镁

此条目介绍的是镁的化学。关于镁与人体的关系，请见“镁营养”。

镁（英语：Magnesium），是一种化学元素，化学符号为Mg，原子序数为12，是一种银白色的碱土金属。镁与其他五个同族元素有相似的物理性质、同样的价电子数及相似结晶体。镁是在地球的地壳中第八丰富的元素，约占2％的质量。镁是宇宙含量第九丰富的元素，^[3][4]它是在巨大星体中由三个氦原子核加上一个碳原子核，核融合所形成，当星体爆炸成超新星时，镁元素会逸散到宇宙中，之后可能再融入其他新的星系。镁是地壳中第八多、地球中第四常见（前有铁、氧、矽）元素，占地球百分之十三的质量和地壳 ^[5]的百分之二，且它是海洋中溶解第三多的元素，仅次于钠、氯。^[6][5]

镁 ₁₂Mg

氢（非金属） 氦（惰性气体） 锂（碱金属） 铍（碱土金属） 硼（类金属） 碳（非金属） 氮（非金属） 氧（非金属） 氟（卤素） 氖（惰性气体） 钠（碱金属） 镁（碱土金属） 铝（贫金属） 矽（类金属） 磷（非金属） 硫（非金属） 氯（卤素） 氩（惰性气体） 钾（碱金属） 钙（碱土金属） 钪（过渡金属） 钛（过渡金属） 钒（过渡金属） 铬（过渡金属） 锰（过渡金属） 铁（过渡金属） 钴（过渡金属） 镍（过渡金属） 铜（过渡金属） 锌（过渡金属） 镓（贫金属） 锗（类金属） 砷（类金属） 硒（非金属） 溴（卤素） 氪（惰性气体） 铷（碱金属） 锶（碱土金属） 钇（过渡金属） 锆（过渡金属） 铌（过渡金属） 钼（过渡金属） 𨱏（过渡金属） 钌（过渡金属） 铑（过渡金属） 钯（过渡金属） 银（过渡金属） 镉（过渡金属） 铟（贫金属） 锡（贫金属） 锑（类金属） 碲（类金属） 碘（卤素） 氙（惰性气体） 铯（碱金属） 钡（碱土金属） 镧（镧系元素） 铈（镧系元素） 镨（镧系元素） 钕（镧系元素） 钷（镧系元素） 钐（镧系元素） 铕（镧系元素） 钆（镧系元素） 铽（镧系元素） 镝（镧系元素） 钬（镧系元素） 铒（镧系元素） 铥（镧系元素） 镱（镧系元素） 镏（镧系元素） 铪（过渡金属） 钽（过渡金属） 钨（过渡金属） 铼（过渡金属） 锇（过渡金属） 铱（过渡金属） 铂（过渡金属） 金（过渡金属） 汞（过渡金属） 铊（贫金属） 铅（贫金属） 铋（贫金属） 钋（贫金属） 砈（类金属） 氡（惰性气体） 鍅（碱金属） 镭（碱土金属） 锕（锕系元素） 钍（锕系元素） 镤（锕系元素） 铀（锕系元素） 錼（锕系元素） 钸（锕系元素） 鋂（锕系元素） 锔（锕系元素） 鉳（锕系元素） 鉲（锕系元素） 鑀（锕系元素） 镄（锕系元素） 钔（锕系元素） 锘（锕系元素） 铹（锕系元素） 𬬻（过渡金属） 𬭊（过渡金属） 𬭳（过渡金属） 𬭛（过渡金属） 𬭶（过渡金属） 鿏（预测为过渡金属） 𫟼（预测为过渡金属） 𬬭（预测为过渡金属） 鿔（过渡金属） 鿭（预测为贫金属） 𫓧（贫金属） 镆（预测为贫金属） 𫟷（预测为贫金属） 鿬（预测为卤素） 鿫（预测为惰性气体） 铍 ↑ 镁 ↓ 钙 钠 ← 镁 → 铝
外观
闪亮灰色固体
概况
名称·符号·序数	镁（magnesium）·Mg·12
元素类别	碱土金属
族·周期·区	2·3·s
标准原子质量	[24.304, 24.307][1]
电子排布	[Ne] 3s2 2, 8, 2 镁的电子层（2, 8, 2）
历史
发现	约瑟夫·布拉克（1755年）
分离	汉弗里·戴维（1808年）
物理性质
物态	固态
密度	（接近室温） 1.738 g·cm−3
熔点时液体密度	1.584 g·cm−3
熔点	923 K，650 °C，1202 °F
沸点	1363 K，1091 °C，1994 °F
熔化热	8.48 kJ·mol−1
汽化热	128 kJ·mol−1
比热容	24.869 J·mol−1·K−1
蒸气压 压/Pa 1 10 100 1 k 10 k 100 k 温/K 701 773 861 971 1132 1361
原子性质
氧化态	2, 1[2] （强碱性）
电负性	1.31（鲍林标度）
电离能	第一：737.7 kJ·mol−1 第二：1450.7 kJ·mol−1 第三：7732.7 kJ·mol−1 （更多）
原子半径	160 pm
共价半径	141±7 pm
范德华半径	173 pm
镁的原子谱线
杂项
晶体结构	六方最密堆积
磁序	顺磁性
电阻率	（20 °C）43.9 n Ω·m
热导率	156 W·m−1·K−1
膨胀系数	（25 °C）24.8 µm·m−1·K−1
声速（细棒）	（室温） 4940 m·s−1
杨氏模量	45 GPa
剪切模量	17 GPa
体积模量	45 GPa
泊松比	0.290
莫氏硬度	2.5
布氏硬度	260 MPa
CAS号	7439-95-4
同位素 查 论 编
主条目：镁的同位素 同位素 丰度 半衰期​（t1/2） 衰变 方式 能量​（MeV） 产物 24Mg 78.965% 稳定，带12粒中子 25Mg 10.011% 稳定，带13粒中子 26Mg 11.025% 稳定，带14粒中子 28Mg 人造 20.915 小时 β− 1.831 28Al

