Магнезий и вода: механизми на реакция, въздействие върху околната среда и ефекти върху здравето
Магнезият присъства в морската вода в концентрации 1300 ppm. След натрия магнезият е катионът, открит в най-големи пропорции в океана. Реките съдържат около 4 ppm магнезий, водораслите съдържат 6 000-20 000 ppm, а стридите около 1200 ppm.
Холандската питейна вода съдържа между 1 и 5 mg магнезий на литър.
Магнезият и други алкалоземни метали са отговорни за твърдостта на водата. Водата, която съдържа големи количества алкалоземни йони, се нарича твърда вода, а водата, която съдържа ниски концентрации на тези йони, е известна като мека вода.
Как реагира магнезият с водата?
Магнезиевите метали не се влияят от водата при стайна температура. Магнезият обикновено е слабо реактивен елемент, но неговата реактивност се увеличава с нивата на кислород. В допълнение, магнезият реагира с водни пари, образувайки магнезиев хидроксид и водороден газ:
Магнезиевите пожари не се гасят с вода. Магнезият продължава да гори до изчерпване на кислорода. След това реагира с азота във въздуха, образувайки магнезиев нитрид (Mg3N2). Когато се опитвате да потушите магнезиевите пожари с вода, изгарящият магнезий реагира бурно, предизвиквайки разграждането на водната молекула и предизвиква експлозивна реакция, освобождавайки голямо количество енергия. За да се предотвратят повреди, пожарът, причинен от магнезий, трябва да се потуши, като се покрие с пясък.
Пример за магнезиево съединение е магнезиевият фосфид (Mg3P2), сиво, миризливо твърдо вещество. Когато това съединение влезе в контакт с вода или влажен въздух, то се разлага и образува фосфин (PH3), токсично и също лесно запалимо съединение.
Разтворимост на магнезий и магнезиеви съединения
Магнезият се среща главно като Mg 2+ (aq) във водни разтвори, но също така и като MgOH + (aq) и Mg (OH) 2 (aq). В морската вода може да се появи и като MgSO4.
Разтворимостта на магнезиевия хидроксид във вода е 12 mg/L. Други производни на магнезия са по-разтворими във вода, например магнезиев карбонат (600 mg/L). Магнезиевият сулфат придава кисел вкус на водата и има разтворимост във вода 309 g/L при 10 o C.
Защо магнезият присъства във водата?
Голям брой минерали съдържат магнезий, например доломит (калциев магнезиев карбонат, CaMg (CO3) 2) и магнезит (магнезиев карбонат MgCO3). Магнезият се отделя от скалите и попада във водата.
Магнезият има много цели и следователно попада във вода по много различни начини. Химическата промишленост добавя магнезий към пластмасите и други материали като противопожарна мярка или като пълнител. Той също така попада в околната среда като тор и като храна за добитък. Магнезиевият сулфат се прилага в бирената промишленост, а магнезиевият хидроксид се прилага като флокулант в пречиствателните станции за отпадъчни води. Магнезият също е леко слабително средство. Магнезиевите сплави се прилагат в конструкцията на автомобили и самолети.
По време на Втората световна война магнезият се използва като бомбен материал, причинявайки голям брой пожари в градовете. Разработването на тези помпи въведе метод за извличане на магнезий от морската вода.
Какви са екологичните ефекти от присъствието на магнезий във водата?
В днешно време се прилагат алтернативни химични агенти, предимно комплексиращи агенти като натриев цитрат, EDTA и ANT, или йонообменници като зеолит А. Тези вещества не предизвикват еутрофикация и не са токсични. Нитрооцетната киселина (ANT) може да бъде мутагенна и е трудна за отстраняване по време на пречистването. Зеолит А увеличава количеството утайка. Освен това други комплексообразуващи агенти като EDTA имат способността да отстраняват метали от съединения, които иначе биха били трудни за разлагане. Тежките метали могат да попаднат във вода, тъй като EDTA е трудно да се отстрани в пречиствателни станции.
Твърдостта на водата се различава в различните региони, поради което добавянето на омекотители към детергентите не е необходимо в региони, които имат мека вода. В региони с води с висока твърдост трябва да се прилагат по-големи количества детергент, като по този начин се добавя известна сила на омекотяване В резултат на това други вещества, присъстващи в детергентите, също се добавят в по-високи дози, когато детергентите се прилагат в големи количества, това усложнява процесите на пречистване на отпадъчните води.
Какви са здравните ефекти на магнезия във водата?
Човешкото тяло съдържа около 25 g магнезий, от които 60% присъства в костите, а 40% се съдържа в мускулите и други тъкани. Това е хранителен минерал за хората, той е един от елементите, които са отговорни за функцията на мембраните, предаването на нервни стимули, свиването на мускулите, изграждането на протеини и репликацията на ДНК. Магнезият е основна съставка за повечето ензими. Калцият и магнезият в много случаи изпълняват едни и същи функции в човешкото тяло и в много случаи те са антагонистични.
Не са известни случаи на отравяне с магнезий. При големи дози магнезий се появяват повръщане и диария. Високите дози магнезий в лекарствата и хранителните добавки могат да причинят мускулни напрежения, нервни проблеми, депресия и промени в личността.
Както бе споменато по-горе, рядко се въвеждат законови ограничения за магнезия в питейната вода, тъй като няма научни доказателства за токсичност на магнезия. В други съединения, например азбест, магнезият се оказва много вреден.
Какви са технологиите за пречистване на водата, които могат да се прилагат за отстраняване на магнезия от водата?
Магнезиевите производни обикновено се отстраняват от водата поради важния принос на Mg към твърдостта. Това се постига чрез техники за омекотяване на водата.
Магнезиевият хидроксид се прилага като флокулант при пречистване на вода.