マグネシウム

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ナトリウム - マグネシウム - アルミニウム

Be
Mg
Ca
Element 1: 水素 (H), 非金属
Element 2: ヘリウム (He), 希ガス
Element 3: リチウム (Li), アルカリ金属
Element 4: ベリリウム (Be), 卑金属
Element 5: ホウ素 (B), 金属
Element 6: 炭素 (C), 非金属
Element 7: 窒素 (N), 非金属
Element 8: 酸素 (O), 非金属
Element 9: フッ素 (F), ハロゲン
Element 10: ネオン (Ne), 希ガス
Element 11: ナトリウム (Na), アルカリ金属
Element 12: マグネシウム (Mg), 卑金属
Element 13: アルミニウム (Al), 卑金属
Element 14: ケイ素 (Si), 金属
Element 15: リン (P), 非金属
Element 16: 硫黄 (S), 非金属
Element 17: 塩素 (Cl), ハロゲン
Element 18: アルゴン (Ar), 希ガス
Element 19: カリウム (K), アルカリ金属
Element 20: カルシウム (Ca), アルカリ土類金属
Element 21: スカンジウム (Sc), 遷移金属
Element 22: チタン (Ti), 遷移金属
Element 23: バナジウム (V), 遷移金属
Element 24: クロム (Cr), 遷移金属
Element 25: マンガン (Mn), 遷移金属
Element 26: 鉄 (Fe), 遷移金属
Element 27: コバルト (Co), 遷移金属
Element 28: ニッケル (Ni), 遷移金属
Element 29: 銅 (Cu), 遷移金属
Element 30: 亜鉛 (Zn), 卑金属
Element 31: ガリウム (Ga), 卑金属
Element 32: ゲルマニウム (Ge), 金属
Element 33: ヒ素 (As), 金属
Element 34: セレン (Se), 非金属
Element 35: 臭素 (Br), ハロゲン
Element 36: クリプトン (Kr), 希ガス
Element 37: ルビジウム (Rb), アルカリ金属
Element 38: ストロンチウム (Sr), アルカリ土類金属
Element 39: イットリウム (Y), 遷移金属
Element 40: ジルコニウム (Zr), 遷移金属
Element 41: ニオブ (Nb), 遷移金属
Element 42: モリブデン (Mo), 遷移金属
Element 43: テクネチウム (Tc), 遷移金属
Element 44: ルテニウム (Ru), 遷移金属
Element 45: ロジウム (Rh), 遷移金属
Element 46: パラジウム (Pd), 遷移金属
Element 47: 銀 (Ag), 遷移金属
Element 48: カドミウム (Cd), 卑金属
Element 49: インジウム (In), 卑金属
Element 50: スズ (Sn), 卑金属
Element 51: アンチモン (Sb), 金属
Element 52: テルル (Te), 金属
Element 53: ヨウ素 (I), ハロゲン
Element 54: キセノン (Xe), 希ガス
Element 55: セシウム (Cs), アルカリ金属
Element 56: バリウム (Ba), アルカリ土類金属
Element 57: ランタン (La), ランタノイド
Element 58: セリウム (Ce), ランタノイド
Element 59: プラセオジム (Pr), ランタノイド
Element 60: ネオジム (Nd), ランタノイド
Element 61: プロメチウム (Pm), ランタノイド
Element 62: サマリウム (Sm), ランタノイド
Element 63: ユウロピウム (Eu), ランタノイド
Element 64: ガドリニウム (Gd), ランタノイド
Element 65: テルビウム (Tb), ランタノイド
Element 66: ジスプロシウム (Dy), ランタノイド
Element 67: ホルミウム (Ho), ランタノイド
Element 68: エルビウム (Er), ランタノイド
Element 69: ツリウム (Tm), ランタノイド
Element 70: イッテルビウム (Yb), ランタノイド
Element 71: ルテチウム (Lu), ランタノイド
Element 72: ハフニウム (Hf), 遷移金属
Element 73: タンタル (Ta), 遷移金属
Element 74: タングステン (W), 遷移金属
Element 75: レニウム (Re), 遷移金属
Element 76: オスミウム (Os), 遷移金属
Element 77: イリジウム (Ir), 遷移金属
Element 78: 白金 (Pt), 遷移金属
Element 79: 金 (Au), 遷移金属
Element 80: 水銀 (Hg), 卑金属
Element 81: タリウム (Tl), 卑金属
