています。

重要なプロセスへのマグネシウムの貢献

マグネシウムは、エネルギー生産、タンパク質合成、筋肉や神経機能の調節など、人体の 300 以上の酵素反応に必須の補因子です。また、植物の光合成に必要なクロロフィルの重要な成分でもあります。

発見の歴史

1755年：ジョセフ・ブラックによる最初の身元確認
マグネシウムはスコットランドの化学者ジョセフ・ブラックによって単離され、彼は石灰とアルカリの研究中にその独特の特性を特定しました。

1808年: ハンフリー・デイビーによるマグネシウムの分離
マグネシウムは、酸化マグネシウムの電気分解を使用して純粋な元素を抽出したハンフリー・デイビーによって最初に分離されました。

原子構造

憲法：マグネシウム原子には 12 個の陽子、12 個の中性子、12 個の電子があり、その電子配置は 1s² 2s² 2p⁶ 3s² です。
同位体:

• マグネシウム-24 (²⁴Mg): 安定同位体で、天然窒素の約 79% に相当します。
• マグネシウム-25 (²⁵Mg): 安定同位体。核物理学への応用のための科学研究に使用されます。
• マグネシウム-26 (²⁶Mg): 安定同位体。地球化学同位体の研究にも使用されます。

物理的性質

• 軽い金属、銀色、光沢があり、展性があります。
• モル質量: ~24,305 g/mol
• 融点：923K（650℃）
• 沸点: 1380 K (1107 °C)
• 密度: ~1,738 g/cm3
• 電気および熱伝導体。
• 熱水と激しく反応して水素と水酸化マグネシウムを生成します。

化学反応性

• 酸素と反応して、耐火性化合物である固体の白色酸化マグネシウム (MgO) を形成します。
• 熱水と反応して水素を放出し、水酸化マグネシウム (Mg(OH)₂) を生成します。
• 航空機産業で使用されるアルミニウムなどの他の金属と合金を形成します。

産業および技術用途

• 航空および自動車用の軽合金の製造に使用されます。
• 冶金産業で使用される窯レンガなどの耐火製品の製造。
• 電気分解による塩素や水素の生成などの化学プロセスにおいて重要な役割を果たします。
• セラミックやガラスの製造に使用される材料であるマグネシアの製造に使用されます。
• マグネシウム電池などのエネルギー貯蔵技術への応用。

生物学的および生態学的役割

• 植物の光合成を可能にするクロロフィルの必須成分。
• 人間の心臓、筋肉、神経機能の調節に関与します。
• マグネシウムは、細胞の代謝に必要な多くの酵素の活性化に重要なミネラルです。

環境と産業の問題

• マグネシウムの埋蔵量は地殻に豊富にありますが、抽出と資源管理は依然として環境上の課題です。
• マグネシウム合金はリサイクルできますが、それでもエネルギーを大量に消費し、高価です。
• 工業生産、特に軽金属におけるマグネシウムの排出による汚染。