镁在人体内构成了三百种酵素^[7]，且对于所有细胞都是必须的，是在人体中占有第十一多（依重量排序）的元素。镁离子会与身体中如同ATP或 DNA RNA等高分子聚合物反应，且数百种酵素都需要镁离子才能运作。在药理学上，镁离子聚合物通常被用为泻药、抗酸药（胃药）、或用来调整不正常的神经冲动与例如在子癫情况中的血管痉挛^[7]。镁在自然界中只以化合物的形式被发现，普遍来说具有氧化数为+2的氧化型态。其可以被人工制造，具有高度的活性。镁现今主要透过电解镁盐的方式得到，主要用来制造镁铝合金。铝加上镁制成合金后可变得更轻且提升其强度。

性质

镁属于元素周期表上的IIA族碱土金属元素，相对原子质量为24.305。具有银白色光泽，略有延展性。镁的密度小，离子化倾向大。

在空气中，镁的表面会生成一层很薄的氧化膜，使空气很难与它反应。镁和醇、酸、热水反应能够生成氢气。粉末或带状的镁在空气中燃烧时会发出强烈的白光，自燃温度约473℃^[8]。在氮气中进行高温加热，镁会生成氮化镁（${\displaystyle {\ce {Mg3N2}}}$）；镁也可以和卤素发生强烈反应；镁也能直接与硫化合。镁的检测可以用EDTA滴定法分析。

发现

1755年，苏格兰化学家约瑟夫·布拉克最先发现镁元素。1808年，英国化学家戴维（H.Davy）用熔融电解法首先制得了金属镁。1828年法国科学家安东尼·比西（法语：Antoine Bussy）用金属钾还原熔融的无水氯化镁得到纯镁。

名称由来

源自希腊语，指一种矿石苦土（即氧化镁）。

分布

在地球上镁的含量比较多，含量约2.5%。天然含镁的矿石有菱镁矿、白云石、光卤石等。镁离子也是海水中的重要成分。镁也存在于人体和植物中，它是叶绿素的主要成分。

制备

• 镁可以用菱镁矿进行热分解，加焦炭进行氯化得到氯化镁，再通过电解含氯化镁的熔融盐制取金属镁。

化学反应方程式：

${\displaystyle {\ce {MgCO3 -> MgO + CO2}}}$

${\displaystyle {\ce {2MgO + C + 2Cl2 -> 2MgCl2 + CO2}}}$

${\displaystyle {\ce {MgCl2 -> Mg + Cl2}}}$

• 镁可以用热还原氧化镁的方法制取。

• 另外还可以从海水中提取的氯化镁进行脱水，加入氯化钾进行熔融电解的方法制备。

海水提镁工艺流程

步骤	主要反应
制熟石灰	${\displaystyle {\ce {CaCO3 -> CaO + CO2}}}$, ${\displaystyle {\ce {CaO + H2O -> Ca(OH)2}}}$
沉淀	${\displaystyle {\ce {MgCl2 + Ca(OH)2 -> Mg(OH)2 + CaCl2}}}$
酸化	${\displaystyle {\ce {Mg(OH)2 + 2HCl -> MgCl2 + 2H2O}}}$
蒸发再浓缩、冷却结晶	析出${\displaystyle {\ce {MgCl2.6H2O}}}$
脱水	在氯化氢气流中使${\displaystyle {\ce {MgCl2.6H2O}}}$脱水制得无水氯化镁
电解	电解熔融氯化镁制得镁

