Hořčík

Hořčík patří mezi kovy alkalických zemin, tvoří sloučeniny v oxidačním čísle +II. Na zemi je šestým nejhojnějším prvkem (2,76 %). Kovový hořčík se využívá jako konstrukční materiál v letectví.

Atomové číslo	12	Počet stabilních izotopů	3
Atomová hmotnost	24,3050	Elektronová konfigurace	[Ne] 3s²
Teplota tání [°C]	650	Teplota varu [°C]	1091
Elektronegativita	1,20	Hustota [g.cm^-3]	1,738

Vlastnosti hořčíku

Obsah

Izotopy

Je tvořen třemi stabilními izotopy, známe také 19 radioizotopů v rozmezí nukleonových čísel 18–41, nejdelší poločasy rozpadu mají ²⁷Mg (9,44 minut) a ²⁸Mg (20,92 hodin), oba se rozpadají mechanismem β⁻.

Izotop	Zastoupení [%]
²⁴Mg	78,99
²⁵Mg	10,00
²⁶Mg	11,01

Stabilní izotopy hořčíku

²⁸Mg

Tento izotop se využívá ke studiu metabolismu a chování hořčíku v živých organismech.

Připravuje se ostřelováním hliníku částicemi α, nebo ostřelováním hořčíku jádry tricia:

$$^{27}_{13}\textrm{Al}\ +\ ^4_2\textrm{He}\ \rightarrow\ ^{28}_{12}\textrm{Mg}\ +\ 3\ ^{1}_{1}\textrm{p} \\
^{26}_{12}\textrm{Mg}\ +\ ^3_1\textrm{H}\ \rightarrow\ ^{28}_{12}\textrm{Mg}\ +\ ^{1}_{1}\textrm{p}$$

Má poločas přeměny 20,9 hodin, přeměňuje se na ²⁸Al mechanismem β^–:

$$^{28}_{12}\textrm{Mg}\ \rightarrow\ ^{28}_{13}\textrm{Al}\ +\ ^{\ \ \ 0}_{-1}\beta^-$$

Výskyt a výroba

V přírodě se vyskytuje pouze v hořečnatých sloučeninách. Nejběžnějším minerálem je dolomit – MgCO₃.CaCO₃, vzácnější je magnezit MgCO₃.

Hořčík se vyrábí ze sloučenin hořčíku elektrolýzou nebo termickou redukcí. Elektrolyticky se vyrábí z taveniny MgCl₂, při termické redukci se využívá dolomot a ferrosilicium:

2 MgO·CaO + FeSi → 2 Mg + Ca₂SiO₄ + Fe

Využití

Hořčík je lehkým, konstrukčním kovem (hustota ρ = 1,74 g.cm^-3), po železe a hliníku je třetím nejpoužívanějším konstrukčním kovem. Využívá se v letectví, ale i obalové technice, fotografických a optických zařízeních.

Bloky motorů vyrobené ze slitiny hořčíku. Zdroj: Mark Fergus/Commons

Při výrobě oceli se využívá ke snižování obsahu síry a slouží jako redukční činidlo při Krolově výrobě titanu:

TiCl₄ + 2 Mg → 2 MgCl₂ + Ti

Akumulátory založené na MgCl₂

Jelikož je lithium poměrně drahé a hůře dostupné, hledají se alternativy k lithiovým bateriím. Jednou z novějších možností jsou akumulátory založené na hořčíku. Anodou je tenká hořčíkové fólie, katodou je hexakyanoželeznatan měďnatý (Cu₂[Fe(CN)₆]) smísený s SWCNT (jednostěnné uhlíkové nanotrubice) a polyvinyliden fluoridem (PVDF). Elektrolytem je vodný roztok chloridu hořečnatého (MgCl₂).[7]

Chemické vlastnosti

Grignardova reakce

Velmi důležitým využitím organokovových sloučenin hořečnatých je Grignardova reakce, která se využívá pro tvorbu vazeb C-C a tím prodlužování uhlovodíkového řetězce. Grignardova činidla jsou alkyl- a arylmagnesiumhalogenidy, velmi často bromidy, např. CH₃CH₂MgBr – ethylmagnesiumbromid. Za objev těchto činidel byla roku 1912 udělena Nobelova cena francouzskému chemikovi Victoru Grignardovi.[5,6] Příkladem může být reakce acetylchloridu, z kterého získáme keton.

Grignardova činidla se připravují v diethyletheru nebo THF, reakcí kovového hořčíku s alkyl- nebo arylhalogenidy. Musíme pracovat v ochranné atmosféře, aby nedocházelo k hydrolýze. Reakce je nutné iniciovat jodem nebo 1,2-dibromethanem, který naruší vrstvu oxidu na povrchu hořčíku.

Grignardova reakce se využívá např. při výrobě léku Tamoxifenu.

Syntéza Tamoxifenu. Zdroj: V8rik/Commons

Schlenkova rovnováha

V roztocích Grignardových činidel pozorujeme rovnováhu, kterou objevil německý chemik Wilhelm Schlenk. Jde o rovnováhu mezi Grignardovým činidlem a halogenidem hořečnatým a dialkyl nebo diarylmagnesiem:

2 RMgX ⇌ MgX₂ + MgR₂

NMR

V NMR je aktivní izotop ²⁵Mg, který má v přírodě zastoupení 10 %. Jde o velmi málo citlivé jádro, které je navíc kvadrupolární, takže v případě sloučenin s nižší symetrií dochází k rozšiřování linií. Standardem pro NMR je MgCl₂.

	²⁵Mg
Spin	5/2
Zastoupení v přírodě [%]	10,0
Citlivost vzhledem k ¹H	2,68 x 10^-4
Citlivost vzhledem k ¹³C	1,58
Rezonanční frekvence v poli 1 T	2,6083
Rozsah chemických posunů	-20 až 50 ppm

Izotopy

²⁸Mg

Výskyt a výroba