Element 82: 鉛 (Pb), 卑金属
Element 83: ビスマス (Bi), 卑金属
Element 84: ポロニウム (Po), 金属
Element 85: アスタチン (At), ハロゲン
Element 86: ラドン (Rn), 希ガス
Element 87: フランシウム (Fr), アルカリ金属
Element 88: ラジウム (Ra), アルカリ土類金属
Element 89: アクチニウム (Ac), アクチノイド
Element 90: トリウム (Th), アクチノイド
Element 91: プロトアクチニウム (Pa), アクチノイド
Element 92: ウラン (U), アクチノイド
Element 93: ネプツニウム (Np), アクチノイド
Element 94: プルトニウム (Pu), アクチノイド
Element 95: アメリシウム (Am), アクチノイド
Element 96: キュリウム (Cm), アクチノイド
Element 97: バークリウム (Bk), アクチノイド
Element 98: カリホルニウム (Cf), アクチノイド
Element 99: アインスタイニウム (Es), アクチノイド
Element 100: フェルミウム (Fm), アクチノイド
Element 101: メンデレビウム (Md), アクチノイド
Element 102: ノーベリウム (No), アクチノイド
Element 103: ローレンシウム (Lr), アクチノイド
Element 104: ラザホージウム (Rf), 遷移金属
Element 105: ドブニウム (Db), 遷移金属
Element 106: シーボーギウム (Sg), 遷移金属
Element 107: ボーリウム (Bh), 遷移金属
Element 108: ハッシウム (Hs), 遷移金属
Element 109: マイトネリウム (Mt), 遷移金属
Element 110: ダームスタチウム (Ds), 遷移金属
Element 111: レントゲニウム (Rg), 遷移金属
Element 112: コペルニシウム (Cn), 卑金属
Element 113: ウンウントリウム (Uut), 卑金属
Element 114: ウンウンクアジウム (Uuq), 卑金属
Element 115: ウンウンペンチウム (Uup), 卑金属
Element 116: ウンウンヘキシウム (Uuh), 卑金属
Element 117: ウンウンセプチウム (Uus), ハロゲン
Element 118: ウンウンオクチウム (Uuo), 希ガス
Magnesium has a hexagonal crystal structure
12Mg
外見
銀白色
Magnesium crystals.jpg
Magnesium Spectra.jpg
マグネシウムのスペクトル線
一般特性
名称, 記号, 番号 マグネシウム, Mg, 12
分類 卑金属
族, 周期, ブロック 2, 3, s
原子量 24.3050(6) g·mol-1
電子配置 [Ne] 3s2
電子殻 2, 8, 2（画像）
物理特性
相 固体
密度 (室温付近) 1.738 g·cm-3
融点での液体密度 1.584 g·cm-3
融点 923 K, 650 °C, 1202 °F
沸点 1363 K, 1091 °C, 1994 °F
融解熱 8.48 kJ·mol-1
蒸発熱 128 kJ·mol-1
熱容量 (25 °C) 24.869 J·mol-1·K-1
蒸気圧
圧力(Pa) 1 10 100 1 k 10 k 100 k
温度 (K) 701 773 861 971 1132 1361
原子特性
酸化数 2, 1[1]
(強塩基性酸化物)
電気陰性度 1.31 (ポーリングの値)
イオン化エネルギー
(詳細)		 第1： 737.7 kJ·mol-1
第2： 1450.7 kJ·mol-1
第3： 7732.7 kJ·mol-1
原子半径 160 pm
共有結合半径 141 ± 7 pm
ファンデルワールス半径 173 pm
その他
結晶構造 六方晶系
磁性 常磁性
電気抵抗率 (20 °C) 43.9 nΩ·m
熱伝導率 (300 K) 156 W·m-1·K-1
熱膨張率 (25 °C) 24.8 µm·m-1·K-1
音の伝わる速さ
(微細ロッド)		 (r.t.) (annealed)
4940 m·s-1
ヤング率 45 GPa
剛性率 17 GPa
体積弾性率 45 GPa
ポアソン比 0.290
モース硬度 2.5
ブリネル硬度 260 MPa
CAS登録番号 7439-95-4
最安定同位体
詳細はマグネシウムの同位体を参照
同位体 NA 半減期 DM DE (MeV) DP
24Mg 78.99 % 中性子12個で安定
25Mg 10 % 中性子13個で安定
26Mg 11.01 % 中性子14個で安定
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マグネシウム (ラテン語: magnesium[2]) は原子番号12の金属元素。元素記号は Mg。 周期表第2族元素の一種で、ヒトを含む動物や植物の代表的なミネラル（必須元素）であり、とりわけ植物の光合成に必要なクロロフィルで配位結合の中心として不可欠。