同位素

主条目：镁的同位素

已发现镁的同位素共有13种，包括镁20至镁32，其中只有镁24、镁25、镁26是稳定的，其他镁的同位素都带有放射性。

用途

镁是用途第三广泛的结构材料，仅次于铁和铝。镁的主要用途是：制造铝合金，压模铸造（与锌形成合金），钢铁生产中脱硫处理，克罗尔法制备钛。

金属镁可用于熔融盐金属热还原法以制取稀有金属。

由于镁比铝轻，含5%-30%镁的镁铝合金质轻，有良好的机械性能，广泛在航空、航天上使用。如2015年底美国加州大学洛杉矶校区工程系研究院就公布最新科研成果：以约百分之八十六镁配以约百分之十四纳微米级别的碳化矽制造出新的质轻坚硬金属纳米复合材料，未来将应用于航空、航天及电子手提平板方面。^[9]

另外利用镁易于氧化的性质，可用于制造许多纯金属的还原剂。也可用于闪光灯、吸氧器、烟花、照明弹等。

加微量镁于熔融生铁中，冷却后得到球墨铸铁，比普通铁坚韧耐磨。

从18世纪初开始，苦卤（氯化镁，${\displaystyle {\ce {MgCl2}}}$）和泻盐（硫酸镁，${\displaystyle {\ce {MgSO4 * 7H2O}}}$）就已作为药品得到了使用。

一些运动员进行重量训练、攀岩或是硬举等运动时，在手掌沾的镁粉，实际上是碳酸镁，具有吸水和吸油性，可达到止滑作用。

由于镁燃烧的温度很高，可以用于制造热诱饵弹。

对人体的影响

主条目：镁营养

镁是构成骨骼的主要成分，是人体不可缺少的矿物质元素之一。它能辅助钙和钾的吸收。它具有预防心脏病、糖尿病、夜尿症、降低胆固醇的作用。

建议成年男性每日镁的摄取量为350毫克，女性为300毫克，婴儿50～70毫克，儿童150～250毫克，孕妇与乳母450毫克。最大日安全摄入量为3g。 (一般而言，镁的每日应摄取量，应为每公斤体重6-8毫克)^[10]

缺乏镁会使神经受到干扰，引致暴躁及紧张，并且会肌肉震颤及绞痛、心律不整、心悸、低血糖、虚弱、疲倦、神经过敏、手脚颤抖等。而酒精、利尿剂、高量的维生素D及锌，均会增加身体对镁的需求。

化合物

• 氢氧化镁，用作塑料、树脂、橡胶、油漆等材料的阻燃填充剂，以及治疗胃酸过多的抗酸剂。
• 硼酸镁，用作镇静剂。
• 溴化镁，可以用作多种反应的催化剂。
• 格氏试剂，一类有机镁化合物，常用于有机合成。

参考文献

1. Prohaska, Thomas; Irrgeher, Johanna; Benefield, Jacqueline; Böhlke, John K.; Chesson, Lesley A.; Coplen, Tyler B.; Ding, Tiping; Dunn, Philip J. H.; Gröning, Manfred; Holden, Norman E.; Meijer, Harro A. J. Standard atomic weights of the elements 2021 (IUPAC Technical Report). Pure and Applied Chemistry. 2022-05-04. ISSN 1365-3075. doi:10.1515/pac-2019-0603 （英语）.
2. Bernath, P. F., Black, J. H., & Brault, J. W. The spectrum of magnesium hydride (PDF). Astrophysical Journal. 1985, 298: 375. Bibcode:1985ApJ...298..375B. doi:10.1086/163620. （原始内容 (PDF)存档于2012-01-11）.
3. Housecroft, C. E.; Sharpe, A. G. Inorganic Chemistry 3rd. Prentice Hall. 2008: 305–06. ISBN 978-0131755536.
4. Ash, Russell. The Top 10 of Everything 2006: The Ultimate Book of Lists. Dk Pub. 2005. ISBN 978-0-7566-1321-1. （原始内容存档于2006-10-05）.
5. Abundance and form of the most abundant elements in Earth's continental crust (PDF). [15 February 2008]. （原始内容 (PDF)存档于2011-09-27）.
6. Anthoni, J Floor. The chemical composition of seawater. seafriends.org.nz. 2006 [2019-02-22]. （原始内容存档于2019-01-18）.
7. Dietary Supplement Fact Sheet: Magnesium. Office of Dietary Supplements, US National Institutes of Health. 11 February 2016 [13 October 2016]. （原始内容存档于2010-10-25）.
8. Magnesium (Powder). International Programme on Chemical Safety (IPCS). IPCS INCHEM. April 2000 [21 December 2011].
9. UNIVERSITY OF CALIFORNIA - LOS ANGELES. UCLA researchers create exceptionally strong and lightweight new metal. 2015 [2015-12-26]. （原始内容存档于2021-04-17）.
10. Magnesium - Fact Sheet for Health Professionals. National Institutes of Health. （原始内容存档于2018-02-08）.

外部链接

• 元素镁在洛斯阿拉莫斯国家实验室的介绍（英文）
• EnvironmentalChemistry.com —— 镁（英文）
• 元素镁在The Periodic Table of Videos（诺丁汉大学）的介绍（英文）
• 元素镁在Peter van der Krogt elements site的介绍（英文）
• WebElements.com – 镁（英文）

• 缺镁疾病知多少