تم النشر اليوم [dadate] | مغنيسيوم

النظائر

للمغنيسيوم ثلاثة نظائر مستقرّة في الطبيعة وهي مغنيسيوم-24 24Mg ومغنيسيوم-25 25Mg ومغنيسيوم-26 26Mg. يعدّ مغنيسيوم-24 النظير الأكثر وفرة طبيعية من بين هذه النظائر المستقرّة، حيث يشكّل حوالي 79% من المغنيسيوم في الطبيعة، في حين أنّ النظيرين الباقيين 25Mg و26Mg لهما نسبة وفرة متقاربة (10% و 11% على الترتيب). هنالك تسعة عشر نظيراً مشعّاً للمغنيسيوم تتراوح أعداد الكتلة لها بين 19 و 40. أطول هذه النظائر المشعّة عمراً هو النظير 28Mg الذي له عمر نصف مقداره 20.915 ساعة، في حين أنّ أقصر هذه النظائر عمراً هو النظير 39Mg الذي عمر النصف له أقلّ من 180 نانو ثانية. أُنِتجَ النظير مغنيسيوم-28 28Mg في عدّة محطّات طاقة نووية بين خمسينيّات إلى سبعينيّات القرن العشرين من أجل استخدامه في التجارب العلمية؛ إلّا أنّ قصر عمره نسبياً حال دون شيوع استخدامه. تتضمحلّ النظائر الخفيفة من نظائر المغنيسيوم المشعّة إلى نظائر الصوديوم، في حين أنّ النظائر المشعّة الثقيلة تتضمحلّ إلى نظائر الألومنيوم الموافقة. للنويدة 26Mg تطبيقات في علم الجيولوجيا وذلك بشكل مقارب لتطبيقات الألومنيوم. إذ أن 26Mg هي نويدة ذات أصل إشعاعي ناتجة عن النويدة 26Al، والتي يبلغ عمر النصف لها مقدار 717 ألف سنة. عُثِرَ على كمّيّات وفيرة من النويدة المستقرّة 26Mg في تضمينات غنيّة بالكالسيوم والألومنيوم والموجودة في بعض الأحجار النيزكية الكربونية؛ وذلك يعود إلى اضمحلال النويدة 26Al في التضمينات؛ وذلك أدّى إلى استنتاج أن تلك الأحجار النيزكية كانت قد تشكّلت في السديم الشمسي، وأنّها من أقدم الأجرام في النظام الشمسي، وتُقدِّم بذلك معلومات مهمّة عن تشكّل وتطوّر المجموعة الشمسية.

