Magnesiumoxid

Magnesiumoxid ⓘ
Bezeichnungen
	IUPAC-Bezeichnung Magnesiumoxid
	Andere Namen Magnesia; Periklas
Bezeichner
CAS-Nummer	1309-48-4 ;
3D-Modell (JSmol)	Interaktives Bild;
ChEMBL	ChEMBL1200572 ;
ChemSpider	14108;
EC-Nummer	215-171-9;
KEGG	D01167;
PubChem CID	14792;
RTECS-Nummer	OM3850000;
UNII	3A3U0GI71G ;
	InChI InChI=1S/Mg.O Schlüssel: CPLXHLVBOLITMK-UHFFFAOYSA-N;
	SMILES O=[Mg];
Eigenschaften
Chemische Formel	MgO
Molekulare Masse	40.304 g/mol
Erscheinungsbild	Weißes Pulver
Geruch	Geruchlos
Dichte	3,6 g/cm3
Schmelzpunkt	2.852 °C (5.166 °F; 3.125 K)
Siedepunkt	3,600 °C (6,510 °F; 3,870 K)
Löslichkeit	löslich in Säure, Ammoniak ; unlöslich in Alkohol
Bandlücke	7,8 eV
Magnetische Suszeptibilität (χ)	-10,2-10-6 cm3/mol
Thermische Leitfähigkeit	45-60 W-m-1-K-1
Brechungsindex (nD)	1.7355
Dipolmoment	6.2 ± 0.6 D
Struktur
Kristallstruktur	Halit (kubisch), cF8
Raumgruppe	Fm3m, Nr. 225
Gitterkonstante	a = 4,212Å
Koordinationsgeometrie	Oktaedrisch (Mg2+); oktaedrisch (O2-)
Thermochemie
Wärmekapazität (C)	37,2 J/mol K
Std. molare; Entropie (So298)	26,95 ± 0,15 J-mol-1-K-1
Std. Bildungsenthalpie; Bildung (ΔfH⦵298)	-601,6 ± 0,3 kJ-mol-1
Gibbssche freie Energie (ΔfG˚)	-569,3 kJ/mol
Pharmakologie
ATC-Code	A02AA02 (WER) A06AD02 (WER), A12CC10 (WER)
Gefährdungen
	Sicherheit und Gesundheitsschutz am Arbeitsplatz (OHS/OSH):
Hauptgefahren	Metalldampffieber, reizend
	GHS-Kennzeichnung:
Piktogramme
Signalwort	Warnhinweis
Gefahrenhinweise	H315, H319, H335
Sicherheitshinweise	P261, P264, P271, P273, P280, P302+P352, P304+P340, P305+P351+P338, P312, P333+P313, P337+P313, P362, P363, P391, P403+P233, P405
NFPA 704 (Feuerdiamant)	1 0 0
Flammpunkt	Nicht brennbar
	NIOSH (US-Grenzwerte für Gesundheitsgefährdung):
PEL (Zulässig)	TWA 15 mg/m3 (Rauch)
REL (Empfohlen)	Keine ausgewiesen
IDLH (Unmittelbare Gefahr)	750 mg/m3 (Rauch)
Sicherheitsdatenblatt (SDS)	ICSC 0504
Verwandte Verbindungen
Andere Anionen	Magnesium-Sulfid
Sonstige Kationen	Berylliumoxid; Kalziumoxid; Strontiumoxid; Bariumoxid
Verwandte Verbindungen	Magnesiumhydroxid; Magnesiumnitrid
	Wenn nicht anders angegeben, beziehen sich die Daten auf Materialien im Standardzustand (bei 25 °C [77 °F], 100 kPa). verifizieren (was ist ?) Infobox Referenzen

Magnesiumoxid (MgO), auch Magnesia genannt, ist ein weißes, hygroskopisches, festes Mineral, das in der Natur als Periklas vorkommt und eine Magnesiumquelle ist (siehe auch Oxid). Es hat die Summenformel MgO und besteht aus einem Gitter von Mg²⁺-Ionen und O2-Ionen, die durch Ionenbindungen zusammengehalten werden. Magnesiumhydroxid bildet sich in Gegenwart von Wasser (MgO + H₂O → Mg(OH)₂), lässt sich aber durch Erhitzen umkehren, um Feuchtigkeit zu entfernen. ⓘ

Magnesiumoxid war früher als magnesia alba (wörtlich: das weiße Mineral aus Magnesia) bekannt, um es von magnesia negra zu unterscheiden, einem schwarzen Mineral, das das heute bekannte Mangan enthält. ⓘ

Magnesiumoxid (Magnesia), veraltet auch Bittererde, ist das Oxid des Magnesiums. Das Salz besitzt die Formel MgO und besteht aus Mg²⁺- und O²⁻-Ionen. Es kristallisiert in der Natriumchlorid-Struktur. ⓘ

Herstellung

Magnesiumoxid wird durch Kalzinierung von Magnesiumcarbonat oder Magnesiumhydroxid hergestellt. Letzteres wird durch die Behandlung von Magnesiumchloridlösungen MgCl
₂-Lösungen, in der Regel Meerwasser, mit Kalkwasser oder Kalkmilch.

