鎂

此條目介紹的是鎂的化學。關於鎂與人體的關係，請見「鎂營養」。

鎂（英語：Magnesium），是一種化學元素，化學符號為Mg，原子序數為12，是一種銀白色的鹼土金屬。鎂與其他五個同族元素有相似的物理性質、同樣的價電子數及相似結晶體。鎂是在地球的地殼中第八豐富的元素，約佔2％的質量。鎂是宇宙含量第九豐富的元素，^[3][4]它是在巨大星體中由三個氦原子核加上一個碳原子核，核融合所形成，當星體爆炸成超新星時，鎂元素會逸散到宇宙中，之後可能再融入其他新的星系。鎂是地殼中第八多、地球中第四常見（前有鐵、氧、矽）元素，占地球百分之十三的質量和地殼 ^[5]的百分之二，且它是海洋中溶解第三多的元素，僅次於鈉、氯。^[6][5]

鎂 ₁₂Mg

氫（非金屬） 氦（惰性氣體） 鋰（鹼金屬） 鈹（鹼土金屬） 硼（類金屬） 碳（非金屬） 氮（非金屬） 氧（非金屬） 氟（鹵素） 氖（惰性氣體） 鈉（鹼金屬） 鎂（鹼土金屬） 鋁（貧金屬） 矽（類金屬） 磷（非金屬） 硫（非金屬） 氯（鹵素） 氬（惰性氣體） 鉀（鹼金屬） 鈣（鹼土金屬） 鈧（過渡金屬） 鈦（過渡金屬） 釩（過渡金屬） 鉻（過渡金屬） 錳（過渡金屬） 鐵（過渡金屬） 鈷（過渡金屬） 鎳（過渡金屬） 銅（過渡金屬） 鋅（過渡金屬） 鎵（貧金屬） 鍺（類金屬） 砷（類金屬） 硒（非金屬） 溴（鹵素） 氪（惰性氣體） 銣（鹼金屬） 鍶（鹼土金屬） 釔（過渡金屬） 鋯（過渡金屬） 鈮（過渡金屬） 鉬（過渡金屬） 鎝（過渡金屬） 釕（過渡金屬） 銠（過渡金屬） 鈀（過渡金屬） 銀（過渡金屬） 鎘（過渡金屬） 銦（貧金屬） 錫（貧金屬） 銻（類金屬） 碲（類金屬） 碘（鹵素） 氙（惰性氣體） 銫（鹼金屬） 鋇（鹼土金屬） 鑭（鑭系元素） 鈰（鑭系元素） 鐠（鑭系元素） 釹（鑭系元素） 鉕（鑭系元素） 釤（鑭系元素） 銪（鑭系元素） 釓（鑭系元素） 鋱（鑭系元素） 鏑（鑭系元素） 鈥（鑭系元素） 鉺（鑭系元素） 銩（鑭系元素） 鐿（鑭系元素） 鎦（鑭系元素） 鉿（過渡金屬） 鉭（過渡金屬） 鎢（過渡金屬） 錸（過渡金屬） 鋨（過渡金屬） 銥（過渡金屬） 鉑（過渡金屬） 金（過渡金屬） 汞（過渡金屬） 鉈（貧金屬） 鉛（貧金屬） 鉍（貧金屬） 釙（貧金屬） 砈（類金屬） 氡（惰性氣體） 鍅（鹼金屬） 鐳（鹼土金屬） 錒（錒系元素） 釷（錒系元素） 鏷（錒系元素） 鈾（錒系元素） 錼（錒系元素） 鈽（錒系元素） 鋂（錒系元素） 鋦（錒系元素） 鉳（錒系元素） 鉲（錒系元素） 鑀（錒系元素） 鐨（錒系元素） 鍆（錒系元素） 鍩（錒系元素） 鐒（錒系元素） 鑪（過渡金屬） 𨧀（過渡金屬） 𨭎（過渡金屬） 𨨏（過渡金屬） 𨭆（過渡金屬） 䥑（預測為過渡金屬） 鐽（預測為過渡金屬） 錀（預測為過渡金屬） 鎶（過渡金屬） 鉨（預測為貧金屬） 鈇（貧金屬） 鏌（預測為貧金屬） 鉝（預測為貧金屬） 鿬（預測為鹵素） 鿫（預測為惰性氣體） 鈹 ↑ 鎂 ↓ 鈣 鈉 ← 鎂 → 鋁
外觀
閃亮灰色固體
概況
名稱·符號·序數	鎂（magnesium）·Mg·12
元素類別	鹼土金屬
族·週期·區	2·3·s
標準原子質量	[24.304, 24.307][1]
電子組態	[Ne] 3s2 2, 8, 2 鎂的電子層（2, 8, 2）
歷史
發現	約瑟夫·布拉克（1755年）
分離	漢弗里·戴維（1808年）
物理性質
物態	固態
密度	（接近室溫） 1.738 g·cm−3
熔點時液體密度	1.584 g·cm−3
熔點	923 K，650 °C，1202 °F
沸點	1363 K，1091 °C，1994 °F
熔化熱	8.48 kJ·mol−1
汽化熱	128 kJ·mol−1
比熱容	24.869 J·mol−1·K−1
蒸氣壓 壓/Pa 1 10 100 1 k 10 k 100 k 溫/K 701 773 861 971 1132 1361
原子性質
氧化態	2, 1[2] （強鹼性）
電負性	1.31（鮑林標度）
電離能	第一：737.7 kJ·mol−1 第二：1450.7 kJ·mol−1 第三：7732.7 kJ·mol−1 （更多）
原子半徑	160 pm
共價半徑	141±7 pm
范德華半徑	173 pm
鎂的原子譜線
雜項
晶體結構	六方最密堆積
磁序	順磁性
電阻率	（20 °C）43.9 n Ω·m
熱導率	156 W·m−1·K−1
膨脹係數	（25 °C）24.8 µm·m−1·K−1
聲速（細棒）	（室溫） 4940 m·s−1
楊氏模量	45 GPa
剪切模量	17 GPa
體積模量	45 GPa
泊松比	0.290
莫氏硬度	2.5
布氏硬度	260 MPa
CAS號	7439-95-4
同位素 閱 論 編
主條目：鎂的同位素 同位素 豐度 半衰期​（t1/2） 衰變 方式 能量​（MeV） 產物 24Mg 78.965% 穩定，帶12粒中子 25Mg 10.011% 穩定，帶13粒中子 26Mg 11.025% 穩定，帶14粒中子 28Mg 人造 20.915 小時 β− 1.831 28Al

鎂在人體內構成了三百種酵素^[7]，且對於所有細胞都是必須的，是在人體中佔有第十一多（依重量排序）的元素。鎂離子會與身體中如同ATP或 DNA RNA等高分子聚合物反應，且數百種酵素都需要鎂離子才能運作。在藥理學上，鎂離子聚合物通常被用為瀉藥、抗酸藥（胃藥）、或用來調整不正常的神經衝動與例如在子癲情況中的血管痙攣^[7]。鎂在自然界中只以化合物的形式被發現，普遍來說具有氧化數為+2的氧化型態。其可以被人工製造，具有高度的活性。鎂現今主要透過電解鎂鹽的方式得到，主要用來製造鎂鋁合金。鋁加上鎂製成合金後可變得更輕且提升其強度。

性質

鎂屬於元素週期表上的IIA族鹼土金屬元素，相對原子質量為24.305。具有銀白色光澤，略有延展性。鎂的密度小，離子化傾向大。

在空氣中，鎂的表面會生成一層很薄的氧化膜，使空氣很難與它反應。鎂和醇、酸、熱水反應能夠生成氫氣。粉末或帶狀的鎂在空氣中燃燒時會發出強烈的白光，自燃溫度約473℃^[8]。在氮氣中進行高溫加熱，鎂會生成氮化鎂（${\displaystyle {\ce {Mg3N2}}}$）；鎂也可以和鹵素發生強烈反應；鎂也能直接與硫化合。鎂的檢測可以用EDTA滴定法分析。

發現

1755年，蘇格蘭化學家約瑟夫·布拉克最先發現鎂元素。1808年，英國化學家戴維（H.Davy）用熔融電解法首先製得了金屬鎂。1828年法國科學家安東尼·比西（法語：Antoine Bussy）用金屬鉀還原熔融的無水氯化鎂得到純鎂。

名稱由來

源自希臘語，指一種礦石苦土（即氧化鎂）。

分布

在地球上鎂的含量比較多，含量約2.5%。天然含鎂的礦石有菱鎂礦、白雲石、光鹵石等。鎂離子也是海水中的重要成分。鎂也存在於人體和植物中，它是葉綠素的主要成分。

製備

• 鎂可以用菱鎂礦進行熱分解，加焦炭進行氯化得到氯化鎂，再通過電解含氯化鎂的熔融鹽製取金屬鎂。

化學反應方程式：

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

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

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

• 鎂可以用熱還原氧化鎂的方法製取。

• 另外還可以從海水中提取的氯化鎂進行脫水，加入氯化鉀進行熔融電解的方法製備。

海水提鎂工藝流程

步驟	主要反應
制熟石灰	${\displaystyle {\ce {CaCO3 -> CaO + CO2}}}$, ${\displaystyle {\ce {CaO + H2O -> Ca(OH)2}}}$
沉澱	${\displaystyle {\ce {MgCl2 + Ca(OH)2 -> Mg(OH)2 + CaCl2}}}$
酸化	${\displaystyle {\ce {Mg(OH)2 + 2HCl -> MgCl2 + 2H2O}}}$
蒸發再濃縮、冷卻結晶	析出${\displaystyle {\ce {MgCl2.6H2O}}}$
脫水	在氯化氫氣流中使${\displaystyle {\ce {MgCl2.6H2O}}}$脫水製得無水氯化鎂
電解	電解熔融氯化鎂製得鎂