الدور الحيوي

يعدّ المغنيسيوم من العناصر الغذائية المعدنية المهمّة للجسم؛ وهو يوجد على شكل أيون ثنائي الشحنة الموجبة 2+Mg وهو من المغذّيات الأساسية للحياة؛ وخاصّةً في العلاقة الوثيقة بينه وبين الفوسفات؛ حيث يلعب المغنيسيوم دوراً في تثبيت واستقرار المركّبات متعدّدة الفوسفات في الخلايا بما فيها تلك المتعلّقة باصطناع الحمض النووي الريبوزي (RNA) والحمض النووي الريبوزي منقوص الأكسجين (DNA)؛ كما يحتاج مركّب أدينوسين ثلاثي الفوسفات (ATP)، وهو مصدر الطاقة الأساسي في الخلايا، إلى الارتباط مع أيون المغنيسيوم ليصبح ذا فعالية ونشاط، ولوحظ أن جزيء ATP يوجد عادةً على شكل متمَخلب مع أيون المغنيسيوم. المصادر الغذائية أمثلة على مصادر غذائية طبيعية متنوّعة حاوية على المغنيسيوم. هناك عددٌ متنوّع من المصادر الغذائية الحاوية على المغنيسيوم، منها الحبوب والمكسّرات؛ والخضراوات الورقية مثل السبانخ. تبلغ الكمّيّة الغذائية المرجعية من المغنيسيوم في المملكة المتّحدة مقدار 300 مغ للرجال و270 مغ للنساء؛ أمّا في الولايات المتّحدة الأمريكية فتبلغ الكمية الغذائية اليومية المرجعية مقدار 400 مغ للرجال الذين أعمارهم بين 19–30 سنة، و420 مغ للأسنّ من ذلك؛ أمّا للنساء فبمقدار 310 مغ للواتي أعمارهنّ بين 19–30 سنة، و320 مغ للأسنّ من ذلك. يمكن الحصول على الحاجة اليومية من المغنيسيوم بواسطة المكمّلات الغذائية، وخاصّةً على الشكل الشائع أكسيد المغنيسيوم، إذ أن محتواه من المغنيسيوم مرتفع بالنسبة إلى وزنه، والأكسيد هو أقلّ نشاطاً من الناحية الحيوية بالمقارنة مع أملاح السترات أو الكلوريد أو اللاكتات أو الأسبارتات للمغنيسيوم. الوفرة في الجسم يحوي جسم إنسان بالغ ما مقداره 22-26 غرام من المغنيسيوم؛ ويوجد 60% من هذا المحتوى في الهيكل العظمي، و39% منه في الوسط داخل الخلوي (20% في العضلات الهيكلية)، و1% في الوسط خارج الخلوي. يحوي مصل الدم مستويات نمطية من المغنيسيوم تبلغ 0.7–1.0 ميلي مول/الليتر (1.8–2.4 ميلي مكافئ/الليتر)؛ وتجري عملية ضبط مستوى المغنيسيوم في مصل الدمّ وفق عمليات الامتصاص في القناة الهضمية والطرح الكلوي. هناك علاقة بين مستوى المغنيسيوم في الوسط بين الخلوي وبين مستويات البوتاسيوم؛ كما أنّ زيادة مستوى المغنيسيوم تقلّل من مستويات الكالسيوم؛ ويمكن أن يمنع فرط كالسيوم الدم أو أن يسبّب نقص كالسيوم الدم، وذلك حسب المستوى الأولي في الجسم. يؤدّي المحتوى البروتيني المرتفع أو المنخفض في الوجبات الغذائية إلى حجب امتصاص المغنيسيوم؛ وكذلك كمّيّة الفوسفات والفيتات (أملاح حمض الفيتيك) والدهن في الأمعاء. يُطرَح المغنيسيوم غير الممتصّ في البراز؛ أمّا المغنيسيوم الممتصّ فيُطرَح في البول والعرق. يمكن أن يُقيَّم مستوى المغنيسيوم في الجسم بإجراء تحاليل طبية لقياس تراكيز في عيّنات الدم أو مصل الدمّ بشكل مقترن مع تحليل البراز والبول؛ إلّا أنّ إجراء اختبارات تحميل المغنيسيوم الوريدي هي أكثر دقّة وعَمَلية. إنّ الاحتفاظ بنسبة 20% أو أكثر من الكمّيّة المحقونة يشير إلى وجود عوز في المغنيسيوم. لا يوجد واسم حيوي متوفّر للكشف عن المغنيسيوم في الجسم. يمكن أن تراقب مستويات تركيز المغنيسيوم في البلازما لعدّة أهداف، إمّا لمعرفة نجاعة الجرعات أو المكمّلات الغذائية من المغنيسيوم، أو لغرض السلامة ومراقبة حالة المُتَلقّين للمغنيسيوم بهدفٍ علاجي، أو لغرض التحقيقات الجنائية في حالة حدوث جرعة مفرطة مميتة. وُجدَ أنّ الأطفال المولودين حديثاً للأمّهات اللواتي تَلقيْنَ تغذية بالحقن من كبريتات المغنيسيوم أثناء المخاض يمكن أن يظهروا سمّيّةً، رغم وجود مستويات مغنيسيوم طبيعية في مصل الدمّ. النقص المقالة الرئيسة: نقص المغنيسيوم تدعى حالة نقص مستويات المغنيسيوم في البلازما باسم نقص المغنيسيوم [ملاحظة 33]، وهي حالة شائعة، إذ توجد بنسبة حوالي 2.5–15% في السكّان. كما وَجدَت دراسةٌ أنّ حوالي 48% من سكّان الولايات المتّحدة الأمريكية كانوا قد استهلكوا بين سنتي 2005 و2006 كمّيّات من المغنيسوم أقلّ من تلك الموصى بها مرجعياً. لا يبدي نقص المغنيسيوم أعراضاً خاصّةً به، إنّما قد تترافق الأعراض مع حدوث خللٍ وظيفي استقلابي أو عصبي عضلي أو دوراني. أمّا الحالات المزمنة من نقص المغنيسيوم في مصل الدمّ فهي متعلّقة بحدوث حالات مرضية مثل المتلازمة الأيضية أو سكري النوع الثاني أو الارتجاف الحزمي أو ارتفاع ضغط الدم. العلاج تُستخدَم مركّبات المغنيسيوم للعلاج في حالات معيّنة، مثل حالة اضطراب النظم القلبي المترافقة مع تورساد دي بوانت ومتلازمة كيو تي الطويلة؛ والتي يُستخدَم فيها محلول وريدي من كبريتات المغنيسيوم؛ كما يُستخدَم المحلول نفسه لمعالجة حالة ما قبل الإرجاج والإرجاج. عند نقص المغنيسيوم بسبب الكحولية يمكن أن تُعطى مركّبات المغنيسيوم إمّا فموياً أو بالحقن، وذلك اعتماداً على درجة النقص؛ كما توجد علاقة بين حالة المغنيسيوم في الجسم وبين الصداع النصفي، لكنّ دور مكمّلات المغنيسيوم المأخوذة فموياً في العلاج لا يزال بحاجة إلى دراسة وتوضيح. الجرعة الزائدة المقالة الرئيسة: فرط المغنيسيوم من المستبعد أن تؤخذ جرعة زائدة من مجرد تناول مصادر غذائية حاوية على المغنيسيوم، إذ يًطرَح الفائض منه في الدمّ مباشرة من الكليتين؛ إلّا في حال وجود مشاكل كلوية. بالمقابل سبّبَ العلاج بجرعات ضخمة من الفيتامينات في حالات نقص المغنيسيوم بحوادث وفيات مسجلّة. تشمل أعراض وجود جرعة زائدة من المغنيسيوم كلاً من الغثيان والتقيّؤ والإسهال؛ بالإضافة إلى أعراض أخرى تشمل انخفاض ضغط الدم وبطء القلب واحتمالية حدوث الوفاة بسبب توقف القلب. بنية الكلوروفيل وتظهر فيها ذرة المغنيسيوم المركزية. عند النباتات تحتاج النباتات إلى المغنيسيوم من أجل اصطناع الكلوروفيل الضروري للتركيب الضوئي. يوجد المغنيسيوم في مركز حلقة البورفيرين، وهو أساسي في الدور الوظيفي بشكلٍ مشابه للحديد في مركز حلقة البورفيرين في تركيب الهيم. يؤدّي عوز المغنيسيوم في النبات إلى حدوث اصفرار بين عروق أوراق النبات، خاصّةً الأقدم منها؛ ويمكن معالجة الحالة بإضافة كبريتات المغنيسيوم (الملح الإنجليزي)، والذي يرشح بسرعة إلى التربة.

التاريخ وأصل التسمية

أنطوان بوسي هو أوّل تمكّن من عزل المغنيسيوم النقي، بعد أن تمكّن همفري ديفي من اكتشافه سابقاً. يُشتَقّ اسم مغنيسيوم من الكلمة الإغريقية «Μαγνησία»، والتي قد تشير إمّا إلى منطقة في اليونان القديمة تدعى مغنيسيا، والتي تقع حالياً في إقليم ثيساليا؛ أو إلى مدنٍ مندثرةٍ حملت نفس الاسم مثل مغنيسيا (على جبل سيبيلوس) [ملاحظة 1] أو مغنيسيا (على نهر مندريس) [ملاحظة 2] والواقعة حالياً في تركيا؛ وتلك المناطق سكنتها قبيلة مغنيت [ملاحظة 3] اليونانية القديمة. هناك صلة وصل بين تسمية المغنيسيوم وبين تسمية معدن المغنيتيت [ملاحظة 4] (حجر المغناطيس) وبين تلك التي تعود إلى عنصر المنغنيز. عُرفَت مركّبات المغنيسيوم منذ مئات السنين وذلك قبل الحصول على الفلزّ بشكله النقيّ، منها التَلْك (سيليكات المغنيسيوم المميّهة)؛ ومنها كبريتات المغنيسيوم، الذي يعرف بالاسم الشائع «الملح الإنجليزي». يُعدّ الفيزيائي والكيميائي الإسكتلندي جوزيف بلاك [ملاحظة 5] أوّل من عمل على مركّبات المغنيسيوم بشكل علمي وذلك في القرن الثامن عشر. اكتشف جوزيف بلاك سنة 1755 الفرق بين الحجر الكلسي (كربونات الكالسيوم) وبين كربونات المغنيسيوم في إحدى أعماله المنشورة [ملاحظة 6]، حيث كان يكثر الخلط بينهما كثيراً في تلك الأيام. أمّا الفلزّ فاستَحصَل عليه الكيميائي همفري ديفي [ملاحظة 7] أوّل مرّة سنة 1808 وذلك بأسلوب التحليل الكهربائي لمزيج من أكسيد المغنيسيوم (مغنيسيا) مع أكسيد الزئبق الثنائي؛ لكنّه لم يكن نقيّاً، إنّما حصل عليه على شكل ملغمة (خليطة مع الزئبق)، لأنّه استخدم مهبطاً من الزئبق. أظهر ديفي بهذه العملية أنّ المغنيسيا أكسيد لفلزٍّ جديدٍ، أسماه «مَغْنِيُوم» [ملاحظة 8]، وتحوّلت التسمية فيما بعد إلى «مغنيسيوم». في سنة 1831 نجح الكيميائي الفرنسي أنطوان بوسي من الحصول على المغنيسيوم النقيّ بأسلوب مخبري ولكن بكمّيّات قليلة، وذلك من خلال تسخين كلوريد المغنيسيوم بوجود الكالسيوم للاختزال. بدأ العمل على تطوير عمليّات صناعية للحصول على المغنيسيوم بواسطة مايكل فاراداي [ملاحظة 9]، فهو أوّل من تمكّن من الحصول على المغنيسيوم من خلال التحليل الكهربائي لمصهور كلوريد المغنيسيوم وذلك سنة 1833؛ ثمّ تمكّن روبرت بنزن [ملاحظة 10] لاحقاً من إنتاج كمّيّات أكبر بنفس الأسلوب باستخدام خلية بنزن. تمكّن هنري إتيان سانت كلير ديفيل [ملاحظة 11] سنة 1857 بمساعدة من كارون [ملاحظة 12] من تطوير عملية صناعية لإنتاج المغنيسيوم، وذلك بإجراء اختزال لمزيج من كلوريد المغنيسيوم وفلوريد الكالسيوم باستخدام الصوديوم. إلّا أنّ تلك العمليّات لم تكن ذات جدوى اقتصادية كبيرة. بما أنّ سبائك المغنيسيوم تتميّز بانخفاض كثافتها، فقد وجدت لها تطبيقاتٍ في مجال بناء العَرَبات، ومن أوائل التطبيقات المستخدمة لذلك الغرض كان بناء هيكل مناطيد زبلين قبل الحرب العالمية الأولى؛ كما شاع استخدامها في بناء هياكل الطائرات في ثلاثينيّات القرن العشرين. أمّا في الحرب العالمية الثانية فقد استُخدمَت خاصّية الاشتعالية المرتفعة للمغنيسيوم في تصميم الأسلحة الحارقة التي كانت تلقى على المدن أثناء المعارك والقصف الجوي.