Mg²⁺ + Ca(OH)₂ → Mg(OH)₂ + Ca²⁺

Beim Brennen bei verschiedenen Temperaturen entsteht Magnesiumoxid mit unterschiedlicher Reaktivität. Bei hohen Temperaturen von 1500 - 2000 °C verringert sich die verfügbare Oberfläche und es entsteht totgebranntes (oft auch totgebranntes) Magnesiumoxid, das als feuerfestes Material verwendet wird. Bei Brenntemperaturen von 1000 - 1500 °C entsteht hartgebranntes Magnesia, das nur begrenzt reaktiv ist, und beim Brennen bei niedrigeren Temperaturen (700 - 1000 °C) entsteht leichtgebranntes Magnesia, eine reaktive Form, die auch als kaustisch gebranntes Magnesia bezeichnet wird. Obwohl bei Temperaturen unter 700 °C eine gewisse Zersetzung des Karbonats zu Oxid stattfindet, scheint das entstehende Material Kohlendioxid aus der Luft zu absorbieren. ⓘ

Anwendungen

Heizelemente

MgO wird als feuerfestes Material geschätzt, d. h. als ein Feststoff, der bei hohen Temperaturen physikalisch und chemisch stabil ist. Es hat zwei nützliche Eigenschaften: hohe Wärmeleitfähigkeit und niedrige elektrische Leitfähigkeit. Ein wichtiger Verwendungszweck ist die Füllung der spiralförmigen Calrod-Heizelemente von Elektroküchenherden. "Der bei weitem größte Verbraucher von Magnesia weltweit ist die Feuerfestindustrie, die im Jahr 2004 etwa 56 % des Magnesias in den Vereinigten Staaten verbrauchte, während die restlichen 44 % in der Landwirtschaft, der chemischen Industrie, dem Baugewerbe, der Umwelttechnik und anderen industriellen Anwendungen eingesetzt werden. MgO wird als feuerfestes Grundmaterial für Schmelztiegel verwendet. ⓘ

Feuerfest

Es ist ein Hauptbestandteil von Feuerschutzmitteln in Baumaterialien. Als Baumaterial haben Magnesiumoxid-Wandplatten mehrere attraktive Eigenschaften: Feuerbeständigkeit, Termitenbeständigkeit, Feuchtigkeitsbeständigkeit, Schimmel- und Mehltauresistenz und Festigkeit. ⓘ

Nischenanwendungen

MgO ist einer der Bestandteile von Portlandzement, der in Trockenanlagen hergestellt wird. ⓘ

Magnesiumoxid wird wegen seiner Säurepufferkapazität und der damit verbundenen Wirksamkeit bei der Stabilisierung gelöster Schwermetalle in großem Umfang in der Boden- und Grundwassersanierung, der Abwasserbehandlung, der Trinkwasseraufbereitung, der Behandlung von Luftemissionen und der Abfallbehandlung eingesetzt. ⓘ

Viele Schwermetalle wie Blei und Kadmium sind in Wasser am besten bei saurem pH-Wert (unter 6) und bei hohem pH-Wert (über 11) löslich. Die Löslichkeit von Metallen wirkt sich auf die Bioverfügbarkeit der Spezies und die Mobilität von Boden- und Grundwassersystemen aus. Die meisten Metallspezies sind in bestimmten Konzentrationen für den Menschen giftig, daher ist es unbedingt erforderlich, die Bioverfügbarkeit und Mobilität von Metallen zu minimieren. ⓘ

Granuliertes MgO wird häufig in mit Metallen verunreinigte Böden oder Abfälle eingemischt, die in der Regel einen niedrigen (sauren) pH-Wert aufweisen, um den pH-Wert in den Bereich von 8-10 zu bringen, in dem die meisten Metalle am wenigsten löslich (basisch) sind. Metallhydroxidkomplexe neigen dazu, aus wässriger Lösung im pH-Bereich von 8-10 auszufallen. MgO gilt im Vergleich zu Portlandzement, Kalk, Ofenstaubprodukten, Abfallprodukten aus der Energieerzeugung und verschiedenen firmeneigenen Produkten aufgrund der überlegenen Pufferkapazität von MgO, der Kosteneffizienz und der einfachen/sicheren Handhabung weithin als die effektivste Metallstabilisierungsverbindung. ⓘ

