镁在空气体中燃烧(镁条在空气体中燃烧的实验)

镁的起源

镁是宇宙中第九丰富的元素。它产生于一颗巨大的古老恒星。三个氦核加到一个碳原子核上，形成一个新的镁核。当像超新星这样的恒星爆炸时，大部分镁会分散到星际介质中，镁可以在星际介质中循环进入新的恒星系统。

镁随着超新星爆炸扩散到星云中。

镁的原子序数是12，也就是说它的原子核里有12个质子，外围有12个电子。镁被归类为碱土金属，在其最外层3s轨道上有两个活性电子。这两个电子很容易被别人“带走”，使镁成为+2价的阳离子，这也决定了镁是一种活性金属，它很容易被氧化。

与铝类似，由于氧化速度极快，镁的最外层原子因为与空气体中的氧快速形成氧化镁而形成致密极薄的钝化膜，进而保护了内部的镁原子，它们没有机会与空气体中的氧接触。所以我们看到的所有镁金属都是闪亮的银灰色固体。

一块镁金属固体

纯镁用处不大，太脆了。镁是密排六方晶体结构，延展性差，受压会开裂。因此，通常需要在镁中掺入其他物质制成合金，这样可以大大提高镁的延展性，使其成为制造材料的热门明星。

镁很脆(上图)，含1%铝和0.1%钙的镁合金能承受54%的变形(下图)。

镁的化学性质

上一节我们介绍了镁的最外层3s轨道只有两个电子，这就决定了镁是一种化学性质非常活跃的碱土金属。如果你把一块镁扔进水中，它会和水反应，在表面形成氢气泡。虽然它的反应速度比不上碱金属，但是如果你把镁粉扔到水里就危险了。理论上，我们可以利用镁和水的可逆反应来获取能量。一家日本公司正试图制造一种“镁基发动机”。我们将在镁的应用一章中介绍。

由于有钝化膜的保护，镁可以制成金属线圈，储存在镁锚中。

镁可以很快被氧化，因为镁在其外层很容易失去两个电子，而氧获得电子的能力很强，所以镁很容易与氧反应生成氧化镁(MgO)。如果只是把镁放在氧气环境中，它会形成一层钝化膜来保护自己，但要点燃它，情况就大不一样了。

下图是用喷灯加热一块镁金属的图片。它本来是一个视频，我从里面拍了四张照片，展示它的加热燃烧过程。从图中我们可以看到，金属镁在空气体中加热到一定温度后，会与氧气发生反应，剧烈燃烧。

镁的加热和燃烧过程

镁及镁合金的火焰温度可达3100℃，并发出耀眼的白光。你最好不要直视镁的火焰，因为里面有大量的紫外线，会对视网膜造成永久性损伤。镁燃烧的火焰极难熄灭，因为镁在高温下能与氮气、二氧化碳和水发生化学反应。你只能用干沙盖住它，以隔绝氧气。

在800℃时，镁与氮反应生成氮化镁:

3Mg+N₂=Mg₃N₂

镁可以在二氧化碳中点燃，生成氧化镁和碳:

2Mg+CO₂=2MgO+C

如果用水扑灭镁火，镁火会因产生氢气而爆炸:

Mg+2H₂O=Mg(OH)₂+H₂↑

镁棒燃烧，发出耀眼的白光。

镁的生产

镁是地壳质量中第八丰富的元素。它大量存在于菱镁矿MgCO₃、白云石CAMG (CO)等矿物中。虽然含镁矿物有60多种，但只有白云石、菱镁矿、水镁石Mg (OH)、光卤石KCl MgCl₂ 6H₂O、滑石Mg SiO (OH)和橄榄石(Mg、Fe)₂SiO₄)具有商业开采价值。其他矿物要么储量很少，要么很难开采，不经济。

菱镁矿(MgCO₃)晶体

镁离子Mg ⁺是海水中第二丰富的阳离子，其质量含量约为钠离子含量的三分之一，因此从海水的海盐中提供镁在商业上是经济的。通常化工企业会在海水中加入氢氧化钙，形成氢氧化镁沉淀:

MgCl₂ +Ca(OH)₂ = Mg(OH)₂↓ +CaCl₂

氢氧化镁不溶于水，可以滤出并与盐酸反应生成浓缩氯化镁:

Mg(OH)₂ + 2盐酸= MgCl₂ + 2 H₂O

然后氯化镁可以电解得到金属镁。

氧化镁氢氧化镁

从其他矿石中提取镁，基本遵循逐步合成氯化镁，然后电解氯化镁得到金属镁的步骤。

白云石，白色晶体是camg (co)

大多数情况下，我们不需要提纯金属镁，包括碳酸镁、氯化镁、柠檬酸镁、氢氧化镁(氧化镁乳)、氧化镁、硫酸镁和七水硫酸镁(泻盐)等。这些镁化合物对工业和生物学很重要。

镁的使用

镁主要用于燃烧。出于各种目的，人们发明了各种燃烧方法。

最早的时候，东方人发现燃烧的镁能发出耀眼的白色火花，于是把它制成了烟花。由于镁粉的自燃温度只有473°C，所以也可以和火石一起使用。用刀刮会点燃干草或刨花。在野外生活时，这可以代替火柴。比打火机耐用，不怕湿。

镁也可以和燧石一起使用。用刀刮擦它，产生火花点火。

镁粉燃烧产生的白光非常接近太阳光，所以成为最早摄影的辅助照明。随着“轰”的一声，这种原始的闪光灯发出耀眼的白光和烟雾，使摄影过程时尚而刺激。

最早的影楼是用燃烧的镁粉来补光。

镁通常用于军事目的，因为它易燃，燃烧时可产生3100℃的高温。许多军用飞机会发射含有镁的干扰弹，引导红外制导导弹远离自己。第二次世界大战期间，参战国用镁制造燃烧弹，温度极高，难以扑灭，对消防员造成了极大的伤害和极大的困扰。

发射红外干扰弹的运输机

由于镁质轻，其与铝、锌等金属的合金耐高温、低蠕变，且具有良好的机械加工性能，因此镁合金被广泛用于航空航天和发动机结构件的生产。当镁被注入碳化硅纳米颗粒中时，它具有极高的比强度。

早在第一次世界大战时，镁铝合金就被德国人用来制造军用飞机，第二次世界大战后，镁铝合金的应用更加广泛。宝马使用镁合金制造汽车用高性能6缸发动机。事实上，许多其他发动机制造商将镁添加到铝中，以改善其压铸和机械性能。

宝马6系铝镁合金发动机缸体

镁合金除了用于发动机缸体的压铸，还用于制造高档汽车的轮毂。一些手机制造商也用它来制作智能手机的外壳，以获得更轻的重量和更好的可加工性。

保时捷镁合金车轮

镁会和水发生化学反应，产生氢气，产生热量。东京工业大学(TIT)和日本三菱公司希望开发一种“镁喷射循环发动机(MAGIC)”。他们声称已经制造出一种不使用化石燃料的无污染发动机的原型。虽然它的体积很小(直径约5厘米，高13.5厘米)，但发动机可以产生几十千瓦的热量输出。然而，15年过去了，这项研究没有任何更新的进展。

2004年，TIT声称已经开发出“镁喷射循环发动机(MAGIC)”

除了镁之外，镁的各种化合物也被广泛使用。氧化镁常用作各种冶金工业炉内衬的高温耐火材料，也用于农业、化学和建筑。镁盐是多种食物的必备添加剂，因为我们人类需要摄入镁；镁是叶绿素的成分，所以镁盐也被用于生产化肥；亚硫酸镁用于造纸；六氟硅酸镁用于纺织，可以防蛀；镁广泛用于生产建筑防火材料。

总结:

镁来自一颗巨大的古老恒星的内部。它由氦和碳组成，然后通过超新星爆炸投射到Tai 空中。我们地球上所有的镁元素都是这样获得的。

镁的最外层有两个自由电子，这就决定了镁是一种非常活泼的碱土金属。它可以与氧气、氮气、水甚至二氧化碳发生化学反应。所以当镁燃烧时，无论是水还是二氧化碳都无法熄灭它。只能选择用干沙灭火。

镁已被烧坏用于各种目的。可以用来发光发热，充当闪光灯，制作干扰弹，也可以用作燃烧弹。

镁合金重量轻，加工性能优良，因此广泛用于制造航空航天和汽车发动机，也用于制作手机壳。可能你的手机后壳是镁合金的吧！