Priče o elementima #14: Magnezij – divlji metal kojeg je lako pripitomiti

Drvo gori, metal ne gori, to se zna. Zna se po tome što se žeravica razgrće željeznim žaračem i po tome što na vatru stavljamo bakrene, aluminijske, željezne (od lijevanog željeza i nehrđajućeg čelika) i titanijske tave i lonce. Zna se, zna se, ne zna se, jer iako se znanost temelji na onome što se vidi, na iskustvu, sa zaključcima ne treba brzati, jer možda nismo sve vidjeli, a i ono što smo vidjeli možda smo krivo protumačili. Svi vide da je Zemlja ravna i da Sunce ujutro izlazi a navečer zalazi, ali nitko ne vidi što Sunce radi noću. Svi vide na nebu gibanje planeta, no tek je Kopernik pokazao, a Newton dokazao da planeti ne kruže oko Zemlje nego da Zemlja i svi planeti kruže oko Sunca. Tako će nekako biti i s metalima i njihovom „nezapaljivošću“.

Da željezo gori zna svako tko je vidio njegove varnice, upaljene čestice željeza što frcaju ispod struga, no to se još bolje vidi ako se izvede jedan koliko lijep toliko i jednostavan kemijski pokus. Treba užariti željeznu žicu a potom je uvesti u epruvetu s kisikom (kisik je teži od zraka, pa se u epruveti može držati – bar neko vrijeme – poput vode). Žica će zasjati plamenom, baš kao da je iverak drva!

Ne gori samo željezo, dakako. Gori aluminij, gori berilij, gore bolje od željeza. No od svih metala najjače gori magnezij i to gori tako jako da se ničime (osim specijalnom grafitnom prašinom) ne može ugasiti!

Počnimo redom. Magnezij gori u kisiku (O₂) dajući bijeli prah magnezijeva oksida, MgO. Može li se ugasiti vodom? Ne, jer s vrućom vodom reagira poput natrija uz razvijanje vrlo zapaljivog vodika (Mg + 2 H₂O → Mg(OH)₂ + H₂). Može li se ugasiti ugljikovim dioksidom? Ne može, jer i u njemu gori reducirajući ga na ugljik (2 Mg + CO₂ → 2 MgO + C). Može li se gasiti pijeskom? Ne, ne može, jer sa silicijevim dioksidom reagira kao i s ugljikovim dioksidom, samo što nastaje silicij umjesto ugljika. A da pokušamo s dušikom? E, to sam čekao. Neće ni to ići, jer magnezij reagira i s tim „inertnim“ plinom, dajući magnezijev nitrid, Mg₃N₂.

Kad čovjek sve to pročita, pa se još prisjeti jarke svjetlosti koja nastaje pri gorenju magnezija, s pravom se pita treba li i magnezij svrstavi među „elemente iz pakla“, poput sumpora, klora i fluora. No tu se čitatelj vara. Kada magnezij prijeđe iz oksidacijskog stanja Mg(0) u oksidacijsko stanje Mg(II), gubi svu svoju „paklenu“ narav. Soli magnezija su bijele. Magnezijev sulfat, klorid i nitrat su topljivi u vodi, magnezijev karbonat i fosfat nisu.Magnezij nije otrovan, štoviše dobar je za zdravlje jer je biogeni element, što znači da ga svaki dan trebamo uzimati, oko 420 mg. Ima ga svugdje, ali najviše u siru i bundevinim sjemenkama.

Magnezij se dugo krio očima kemičara, jer nisu mogli razlučiti njegove soli od soli srodnog mu kalcija, s kojim dijeli istu, drugu (IIA) skupinu periodnog sustava. Tek je 1700. godine Friedrich Hoffmann uspio razlikovati magnezijev karbonat (magnesia alba) od kalcijeva karbonata (kalcita, krede). Zagrijavanjem „bijele magnezije“ na 800 – 900 ^oC, na istu temperaturu na kojoj se peče vapno, nastaje „žarena magnezija“ (magnesia usta) koja se onda koristila kao što se i danas koristi kao lijek protiv žgaravice. Riječ je o magnezijevom oksidu (koji, između ostalog, služi gimnastičarima za mazanje dlanova), bijelom prahu nalik na kredu. Danas „bijelu magneziju“ poznajemo pod imenom minerala magnezita koji se malo razlikuje od kalcita (CaCO₃). Štoviše, vapnenačke stijene rijetko se sastoje samo od kalcijeva karbonata, u njima ima više ili manje magnezija. Postoji i mineral, dolomit, koji se sastoji od jednakih množinskih udjela kalcijeva i magnezijeva karbonata, CaMg(CO₃)₂. Odakle magnezij u vapnencu? Iz mora!

Vapnenac se obogaćuje magnezijem ako dođe u dodir s morskom vodom, jer u morskoj vodi ima magnezija. U to ćete se lako uvjeriti ako pomiješate jednake dijelove morske i vapnene vode. Ta će se otopina učas pretvoriti u „mlijeko“ jer će se iz nje izlučiti magnezijev hidroksid, Mg(OH)₂, u obliku sitnih čestica. U litri morske vode imao oko jedan gram magnezija, u kubičnom metru mora ima ga cijeli kilogram, u kubičnom kilometru milijun tona. Stoga se taloženje magnezija kalcijevim hidroksidom, gašenim vapnom ili vapnenom vodom, koristi i za njegovo rudno iskorištavanje. Dobro sam rekao „rudno“, jer more je rudnik magnezija.

Magnezij se najčešće upotrebljava za pravljenje legura s drugim lakim metalima, posebice aluminijem (duraluminij sadrži 0,5 – 2 % Mg), no postoje legure s više od 90 % magnezija (elektron-metal). Metalurzima posao olakšava njegovo nisko talište (639 ^oC), niže od tališta aluminija (660 ^oC). Oznaku lakog metala s pravom nosi jer mu gustoća iznosi samo 1,74 g cm^-3 – lakši je od aluminija (2,70 g cm^-3) i sumpora (2,07 g cm^-3). Njegovo dobivanje u elementarnom stanju nije međutim bilo lako. Iako ga je kao element propoznao, kao što rekoh, Hoffmann 1700. godine, a Lavoisier je 1789. uvrstio u tablicu „jednostavnih tvari“ magnezijev oksid (magnésie) kao solotvornu tvar, otkriće je magnezija omogućila tek primjena novog kemijskog agensa – električne struje. Da budem manje zagonetan, reći ću da je metalni magnezij prvi pripremio 1808. godine Humphrey Davy elektrolizom njegova rastaljena klorida.

Dakle, da sumiramo. Iako su magnezijevi spojevi bili poznati takoreći od pamtivijeka, tek se u 19. stoljeću otvorila mogućnost da pokažu svoju moć u metalurgiji. Uz spomenutu bijelu i žarenu magneziju, od magnezijevih je spojeva bila poznata epsomska sol. Iza imena te soli krije se magnezijev sulfat heptahidrat, MgSO₄·7H₂O. Sol se kopala nedaleko engleskog grada Epsoma. Danas je poznajemo pod imenom minerala epsomita i „gorke soli“ jer je, dakako, gorka, kao uostalom i sve magnezijeve soli i kao sve magnezijeve soli ima purgativno djelovanje. I što dalje reći? Ako vas mući zatvor stolice posegnite za bocom mineralne vode jer i u njoj ima otopljenje epsomske soli. Sretno vam bilo!

Nenad Raos, rođen u Zagrebu 1951., je kemičar, znanstveni savjetnik u trajnome zvanju, sada u mirovini. Bio je pročelnik Sekcije za izobrazbu Hrvatskog kemijskog društva, glavni urednik časopisa Priroda i urednik rubrike Kemija u nastavi u časopisu Kemija u industriji. Još od studentskih dana bavi se popularizacijom znanosti. Piše za časopis Čovjek i svemir, te mrežne stranice Panopticum i, naravno, Bug-online. Autor je 16 znanstveno-popularnih knjiga, od kojih treba izvojiti „Kemijski leksikon u stripu“, „Metali života – metali smrti“ te „Kemičar u kući – kemija svakodnevnog života“.