Die meisten, wenn nicht sogar alle Produkte, die als Metallstabilisierungstechnologien vermarktet werden, schaffen sehr hohe pH-Bedingungen in Grundwasserleitern, während MgO einen idealen Grundwasserleiterzustand mit einem pH-Wert von 8-10 schafft. Darüber hinaus wird Magnesium, ein essentielles Element für die meisten biologischen Systeme, während der MgO-gestützten Metallsanierung als zusätzlicher Vorteil für die mikrobiellen Populationen im Boden und Grundwasser bereitgestellt. ⓘ

Medizinisch

Magnesiumoxid wird zur Linderung von Sodbrennen und Dyspepsie, als Antazidum, Magnesiumzusatz und als kurzfristiges Abführmittel verwendet. Es wird auch zur Verbesserung der Symptome von Verdauungsstörungen eingesetzt. Zu den Nebenwirkungen von Magnesiumoxid können Übelkeit und Krämpfe gehören. In Mengen, die ausreichen, um eine abführende Wirkung zu erzielen, kann es bei langfristiger Einnahme zu Enterolithen kommen, die zu einem Darmverschluss führen. ⓘ

Andere

Als Lebensmittelzusatzstoff wird es als Antibackmittel verwendet. Es ist der US Food and Drug Administration für Kakaoprodukte, Erbsenkonserven und gefrorene Desserts bekannt. Es hat eine E-Nummer von E530.
In der Vergangenheit wurde es aufgrund seiner guten Streu- und Reflexionseigenschaften als weiße Referenzfarbe in der Kolorimetrie verwendet. Es kann auf die Oberfläche eines undurchsichtigen Materials geraucht werden, um eine Ulbricht-Kugel zu bilden.
Es wird in großem Umfang als elektrischer Isolator in Rohrheizkörpern verwendet. Es sind verschiedene Maschenweiten erhältlich, wobei laut der American Foundry Society die Maschenweiten 40 und 80 am häufigsten verwendet werden. Die umfangreiche Verwendung ist auf seine hohe Durchschlagsfestigkeit und durchschnittliche Wärmeleitfähigkeit zurückzuführen. MgO wird in der Regel zerkleinert und mit minimalen Luftspalten oder Hohlräumen verdichtet. Die elektrische Heizungsindustrie hat auch mit Aluminiumoxid experimentiert, aber es wird nicht mehr verwendet.
Als Reagenz beim Einbau der Carboxybenzyl (Cbz)-Gruppe unter Verwendung von Benzylchlorameisensäureester in EtOAc für den N-Schutz von Aminen und Amiden.
Es wird auch als Isolator in hitzebeständigen elektrischen Kabeln verwendet.
Es hat sich gezeigt, dass die MgO-Dotierung das Kornwachstum in Keramiken wirksam hemmt und ihre Bruchzähigkeit verbessert, indem sie den Mechanismus des Risswachstums im Nanomaßstab verändert. ⓘ

Ungeschliffener MgO-Kristall ⓘ

Gepresstes MgO wird als optisches Material verwendet. Es ist von 0,3 bis 7 μm transparent. Der Brechungsindex beträgt 1,72 bei 1 μm und die Abbe-Zahl 53,58. Es ist manchmal unter dem von Eastman Kodak geschützten Namen Irtran-5 bekannt, obwohl diese Bezeichnung veraltet ist. Reines kristallines MgO ist im Handel erhältlich und wird in geringem Umfang in der Infrarotoptik verwendet.
MgO wird in Säcken um transuranische Abfälle in den Entsorgungszellen (Panels) der Waste Isolation Pilot Plant als CO₂-Getter verpackt, um die Komplexierung von Uran und anderen Aktiniden durch Karbonat-Ionen zu minimieren und so die Löslichkeit von Radionukliden zu begrenzen. Die Verwendung von MgO wird gegenüber der von CaO bevorzugt, da das entstehende Hydratationsprodukt (Mg(OH)
₂) weniger löslich ist und weniger Hydratationswärme freisetzt. Ein weiterer Vorteil ist der niedrigere pH-Wert von ~ 10,5 im Falle eines unbeabsichtigten Wassereintritts in die trockenen Salzschichten, während das löslichere Ca(OH)
₂ einen höheren pH-Wert von 12,5 (stark alkalische Bedingungen) erzeugen würde. Das Mg²⁺
Kation ist das zweithäufigste Kation im Meerwasser und im Steinsalz, und es wird erwartet, dass die potenzielle Freisetzung von Magnesiumionen, die sich in Solen lösen, die in das geologische Tiefenlager eindringen, die geochemischen Störungen ebenfalls minimieren wird.
MgO spielt eine wichtige Rolle als Handelsdünger für Pflanzen und als Tierfutter.
Eine vernebelte MgO-Lösung wird in der Bibliothekswissenschaft und im Sammlungsmanagement zur Entsäuerung von gefährdeten Papieren verwendet. Bei diesem Verfahren neutralisiert die Alkalität von MgO (und ähnlichen Verbindungen) den relativ hohen Säuregehalt, der für minderwertiges Papier charakteristisch ist, und verlangsamt so den Verfallsprozess.
MgO wird auch als Schutzschicht in Plasmabildschirmen verwendet.
Magnesiumoxid wird als Oxidbarriere in Spin-Tunnel-Geräten verwendet. Aufgrund der kristallinen Struktur seiner dünnen Schichten, die z. B. durch Magnetronsputtern abgeschieden werden können, zeigt es Eigenschaften, die denen des üblicherweise verwendeten amorphen Al₂O₃ überlegen sind. Insbesondere wurde mit MgO eine Spinpolarisation von etwa 85 % gegenüber 40-60 % mit Aluminiumoxid erreicht. Auch der Wert des Tunnelmagnetowiderstands ist bei MgO (600 % bei Raumtemperatur und 1.100 % bei 4,2 K) deutlich höher als bei Al₂O₃ (ca. 70 % bei Raumtemperatur). ⓘ

Vorsichtsmaßnahmen

Das Einatmen von Magnesiumoxiddämpfen kann Metalldampffieber verursachen. ⓘ

Vorkommen

In der Natur kommt Magnesiumoxid als vulkanisches Mineral Periklas vor. Es sind weiße bis graue, durch Einschlüsse auch dunkelgrüne, glasglänzende reguläre Kristalle der Härte 5,5 bis 6 (nach Mohs). ⓘ

Verwendung

Es wird Lebensmitteln als Säureregulator oder Trennmittel zugesetzt. Es ist in der EU als Lebensmittelzusatzstoff der Bezeichnung E 530 ohne Höchstmengenbeschränkung (quantum satis) für Lebensmittel allgemein zugelassen. ⓘ

Für technische Anwendungen wird Magnesiumoxid in leicht verunreinigter Form als kaustisch gebrannter Magnesit (KM) angeboten und dient zur Gewinnung von Buntmetallen, Edelstahl und Glas. Vermischt mit Magnesiumchlorid oder -sulfatlösungen wird kaustisch gebrannter Magnesit als sogenannter Sorelzement etwa zur Herstellung von Industriefußböden verwendet. Solcher Magnesiazement verbindet sich gut mit organischen porösen Substanzen wie Holz, Kork und Leder. Im Bausektor kommt Magnesiumoxid auch als Bindemittel für mineralische Ortschäume zum Einsatz. ⓘ

Kaustisch gebrannter Magnesit wird auch in der Dünge- und Futtermittelindustrie als Magnesiumträger verwendet. ⓘ

In der Medizin wird Magnesiumoxid zur Substitutionstherapie verwendet. ⓘ

Sintermagnesia wird aufgrund des hohen Schmelzpunkts von 2800 °C zur Herstellung von Magnesia-Kohlenstoff-Steinen verwendet, die zu den basischen Feuerfestmaterialien zählen. Endprodukte sind etwa feuerfeste Auskleidungen von Laborgeräten, Gefäßen wie Konvertern, Elektrolichtbogenöfen, Gießpfannen in der Stahlerzeugung, isolierende Umhüllung von Thermoelementen und Isolierröhrchen zwischen Heizfaden und Kathode von Elektronenröhren. ⓘ

Magnesiumoxid wird auch zur Entkieselung von Wasser sowie als Adsorptionsmittel und Vulkanisierungsverzögerer in der organischen Chemie eingesetzt. ⓘ

Zur Flammprobe und zur Boraxperlen-Probe zum Nachweis bestimmter Elemente und Ionen werden gesinterte Magnesiastäbchen von 1–2 mm Durchmesser eingesetzt, deren genutztes Ende leicht abzubrechen ist. ⓘ

Gepresstes feines Pulver aus MgO wird auch als Tafelkreide in der Schule benutzt. ⓘ

Abgrenzung

Das im Klettersport sowie beim Geräteturnen verwendete Magnesia ist kein Magnesiumoxid, sondern im Wesentlichen Magnesiumcarbonat mit Magnesiumhydroxid. ⓘ