Vorkommen, Eigenschaften und Verwendung
Das silbrig-weiße Element, das ursprünglich durch Verbindungen wie Bittersalz (das Sulfat), Magnesia oder Magnesia alba (das Oxid) und Magnesit (das Karbonat) bekannt war, kommt in der Natur nicht frei vor. Es wurde erstmals 1808 von Sir Humphry Davy isoliert, der das Quecksilber aus einem Magnesiumamalgam verdampfte, das durch Elektrolyse einer Mischung aus feuchter Magnesia und Quecksilberoxid hergestellt wurde. Der Name Magnesium stammt von Magnesia, einem Bezirk in Thessalien (Griechenland), wo das Mineral Magnesia alba zum ersten Mal gefunden wurde.
Magnesium ist das achthäufigste Element in der Erdkruste (etwa 2,5 %) und nach Aluminium und Eisen das dritthäufigste Strukturmetall. Seine kosmische Häufigkeit wird auf 9,1 × 105 Atome geschätzt (auf einer Skala, auf der die Häufigkeit von Silizium = 106 Atome ist). Es kommt in Form von Karbonaten – Magnesit (MgCO3) und Dolomit (CaMg(CO3)2) – und in vielen gängigen Silikaten vor, darunter Talk, Olivin und die meisten Asbestarten. Es kommt auch als Hydroxid (Brucit), Chlorid (Carnallit, KMgCl3∙6H2O) und Sulfat (Kieserit) vor. Es ist in Mineralien wie Serpentin, Chrysolith und Meerschaum enthalten. Meerwasser enthält etwa 0,13 Prozent Magnesium, meist als gelöstes Chlorid, das ihm seinen charakteristischen bitteren Geschmack verleiht.
Magnesium wird kommerziell durch Elektrolyse von geschmolzenem Magnesiumchlorid (MgCl2), das hauptsächlich aus Meerwasser gewonnen wird, und durch die direkte Reduktion seiner Verbindungen mit geeigneten Reduktionsmitteln – z. B. aus der Reaktion von Magnesiumoxid oder kalziniertem Dolomit mit Ferrosilicium (Pidgeon-Verfahren) – hergestellt. (Siehe Magnesiumverarbeitung.)
Einst wurde Magnesium für fotografische Blitzbänder und -pulver verwendet, da es in fein verteilter Form an der Luft mit einem intensiven weißen Licht verbrennt; es findet immer noch Anwendung in Sprengstoffen und pyrotechnischen Geräten. Aufgrund seiner geringen Dichte (nur zwei Drittel der Dichte von Aluminium) findet es in der Luft- und Raumfahrtindustrie breite Verwendung. Da das reine Metall jedoch nur eine geringe strukturelle Festigkeit aufweist, wird Magnesium hauptsächlich in Form von Legierungen verwendet – in der Regel mit 10 Prozent oder weniger Aluminium, Zink und Mangan -, um seine Härte, Zugfestigkeit und Fähigkeit zum Gießen, Schweißen und Bearbeiten zu verbessern. Die Legierungen werden durch Gießen, Walzen, Strangpressen und Schmieden hergestellt, und die weitere Verarbeitung der resultierenden Bleche, Platten oder Strangpressprofile erfolgt durch normale Umform-, Verbindungs- und Bearbeitungsvorgänge. Magnesium ist das am leichtesten zu bearbeitende Konstruktionsmetall und wird häufig verwendet, wenn eine große Anzahl von Bearbeitungsvorgängen erforderlich ist. Magnesiumlegierungen sind vielseitig einsetzbar: Sie werden für Teile von Flugzeugen, Raumfahrzeugen, Maschinen, Automobilen, tragbaren Werkzeugen und Haushaltsgeräten verwendet.
Die thermische und elektrische Leitfähigkeit von Magnesium und sein Schmelzpunkt sind denen von Aluminium sehr ähnlich. Während Aluminium von Alkalien angegriffen wird, aber gegen die meisten Säuren beständig ist, ist Magnesium gegen die meisten Alkalien beständig, wird aber von den meisten Säuren leicht angegriffen, um Wasserstoff freizusetzen (Chromsäure und Flusssäure sind wichtige Ausnahmen). Bei normalen Temperaturen ist es an der Luft und in Wasser stabil, da sich eine dünne Schutzschicht aus Oxid bildet, wird aber von Dampf angegriffen. Magnesium ist ein starkes Reduktionsmittel und wird zur Herstellung anderer Metalle aus deren Verbindungen verwendet (z. B. Titan, Zirkonium und Hafnium). Es reagiert direkt mit vielen Elementen.
Magnesium kommt in der Natur als eine Mischung aus drei Isotopen vor: Magnesium-24 (79,0 Prozent), Magnesium-26 (11,0 Prozent) und Magnesium-25 (10,0 Prozent). Es wurden neunzehn radioaktive Isotope hergestellt; Magnesium-28 hat mit 20,9 Stunden die längste Halbwertszeit und ist ein Betastrahler. Obwohl Magnesium-26 nicht radioaktiv ist, ist es das Tochternuklid von Aluminium-26, das eine Halbwertszeit von 7,2 × 105 Jahren hat. In einigen Meteoriten wurden erhöhte Magnesium-26-Konzentrationen gefunden, und das Verhältnis von Magnesium-26 zu Magnesium-24 wurde zur Bestimmung ihres Alters verwendet.
Zu den größten Magnesiumproduzenten im zweiten Jahrzehnt des 21. Jahrhunderts gehörten China, Russland, die Türkei und Österreich.