同位素

主條目：鎂的同位素

已發現鎂的同位素共有13種，包括鎂20至鎂32，其中只有鎂24、鎂25、鎂26是穩定的，其他鎂的同位素都帶有放射性。

用途

鎂是用途第三廣泛的結構材料，僅次於鐵和鋁。鎂的主要用途是：製造鋁合金，壓模鑄造（與鋅形成合金），鋼鐵生產中脫硫處理，克羅爾法製備鈦。

金屬鎂可用於熔融鹽金屬熱還原法以製取稀有金屬。

由於鎂比鋁輕，含5%-30%鎂的鎂鋁合金質輕，有良好的機械性能，廣泛在航空、航天上使用。如2015年底美國加州大學洛杉磯校區工程系研究院就公布最新科研成果：以約百分之八十六鎂配以約百分之十四納微米級別的碳化矽製造出新的質輕堅硬金屬納米複合材料，未來將應用於航空、航天及電子手提平板方面。^[9]

另外利用鎂易於氧化的性質，可用於製造許多純金屬的還原劑。也可用於閃光燈、吸氧器、煙花、照明彈等。

加微量鎂於熔融生鐵中，冷卻後得到球墨鑄鐵，比普通鐵堅韌耐磨。

從18世紀初開始，苦滷（氯化鎂，${\displaystyle {\ce {MgCl2}}}$）和瀉鹽（硫酸鎂，${\displaystyle {\ce {MgSO4 * 7H2O}}}$）就已作為藥品得到了使用。

一些運動員進行重量訓練、攀岩或是硬舉等運動時，在手掌沾的鎂粉，實際上是碳酸鎂，具有吸水和吸油性，可達到止滑作用。

由於鎂燃燒的溫度很高，可以用於製造熱誘餌彈。

對人體的影響

主條目：鎂營養

鎂是構成骨骼的主要成分，是人體不可缺少的礦物質元素之一。它能輔助鈣和鉀的吸收。它具有預防心臟病、糖尿病、夜尿症、降低膽固醇的作用。

建議成年男性每日鎂的攝取量為350毫克，女性為300毫克，嬰兒50～70毫克，兒童150～250毫克，孕婦與乳母450毫克。最大日安全攝入量為3g。 (一般而言，鎂的每日應攝取量，應為每公斤體重6-8毫克)^[10]

缺乏鎂會使神經受到干擾，引致暴躁及緊張，並且會肌肉震顫及絞痛、心律不整、心悸、低血糖、虛弱、疲倦、神經過敏、手腳顫抖等。而酒精、利尿劑、高量的維生素D及鋅，均會增加身體對鎂的需求。

化合物

• 氫氧化鎂，用作塑料、樹脂、橡膠、油漆等材料的阻燃填充劑，以及治療胃酸過多的抗酸劑。
• 硼酸鎂，用作鎮靜劑。
• 溴化鎂，可以用作多種反應的催化劑。
• 格氏試劑，一類有機鎂化合物，常用於有機合成。

參考文獻

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 （英語）.
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. （原始內容 (PDF)存檔於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. （原始內容存檔於2006-10-05）.
5. Abundance and form of the most abundant elements in Earth's continental crust (PDF). [15 February 2008]. （原始內容 (PDF)存檔於2011-09-27）.
6. Anthoni, J Floor. The chemical composition of seawater. seafriends.org.nz. 2006 [2019-02-22]. （原始內容存檔於2019-01-18）.
7. Dietary Supplement Fact Sheet: Magnesium. Office of Dietary Supplements, US National Institutes of Health. 11 February 2016 [13 October 2016]. （原始內容存檔於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]. （原始內容存檔於2021-04-17）.
10. Magnesium - Fact Sheet for Health Professionals. National Institutes of Health. （原始內容存檔於2018-02-08）.

外部連結

• 元素鎂在洛斯阿拉莫斯國家實驗室的介紹（英文）
• EnvironmentalChemistry.com —— 鎂（英文）
• 元素鎂在The Periodic Table of Videos（諾丁漢大學）的介紹（英文）
• 元素鎂在Peter van der Krogt elements site的介紹（英文）
• WebElements.com – 鎂（英文）

• 缺鎂疾病知多少