منیزیم

منیزیم (Magnesium) یکی از فلزات قلیایی با علامت اختصاری Mg در گروه IIa در جدول تناوبی مطالعه می شود. منیزیم به رنگ سفید نقره ای و بسیار روشن می باشد. این فلز به دلیل وزن کم و قابلیت شکل دهی مکانیکی آن، مدت ها به عنوان فلز ساختمانی در صنعت شناخته می شد. منیزیم داکتیل است و از نظر شیمیایی بسیار فعال است. دارای ساختار کریستالی HCP است و هنگامی که گرم شود چکش خوار می گردد. در آب سرد بسیار آهسته واکنش می کند و هوای خشک روی آن اثر نمی گذارد ولی در هوای مرطوب تیره می شود و تشکیل یک پوشش محافظ نازک کربنات منیزیمی (MgCO3·Mg(OH)2) می دهد. هنگامی که گرم می شود پودر منیزیم یا نوار آن مشتعل شده و با نور سفید شدید می سوزد و گرمای زیادی آزاد می کند که تشکیل اکسید منیزیم یا {{منیزیا}} (MgO) می دهد. آتش منیزیم نمی تواند بوسیله آب خاموش شود زیرا آب با هالوژن ها و بیشتر اسید ها واکنش می کند. این عنصر یک عامل کاهش شدید است و برای آزاد کردن فلزات دیگر از هالید های بدون آب آن ها، استفاده می شود.     

خواص اتمی، فیزیکی و شیمیایی منیزیم

خواص اتمی، فیزیکی  و شیمیایی منیزیم

12

عدد اتمی

24.305 g.mol -1

وزن اتمی یا عدد جرمی

160 pm

شعاع اتمی

30

تعداد نوترون ها

 g.cm -3­­1.74

چگالی در 20°C

1.584 g.cm -3

چگالی مایع در نقطه ذوب

650 °C

نقطه {{ذوب}}

1107 °C

نقطه جوش

173 pm

شعاع وان دروالس

141 pm

شعاع کوالانسی

66pm

شعاع یونی

5

ایزوتوپ

[Ne] 3s2

پوسته الکترونی

2,8,2

الکترون ها در هر پوسته

پارامغناطیس

حالت مغناطیسی

737 kJ.mol -1

انرژی اولین یونیزاسیون

1450 kJ.mol -1

انرژی دومین یونیزاسیون

kJ.mol -1 7732

انرژی سومین یونیزاسیون

1.31

الکترونگاتیویته

-2.34 V

پتانسیل استاندارد

17 GPa

مدول برشی    

45 GPa

مدول یانگ

45 GPa

مدول بالک

0.290

نسبت پواسون

2.5

سختی موس

260 MPa

سختی برینل

خواص شیمیایی

منیزیم یکی از فلزات قلیایی روی زمین است که دارای حداقل واکنش پذیری می باشد. در صورتی که گرم شود با آب برای تشکیل هیدروکسید منیزیم و هیدروژن واکنش می کند ولی این واکنش به آهستگی صورت می گیرد. نوارهای منیزیم در هوا با نور سفیدی می سوزند تا اکسید منیزیم تشکیل شود. این فلز همچنین با هر یک از هالوژن­ها برای تشکیل هالید منیزیم مربوطه واکنش می کند و نیز با نیتروژن برای تشکیل نیترید منیزیم در دماهای بالا واکنش می کند. هنگامی که با گوگرد حرارت داده می شود، سولفید منیزیم تشکیل می شود. منیزیم به سرعت با اسید ها واکنش می دهد و جایگزین هیدروژن اسید می شود. منیزیم محدوده وسیعی از ترکیبات یونی را تشکیل می دهد. این ترکیبات بطور عمومی بیشتر از عناصر سنگین گروه تمایل به انحلال دارند. منیزیم همچنین با کربن پیوند کوالانسی تشکیل می دهد.

ایزوتوپ های منیزیم

نیمه عمر

ایزوتوپ

پایدار

Mg-24

 پایدار

Mg-25

پایدار

Mg-26

9.45 دقیقه

Mg-27

21.0 ساعت

Mg-28

خواص حرارتی و الکتریکی منیزیم

خواص حرارتی و الکتریکی منیزیم

24.869 J·mol−1·K−1

ظرفیت گرمایی مولی

8.48 kJ/mol

گرمای ذوب

 128 kJ/mol

گرمای تبخیر

156 W·m−1·K−1

هدایت حرارتی

24.8 µm·m−1·K−1   

انبساط حرارتی در  25°C

43.9 nΩ·m

مقاومت الکتریکی در   20°C

نامگذاری آلیاژهای منیزیم

   این روش نام گذاری آلیاژهای منیزیم از استاندارد ASTM، گرفته شده است که یک ایده تقریبی از ترکیب شیمیایی آلیاژ، را می دهد که با حروفی که بیانگر عناصر آلیاژی اصلی و درصد آنها می باشد نشان داده می شوند.

بطور کلی نامگذاری آلیاژهای منیزیم شامل سه بخش می باشد:

بخش 1: نشان دهنده 2 عنصر آلیاژی اصلی شامل دو حرف است که بیانگر دو عنصر آلیاژی اصلی است و بصورت کاهش درصد (یا اگر درصد عناصر برابر بود به ترتیب حروف الفبا) منظم می شوند. این حروف شامل:

A-Aluminum, E-Rare Earth, H-Thorium, K-Zirconium, M-Manganese, Q-Silver, S-Silicon, T-Tin and Z-Zinc.