الخواص الفيزيائية

يوجد عنصر المغنيسيوم في الشروط القياسية على شكل فلزّ لامع ذي لون يتراوح بين الأبيض إلى الرمادي، وهو فلز خفيف الوزن له ثلثا كثافة جاره الألومنيوم. للمغنيسيوم أخفض نقطة انصهار (650 °س) ونقطة غليان (1091 °س) بين عناصر الفلزّات القلوية الترابية. إنّ بلّورات المغنيسيوم النقيّ هشّة، ومن السهل أن تتصدّع؛ وتبلغ قيمة معامل المرونة الطولي له حوالي 45 غيغاباسكال. يصبح المغنيسيوم أكثر فدرةً على السحب عندما يُسبَك مع كمّيّات صغيرة من فلزّات أخرى، مثل الألومنيوم؛ كما يمكن أن تزداد القدرة على سحبه أيضاً عندما يكون قياس الحبيبات صغيراً من أبعاد حوالي 1 ميكرومتر (ميكرون) أو أقلّ. السبائك قضيب من المغنيسيوم يشكّل المغنيسيوم العديد من السبائك مع عددٍ معتبرٍ من الفلزّات؛ منها مع الألومنيوم Mg-Al، والمنغنيز Mg-Mn، والسيليكون Mg-Si، والزنك Mg-Zn؛ بالإضافة إلى سبيكة إلكترون، وهي علامة تجارية لعدد من السبائك التي تتكوّن من 90% مغنيسيوم بالإضافة إلى حوالي 9.5% ألومنيوم، مع وجود كمّيّات ضئيلة من عدّة عناصر أخرى مثل الزنك أو القصدير أو الإتريوم أو النيوديميوم أو الغادولينيوم أو الزركونيوم؛ بالإضافة إلى كمّيّات نزرة من عناصر أرضية نادرة. إنّ أكثر ما يميّز سبائك المغنيسيوم تلك هو خفّة وزنها، فعلى سبيل المقارنة تبلغ كثافة المغنيسيوم 1.74 غ/سم3 في حين أنّها تبلغ مقدار 2.75 غ/سم3 للألومنيوم. وما يميّزها أنّ مجال درجة انصهارها يقع بين 430 و630 °س، ممّا يجعل من عملية سبكها موفّرةً نسبياً للطاقة؛ لكنّها أقلّ مقاومةً للشدّ وأقلّ صلادة بالمقارنة مع سبائك الألومنيوم. تُستخدَم سبائك المغنيسيوم في بناء هياكل العربات، كما تُستخدَم أيضاً في صبّ هيكل محرّكات السيارات، كما هو الحال في سيارة ألفا روميو 156 وفي بعض محرّكات سيارات شركة BMW [ملاحظة 29] على سبيل المثال. بلغ الاستهلاك العالمي من سبائك المغنيسيوم سنة 2013 أقلّ من حوالي مليون طن، بالمقارنة مع 50 مليون طن من سبائك الألومنيوم. من العيوب التي تحدّ من انتشار سبائك المغنيسيوم هو ميلها للتآكل، وكذلك وجود خاصة الزحف، بالإضافة إلى قابليتها للاشتعال. يؤدّي وجود كمّيّات من فلزّات الحديد أو النيكل أو النحاس أو الكوبالت إلى تحفيز وتنشيط التآكل؛ حيث تعمل تلك الفلزّات على تشكيل مركّبات بين فلزية مترسّبة، ممّا يؤدّي إلى تنشيط مواقع مهبطية في بنية السبيكة، والتي تقوم باختزال الماء، ممّا يؤدّي إلى فقدان المغنيسيوم. ويمكن التغلّب على ذلك بإضافة كمّيّات مضبوطة من المنغنيز، أو من الزرنيخ.

هوامش

. لذلك لا تُستخدَم مطافئ ثنائي أكسيد الكربون لإخماد حرائق المغنيسيوم أيضاً. من أجل إخماد نار المغنيسيوم تُستخدَم مطافئ حريق من الصنف D المعتمدة على المساحيق الجافّة؛ أو بتغطية الحريق بالرمل.

شرح مبسط

المغنيسيوم هو عنصر كيميائي رمزه Mg وعدده الذرّي 12، وهو ينتمي إلى الفلزّات القلوية الترابية، التي تقع في المجموعة الثانية للجدول الدوري للعناصر. يوجد هذا العنصر في الشروط القياسية على شكل صلب رمادي برّاق. يأتي المغنيسيوم من حيث الوفرة الطبيعية للعناصر في الكون في المرتبة الثامنة؛[2][3] حيث ينتج هذا العنصر في النجوم بعمرها المتأخّر من تفاعل اندماج لنوى الهيليوم في نوى الكربون؛ وعند انفجار تلك النجوم على هيئة مُسْتَعِرَاتٍ عُظْمَيَات، يُطرَح معظم المغنيسيوم إلى الوسط بين النجمي، حيث يعاد تدويره إلى أنظمة نجوم وليدة جديدة. كما يأتي العنصر أيضاً في المرتبة الثامنة من حيث الوفرة في القشرة الأرضية؛[4] في حين أنّه يأتي في المرتبة الرابعة من حيث وفرة العناصر في تركيب الأرض الكيميائي (بعد الحديد والأكسجين والسيليكون)، مشكّلاً حوالي 14% من كتلة الأرض، وخاصّةً في تركيب الوشاح. يأتي المغنيسيوم في المرتبة الثالثة بعد الصوديوم والكلور من حيث العناصر المنحلّة في ماء البحر.[5]
لم يعلق احد حتى الآن .. كن اول من يعلق بالضغط هنا