「マグネシューム」と転訛することがある。 酸化マグネシウムおよびオキソ酸塩の成分としての酸化マグネシウムを、苦い味に由来して苦土（くど、bitter salts）とも呼称する。

目次

[編集] 性質

酸化数はほぼ常に2価。比重1.74の柔らかい金属で、融点は650 °C、沸点は1090-1110 °C（異なる実験値あり）。結晶構造は六方最密充填構造 (HCP)。

酸素と結合しやすく強い還元作用を持つ。空気中で放置すると、表面が酸化され灰色を帯びる。また、二酸化炭素、水、亜硫酸とも反応するが、いずれも不動態皮膜となるためアルカリ金属やカルシウムと異なり腐食は進行せず、鉱油中で保存する必要はない。

空気中で加熱すると炎と強い光を発して燃焼する（燃焼熱は601.7 kJ/mol） さらに窒素や二酸化炭素中でも燃焼し、それぞれ窒化マグネシウム (Mg3N2)、酸化マグネシウム（生成熱は460.7 kJ/mol）となる。

CO2 + 2 Mg → 2 MgO + C

熱水や塩水、薄い酸には容易に溶解し水素を発生する。

2 H2O + Mg → Mg(OH)2 + H2

[編集] 同族元素との性質の違い

マグネシウムとベリリウムは第2族元素だが、アルカリ土類金属ではない。これは第1族元素である水素がアルカリ金属ではないのと同様で、化学的性質が異なるため。ただし、全く異なるわけではない事もあり、第2族元素の代名詞として「アルカリ土類金属」の名が使われているため、広義にはアルカリ土類金属に含まれている。

  • カルシウム以降との違い
アルカリ土類金属とはカルシウム・ストロンチウム・バリウム（およびラジウム）に共通の化学的性質に対するグループ分けで、周期律表に基づく族分類に先立って別個に成立したもので、マグネシウムはこれとは違う性質を持つ。
  1. 化合物が炎色反応を示さない（アルカリ土類金属は特有の発色を持つ）。
  2. 単体（粉末状を除く）が常温の水と反応しない（アルカリ土類金属は激しく反応し水素を発生）。
  3. 常温空気中で表面に酸化不動態を形成する（アルカリ土類金属は内部まで急速に酸化される）。
  4. 硫酸塩が易水溶性（アルカリ土類金属は難水溶性）。
  5. 水酸化物が難水溶性で弱アルカリ性を示す（アルカリ土類金属は易水溶性で強アルカリ性）。
水酸化カルシウムは比較的水に溶けにくいが、それでも水酸化マグネシウムよりは溶けやすい。
  • ベリリウムとの違い
マグネシウムはベリリウムと共通した化学的性質を持つが、違いもある。
  1. 陽性が強い。ベリリウム化合物は共有結合性のものが多いのに対し、マグネシウム化合物は幾分共有性を帯びるものの依然イオン結合性のものが多い。
  2. 塩基性が強い。ベリリウムは両性元素であるため酸にもアルカリにも溶けるが、マグネシウムは塩基性が強いため酸には溶けるがアルカリには溶けない。
マグネシウムの異方性
0001：滑り面 0012：双晶面

[編集] 異方性

マグネシウムの結晶構造は室温では2つの面でしか滑りを起こさないため、純マグネシウムや合金を加熱せずに圧延などの加工をすると割れが発生しやすい。加工には加熱が必須となるが燃焼しないよう注意を払う必要がある。

[編集] 歴史

マグネシウムは安定な酸化物を作るため、ラボアジエはマグネシア（酸化マグネシウム）を元素としてあげている。1755年、スコットランドのジョゼフ・ブラックは炭酸マグネシウムを熱分解し、酸化マグネシウムと二酸化炭素に分離しているが、これをマグネシウムの発見とする事もある。

単離され金属元素であることが証明されたのは、1808年、ハンフリー・デービーによるマグネシアと酸化水銀の溶融電気分解による。マグネシア magnesia またはその語源である産地のギリシャ、マグネシア県 (en:Magnesia) にちなんで命名された。

商業生産は1886年、アルミニウムと同時期に開始されたものの、精錬（カルシウムと）が困難で普及が遅れた。第一次大戦を契機に軍事利用が伸び、1939年には32,850トン、1943年のアメリカで184,000トンが生産されている。日本では第二次大戦前から1994年まで宇部興産により生産されていた。マグネサイト等の鉱石資源は、中国、北朝鮮、ロシアの３国で6割以上を占めている[3]。

[編集] 用途

非常に軽い軽合金材料として重要であり、金属マグネシウムとして様々な合金の第一金属（合金の基本となる金属）や、添加剤に利用される。 また、反応性の高さから脱酸素剤や脱硫剤、さらに有機合成用試薬として欠かせない。 必須元素であり、食品や医薬品のほか、飼料、肥料として広く用いられる。

[編集] 金属として

詳細は「マグネシウム合金」を参照

  • 合金　優れた性質を持ち、需要が伸びている。安価になればプラスチックを代替する可能性もある。
工業的に使用されている最も軽い金属で用途は広く、航空機、自動車、農業機械、工具、精密機械、スポーツ用具、スピーカーの振動板、携帯用機器の筐体、医療機器、宇宙船、兵器などの多種にわたる。かつて問題だった腐食しやすい性質が改善されるにつれ、利用されるようになっていった。
  • 合金添加剤　1998年頃には世界需要の半数近くを占めた[4]。アルミニウム合金などに添加元素として少量付加するだけであっても、その合金としての性質を大きく左右する働きを持つ。この性質から、これまでの合金の硬度、強度、耐食性、耐熱性、その他機械的性質を向上させるための研究が活発に行われている。
  • 鋳鉄　ダクタイル鋳鉄 (FCD) の黒鉛ノジュラー（球状）化剤
  • 鉄鋼脱硫剤　合金用途以外では最も消費量が多く、精錬用フェロアロイ（フェロマグネシウム）

[編集] 工業

  • 排煙脱硫剤　安価で脱硫効率が高い、水酸化マグネシウム放流法
  • 排水処理　石灰と同様、酸性排水の中和（カルシウムが混在したものが使われる）
  • 水質改善　アオコ対策、赤潮対策、底質改善
  • 重金属処理　アルカリ剤として不溶化処理、ヘドロなど泥土の固化

[編集] 有機合成用試薬

マグネシウムはハロゲン化アルキルと反応し、R-MgX（R は有機置換基、X はハロゲン）の一般式で表される有機金属化合物を作る。これはグリニャール試薬と呼ばれ、カルボニル化合物などと反応して炭素-炭素結合を生成する。このため有機合成分野において重要な試薬として用いられる。

そのほかにもたくさんの錯体・塩基性塩などの化合物を合成する。これらは主に化学実験において、合成試料や試薬として使われる。

[編集] 農業、食品、医薬

  • 肥料　水酸苦土肥料、硫酸苦土肥料など
  • にがり　主に塩化マグネシウムが、とうふ製造の凝固剤として
  • 食品添加物　膨張剤（炭酸マグネシウム）、栄養強化剤、加工助剤など
  • 医薬品　クエン酸マグネシウムが大腸検査用下剤など

[編集] 次世代エネルギー

燃焼にて二酸化炭素を発生しない事から、化石燃料に替わる次世代エネルギーとしての利用研究が進められている。

水素に比べて常温・常圧下で固体なので輸送・貯蔵がしやすいというメリットがある。水と反応させて燃えるときの熱を利用する他、同反応により発生する水素を燃料として利用する方法が挙げられる。燃焼後の酸化物のリサイクルのための還元処理が最大の課題であり、レーザーによる高温を利用する方法などが提案されている[2]。

但し、マグネシウムを燃料として使用する場合、燃焼させて熱エネルギーに変換した場合熱機関を利用する以上カルノー効率を超えることは出来ない。また、水と反応させて水素を取り出しその水素を燃焼させる場合や生成した水素を燃料電池で電気エネルギーに変換するという用途も同様に効率が低い。

マグネシウムの持つ化学エネルギーを効率良く電気エネルギーに変換する方法としては電池の陰極としてマグネシウムを使用する方法が効率が良い。但し、水溶液を電解質として使用する場合は反応性が高い為、マグネシウムが水と反応するので不適である。有機系の電解質の使用が望ましい。電解質に溶融塩を使用する選択肢もある。

[編集] マグネシウムの化合物

[編集] 無機塩

[編集] オキソ酸塩

[編集] 鉱物

[編集] 有機塩

[編集] 同位体

詳細は「マグネシウムの同位体」を参照

マグネシウムは3つの安定同位体 24Mg、25Mg、26Mg を持つ。

[編集] 生化学

マグネシウムは植物の光合成色素であるクロロフィルに含まれて、光を受け止める役割を担っている。このためマグネシウムが欠乏すると、植物は生育が減退し、収穫量の減量につながる。これは砂地で生育する植物に特に現れる。カリウムが豊富に含まれる土壌でも、植物へのマグネシウムの供給が行われにくくなることもわかっている。このため肥料として、マグネシウム化合物を含んだものが使用されることがある。

70 kgのヒトにおいては約35 gのマグネシウムが存在し[5]、その60-70 %がリン酸塩として骨組織に、残りの30 %は血漿、赤血球、筋肉中の各組織に存在する。血清中のマグネシウムは、約75-85 %がイオンや塩類の形態の透析型で、残りの15-25 %はアルブミンなどと結合した蛋白結合型（非透析型）で存在する[6]。

人体にとってもリボソームの構造維持やタンパク質の合成、その他エネルギー代謝に関する生体機能に必須な元素であるためマグネシウムの欠乏は虚血性心疾患などの原因のひとつと考えられている。生体内でマグネシウムは主に骨の表面近くにマグネシウムイオンとして保存され、代謝が不足した場合にはカルシウムイオンと置き換わり、マグネシウムが体内に補充される。マグネシウムの生体内での栄養素や薬理的な働きについては広範にわたって研究が行われているが、いまだその重要な面に関しては不明な点が多い。最近では、ミネラル成分のひとつとしてサプリメントや清涼飲料水などに添加されることが多くなってきている。

マグネシウムは動植物に対して毒性の強い元素でないため、植物肥料として過剰使用を特に警戒する必要はないが、動物が直接食物から摂取する場合には、他の無機物（リンやカルシウム）とのバランスを適切にしなければ、尿路結石などの原因になりうることがわかっている。これを受けて、猫用の飼料は、組成中のマグネシウムを減らすように改良されるようになった。