بخش 2: مقدار دو عنصر اصلی را نشان می دهد و شامل شماره های کلی است که بر اساس حروف الفبا می باشد.

بخش 3: آلیاژها با درصد مشابه دو عنصر آلیاژی اصلی از هم جدا می شوند، که شامل یکی از حروف زیر است:

 

حروف مورد استفاده برای نشانه گذاری عناصر آلیاژی موجود در آلیاژهای منیزیم

A- اولین ترکیب

B- دومین ترکیب

C- سومین ترکیب مشخص شده در ASTM

D- خلوص بالا

E- مقاومت به خوردگی بالا

منیزیم کار شده و آلیاژهای منیزیم بوسیله ترکیب حروف و اعداد تعریف می شوند. این حروف مشخص کننده عناصر آلیاژی هستند که در آلیاژ منیزیم استفاده می شود. ممکن است پس از حروف، اعداد بیاید که درصد عناصر در آلیاژ منیزیم را نشان می دهد. همچنین ممکن است حروف اضافی، پس از نمایانگر درصد یباید که نشان دهنده اصلاح کننده های آلیاژ است. برای مثال حرف A به معنی 1، B به معنی 2 و C به معنی 3 می باشد.

بعنوان مثال در AZ91A :

A- نشان دهنده آلومینیوم، این عنصر آلیاژی دارای بیشترین مقدار است.

Z- نشان دهنده روی است، این عنصر آلیاژی دارای دومین مقدار در آلیاژ است.

9- نشان دهنده مقدار گرد شده درصد آلومینیوم است که بین 9.4-8.6 می باشد.

1. نشان دهنده درصد روی در آلیاژ است.

A- حرف آخر در اینجا نشاندهنده اولین بهینه سازی می باشد.

علامت مربوط به عملیات حرارتی نیز ممکن است با یک خط فاصله به اسم آلیاژ اضافه شود.

 

علامت گذاری عملیات حرارتی

F

ساخته شده

O

آنیل شده

H10, H11

کرنش سختی شده

H23, H24, H26

کرنش سختی و آنیل شده

T4

عملیات حرارتی محلول سازی شده

T5

پیرسازی مصنوعی

T6

عملیات حرارتی محلول سازی و پیرسازی مصنوعی شده

T8

عملیات حرارتی محلول سازی، کارسرد و پیر سازی مصنوعی

ترکیبات آلیاژهای منیزیم

منابع منیزیم و استخراج آن

منابع اصلی ترکیبات منیزیم شامل:

  • آب دریا (کلرید منیزیم، MgCl2)

و مینرال ها شامل:

  • دولومیت (MgCO3.CaCO3)
  • مگنزیت (MgCO3)
  • کارنالیت (6H2O.MgCl2. KCl)

تولید منیزیم از آب دریا:

در تولید منیزیم از نمک دریا، منیزیم بعنوان هیدروکسید رسوب کرده و بوسیله واکنش با اسید هیدروکلریک، به کلرید تبدیل می شود. کلرید منیزیم بوسیله تبخیر محلول بازیافت شده و فلز منیزیم بوسیله الکترولیز نمک مذاب بدست می آید.

دو فرایند اصلی برای استخراج منیزیم وجود دارد: فرایند سیلیکوترمیک و الکترولیتی. منیزیم بطور عمومی بوسیله الکترولیز هالیدهای منیزیم بدست می آید.

فرایند سیلیکوترمیک:

منیزیم بوسیله فرایند سیلیکوترمیک که در آن اکسیدهای مختلط که بوسیله کلسیناسیون دولومیت، تشکیل می شوند، در دماهای بالا با فروسیلیسیوم کاهش یافته و کریستال های منیزیم تشکیل می شوند. این فرایند، شامل احیای اکسید منیزیم مذاب بوسیله فروسیلیسیوم تحت فشار گاز در دمای حدود 1400 درجه سانتی گراد می باشد. منیزیم فلزی در این فرایند تشکیل شده، تبخیر می شود و سپس دور از منطقه گرم، تقطیر می گردد.

منیزیم تقطیر شده دارای خلوص 99.95% است و سپس مجددا ذوب و ریخته گری می شود.

فرایند الکترولیت:

اولین مرحله از این فرایند فراهم کردن کلرید منیزیم که بطور جزئی دهیدراته شده و یا کارنالیت دهیدراته می باشد. تغذیه های سلول صنعتی شامل مخلوطی از کلرید منیزیم دهیدراته، کلرید منیزیم جزئی دهیدراته شده و یا کارنالیت دهیدراته می باشد.

کلرید منیزیم دهیدراته شده بوسیله یکی از این دو روش فراهم می شود: کلریده کردن اکسید منیزیم و یا دهیدراته کردن آب نمک کلرید منیزیم. سلول الکترولیتی شامل مخزن آجر کاری شده است که به محفظه های کاتد و آند تقسیم شده است. آند گرافیتی هوا- خنک شونده یا آب- خنک شونده و کاتد فولادی در الکترولیت متشکل از کلریدهای قلیایی با افزودنی کلرید منیزیم، غوطه ور می شوند. دمای کاری بین 750-680 درجه سانتی گراد است. کلرید منیزیم در سلول الکترولیتی مطابق واکنش زیر تجزیه می شود:

MgCl2 → Mg + Cl2 (g)

<span style=”font-family: tahoma

بدون دیدگاه

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *