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späten Nachmittag oder eher noch später anzugehen. Besser
ist das! Ihr braucht, um diesen Cache zu heben, kein
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Viel Spaß bei der Suche!
Geschichte
Magnesiumverbindungen waren schon Jahrhunderte vor der Herstellung
elementaren Magnesiums bekannt und in Gebrauch.
Der schottische Physiker und Chemiker Joseph Black war der erste,
der Magnesiumverbindungen im 18. Jahrhundert systematisch
untersuchte.
1808 gewann Sir Humphry Davy Magnesium durch Elektrolyse
angefeuchteten Magnesiumhydroxids mit Hilfe einer Voltaschen
Säule. So zeigte er, dass Magnesia das Oxid eines neuen
Metalls ist, das er zunächst Magnium nannte.
1828 gelang es dem französischen Chemiker Antoine Bussy durch
das Erhitzen von trockenem Magnesiumchlorid mit Kalium als
Reduktionsmittel, geringe Mengen von reinem Magnesium darzustellen.
1833 stellte Michael Faraday als erster Magnesium durch die
Elektrolyse von geschmolzenem Magnesiumchlorid her. Basierend auf
diesen Versuchen arbeitete der deutsche Chemiker Robert Wilhelm
Bunsen in den 1840er und 1850er Jahren an Verfahren zur Herstellung
von Magnesium durch Elektrolyse von Salzschmelzen mit Hilfe des von
ihm entwickelten Bunsenelements. 1852 entwickelte er eine
Elektrolysezelle zur Herstellung größerer Mengen von
Magnesium aus geschmolzenem, wasserfreien Magnesiumchlorid.
Die technische Erzeugung von Magnesium begann 1857 in Frankreich
nach einem Verfahren von Henri Etienne Sainte-Claire Deville und H.
Caron. Beim sogenannten Deville-Caron-Prozess wird ein Gemisch aus
wasserfreiem Magnesiumchlorid und Calciumfluorid mit Natrium
reduziert. In England begann die Firma Johnson Matthey um 1860 mit
der Magnesiumherstellung nach einem ähnlichen Verfahren.
Gewinnung und Herstellung
Die Gewinnung von Magnesium erfolgt vorwiegend über zwei
Wege:
• Durch Schmelzflusselektrolyse von geschmolzenem
Magnesiumchlorid in Downs-Zellen.
• Durch thermische Reduktion von Magnesiumoxid
(Pidgeon-Prozess).
Der Pidgeon-Prozess ist heute der bedeutendste
Herstellungsprozess.
Eigenschaften
Das feste, silbrig glänzende Leichtmetall Magnesium, das etwa
ein Drittel leichter als Aluminium ist, überzieht sich an Luft
mit einer Oxidschicht, die, im Gegensatz zu Aluminium, nicht
deckend ist. In Wasser bildet sich ein schwer löslicher
Überzug aus Magnesiumhydroxid, welcher aber bei höheren
Temperaturen unbeständig ist. Schwache Säuren, wie
beispielsweise Ammoniumsalze, greifen die Hydroxidschicht ebenfalls
an, da sie die Hydroxidionen neutralisieren und so das
Löslichkeitsprodukt des Magnesiumhydroxids überschritten
wird. Mit Säuren wie der Salzsäure reagiert Magnesium
recht heftig. Dabei erwärmt es sich stark. Es wird Wasserstoff
frei, der mit dem Luftsauerstoff explosive Gemische bildet. Gegen
Fluorwasserstoffsäure und Alkalien ist es im Gegensatz zum
Aluminium relativ beständig. Frisch hergestelltes
Magnesiumpulver erwärmt sich an der Luft bis zur
Selbstentzündung. Dünne Bänder oder Folien lassen
sich leicht entzünden. Es verbrennt an der Luft mit einer
grellweißen Flamme zu Magnesiumoxid MgO und wenig
Magnesiumnitrid Mg3N2. Auch in vielen Oxiden wie
Kohlenstoffmonoxid, Stickoxid und Schwefeldioxid verbrennt
Magnesium. Vor allem fein verteiltes Magnesium reagiert auch bei
niedrigen Temperaturen mit Wasser unter Freisetzung von
Wasserstoff. Bei einer großen spezifischen Oberfläche
(Späne, Stäube) kann so viel Wasserstoff frei werden,
dass dieser mit Luft ein explosionsfähiges Gemisch (Knallgas)
bildet. Gefährliche Reaktionen sind besonders bei höheren
Temperaturen, das heißt bei schmelzflüssigem und
brennendem Magnesium, zu erwarten.
Reinmagnesium hat eine geringe Festigkeit und Härte. Sein
E-Modul liegt bei etwa 45 GPa. Neun von zehn Magnesium-Bauteilen
sind Gussteile. Die Kaltumformung ist wegen der hexagonalen
Kristallstruktur extrem schwer, weswegen bei Magnesium die
Warmumformung bevorzugt wird (oberhalb 225 °C werden
Gleitsysteme in den Prismenebenen der Elementarzelle aktiviert, was
zu einer sprunghaften Duktilitätszunahme führt).
Verwendung
Metallisches Magnesium
Magnesiumband und -draht wird in (Foto-)Blitzlampen beziehungsweise
früher als Blitzlichtpulver, Magnesiumpulver in
Brandsätzen, -bomben und Leuchtmunition, aber auch als Zusatz
in Feuersteinen für Feuerzeuge verwendet. Häufig dienen
Magnesiumstäbe als Opferanoden, die Teile aus edleren Metallen
vor Korrosion schützen.
In der Metallurgie dient es als vielseitiges
Reduktionsmittel.
In der organischen Chemie wird es zur Herstellung von
Grignard-Verbindungen genutzt.
Weil sich Magnesium sehr leicht entzündet, wird es auch als
sehr robustes Feuerzeug verwendet, z.B. als sogenannte „Fire
Starter Kits“.
Magnesiumlegierungen
Für gängige Magnesiumlegierungen liegt der Schmelzbereich
zwischen 430 und 630 °C.
Werkstofftechnisch sind Mg-Al-, Mg-Mn-, Mg-Si-, Mg-Zn- und vor
allem Mg-Al-Zn-Legierungen von Bedeutung. Wichtigste Anwendung ist
aber wohl die Härtung von Aluminiumlegierungen durch einen
Mg-Zusatz bis zu 5 %. Zusätzlich verbessert sich die
Schweißbarkeit. Sie finden Anwendung als Verpackungsmaterial,
zum Beispiel in Getränkedosen.
In den letzten Jahrzehnten hat man wegen der möglichen
Gewichtseinsparung versucht, Aluminium durch Magnesium zu ersetzen.
Bei gleicher Belastbarkeit sind Bauteile aus Magnesiumlegierungen
leichter als solche aus Kunststoff. Das machte Magnesium schon
früh für mobile Anwendungen interessant. In
Kraftfahrzeugen nutzte man Magnesiumlegierungen zur Herstellung von
Gehäuseteilen sowie zur Herstellung von Felgen für
Großfahrzeuge. Heute werden auch Fahrgestelle und Rumpfteile
von Flugzeugen sowie Motorrad- und Fahrradteile aus
Magnesiumlegierungen hergestellt.
Magnesiumlegierungen zeichnen sich durch hohe Dämpfung aus.
Dies führt bei Schwingungsbelastung zu einer Verringerung der
Vibration und Geräuschemission. Auch aus diesem Grund sind
Magnesiumlegierungen interessante Werkstoffe.
Jüngste Forschungen versprechen ein hohes
Entwicklungspotenzial von Magnesiumwerkstoffen als resorbierbares
Implantatmaterial (z. B. als Stent) für den menschlichen
Körper. Magnesiumwerkstoffe müssen in der Anwendung vor
Kontaktkorrosion geschützt werden. Die
Korrosionsbeständigkeit gegen normale atmosphärische
Einflüsse ist hingegen gut. Das Kontaktkorrosionsverhalten
wäre bei einer Verwendung als zeitlich begrenzt einzusetzendes
Implantatmaterial ein entscheidender Vorteil, da es sich nach einer
bestimmten Zeit gefahrlos auflösen würde. Damit entfielen
Risiken und Kosten einer Operation zur Implantatentnahme.