[編集] 薬理作用

マグネシウム欠乏症の治療と予防に用いられるほか、乳酸が溜まった状況下で、足のつり（こむら返り）等の緩和に有効性が示唆されている。過剰摂取で下痢を起こす。これを逆手に取り、クエン酸マグネシウムなどは大腸検査のときの下剤として使われる。また、便秘の不快症状を緩和する目的の下剤として酸化マグネシウム（通称カマ）が投与される場合がある。弱い塩基である酸化マグネシウムや水酸化マグネシウムは、胃酸中和のために胃腸薬に配合される。食品では、豆腐や天然塩などに含まれるにがりからマグネシウムが微量に摂取される。

過剰摂取により高マグネシウム血症を引き起こす。重篤な腎不全患者における大量摂取は非常に危険。心ブロック患者には静脈注射が禁忌[7]。なお、近年のダイエットブームにより、にがりの過剰摂取で死亡した事例もあるので、安易な過剰摂取は厳に慎むべきである。マグネシウムの急性毒性は、塩化マグネシウムとして、マウス経口 LD50は4700 mg/kg、ラット経口 LD50は2800 mg/kgである[8]。このラットのデータを70 kgのヒトに当てはめれば約200 gの塩化マグネシウムを一時に摂取すれば50 %の確率で死に至ることに相当する。

なお、「第6次改定日本人の栄養所要量について」によると、マグネシウムの所要量は約320 mg/日、マグネシウムの許容上限摂取量は約700 mg/日、である[9]。

また、マグネシウム摂取量が多いグループの男性の大腸癌リスクが低い[10]、との報告がある。さらに、にがりの抗腫瘍活性については熊本県立大学の奥田拓道教授らによって報告されているが[11][12]、にがり中の抗癌活性を示す成分が塩化マグネシウムであるとの報告は2009年現在なされていない。

[編集] 関連項目

ウィキメディア・コモンズには、マグネシウムに関連するメディアがあります。

[編集] 出典

  1. ^ Bernath, P. F., Black, J. H., & Brault, J. W.  (1985). “The spectrum of magnesium hydride”. Astrophysical Journal 298.
  2. ^ http://www.encyclo.co.uk/webster/M/6
  3. ^ [www.tohoku.meti.go.jp/2008/kankyo/recycle/date/7.pdf 2.7 マグネシウム（Mg）]東北経済産業局
  4. ^ [1]日本マグネシウム協会
  5. ^ http://www.aluminum-hc.gr.jp/p_6/sakurai/sakurai_main01.html
  6. ^ http://www.hoken.med.yamaguchi-u.ac.jp/Wiki/?%A5%DE%A5%B0%A5%CD%A5%B7%A5%A6%A5%E0
  7. ^ 「健康食品」の安全性・有効性情報国立健康・栄養研究所
  8. ^ 塩化マグネシウム製品安全データシート
  9. ^ 第６次改定日本人の栄養所要量について
  10. ^ http://epi.ncc.go.jp/jphc/outcome/385.html
  11. ^ 毎日新聞 2002年11月14日
  12. ^ 高久武司，木村善行，奥田拓道「機能性食品のEBM-海からの贈り物 1. 天然にがりの抗癌作用」、『日本体質医学会雑誌』第65巻1/2、2003年。 科学技術文献情報データベース

[編集] 外部リンク

表・話・編・歴
周期表　（未発見元素を含む）
  1 2   3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18
1 H   He
2 Li Be   B C N O F Ne
3 Na Mg   Al Si P S Cl Ar
4 K Ca   Sc Ti V Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn Ga Ge As Se Br Kr
5 Rb Sr   Y Zr Nb Mo Tc Ru Rh Pd Ag Cd In Sn Sb Te I Xe
6 Cs Ba La Ce Pr Nd Pm Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu Hf Ta W Re Os Ir Pt Au Hg Tl Pb Bi Po At Rn
7 Fr Ra Ac Th Pa U Np Pu Am Cm Bk Cf Es Fm Md No Lr Rf Db Sg Bh Hs Mt Ds Rg Cn Uut Uuq Uup Uuh Uus Uuo
アルカリ金属 アルカリ
土類金属		 ランタノイド アクチノイド 遷移金属 その他の金属 半金属 ハロゲン、
希ガス以外の
非金属		 ハロゲン 希ガス 不明
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