Магній і вода: механізми реакції, вплив на навколишнє середовище та вплив на здоров’я
Магній присутній у морській воді в концентрації 1300 ppm. Після натрію магній є катіоном, який у найбільшій пропорції знаходиться в океані. Річки містять близько 4 ppm магнію, морські водорості містять 6000-20 000 ppm, а устриці близько 1200 ppm.
Питна вода Голландії містить від 1 до 5 мг магнію на літр.
Магній та інші лужноземельні метали відповідають за жорсткість води. Вода, що містить велику кількість лужноземельних іонів, називається твердою водою, а вода, що містить низькі концентрації цих іонів, відома як м’яка вода.
Як магній реагує з водою?
Вода при кімнатній температурі не впливає на метали магнію. Магній, як правило, є погано реагуючим елементом, але його реакційна здатність зростає із збільшенням рівня кисню. Крім того, магній реагує з водяною парою, утворюючи гідроксид магнію та газоподібний водень:
Магнієві пожежі не гасяться водою. Магній продовжує горіти, поки кисень не вичерпається. Потім він реагує з азотом у повітрі, утворюючи нітрид магнію (Mg3N2). Коли робляться спроби загасити пожежі магнієм водою, палаючий магній бурхливо реагує, викликаючи руйнування молекули води і виробляючи вибухову реакцію, виділяючи велику кількість енергії. Щоб запобігти пошкодженню, вогонь, спричинений магнієм, слід гасити, засипаючи його піском.
Прикладом сполуки магнію є фосфід магнію (Mg3P2), тверда речовина сірого запаху. Коли ця сполука контактує з водою або вологим повітрям, вона розкладається і утворює фосфін (PH3), токсичну, а також легкозаймисту сполуку.
Розчинність магнію та сполук магнію
Магній зустрічається переважно як Mg 2+ (водний) у водних розчинах, а також як MgOH + (водний) та Mg (OH) 2 (водний). У морській воді він може також зустрічатися як MgSO4.
Розчинність гідроксиду магнію у воді становить 12 мг/л. Інші похідні магнію більш розчинні у воді, наприклад, карбонат магнію (600 мг/л). Сульфат магнію додає воді кислуватий смак і має розчинність у воді 309 г/л при 10 o C.
Чому магній присутній у воді?
Велика кількість мінералів містить магній, наприклад доломіт (карбонат магнію кальцію, CaMg (CO3) 2) і магнезит (магній карбонат MgCO3). Магній відривається від гірських порід і потрапляє у воду.
Магній має багато цілей і, отже, потрапляє у воду дуже різними способами. Хімічна промисловість додає магній до пластмас та інших матеріалів як протипожежний засіб або як наповнювач. Він також потрапляє в навколишнє середовище як добриво і як корм для худоби. Сульфат магнію застосовується у пивній промисловості, а гідроксид магнію - як флокулянт на очисних спорудах. Магній також є м’яким проносним. Сплави магнію застосовуються в конструкціях автомобілів і літаків.
Під час Другої світової війни магній використовувався як бомбовий матеріал, спричиняючи велику кількість пожеж у містах. Розробка цих насосів представила метод вилучення магнію з морської води.
Які екологічні наслідки присутності магнію у воді?
Сьогодні застосовуються альтернативні хімічні агенти, переважно комплексоутворювачі, такі як цитрат натрію, ЕДТА та АНТ, або іонообмінники, такі як цеоліт А. Ці речовини не викликають евтрофікації та не токсичні. Нітрооцтова кислота (АНТ) може бути мутагенною, і її важко видалити під час очищення. Цеоліт А збільшує кількість мулу. Крім того, інші комплексоутворювачі, такі як ЕДТА, мають здатність видаляти метали із сполук, які в іншому випадку важко розкладаються. Важкі метали можуть потрапити у воду, оскільки ЕДТА важко видалити на очисних спорудах.
Жорсткість води відрізняється від регіону до регіону, тому додавання пом’якшувачів до миючих засобів не потрібно в регіонах, де є м’яка вода. У регіонах з сильно жорсткими водами потрібно застосовувати більшу кількість миючого засобу, що додає певної пом’якшувальної сили. Як наслідок, інші речовини, що містяться в миючих засобах, також додаються у більших дозах, коли миючі засоби застосовуються у великих кількостях, що ускладнює процеси очищення стічних вод.
Які наслідки для здоров'я магнію у воді?
В організмі людини міститься близько 25 г магнію, з яких 60% міститься в кістках, а 40% міститься в м’язах та інших тканинах. Це поживний мінерал для людини, це один з елементів, який відповідає за функцію мембран, передачу нервових подразників, скорочення м’язів, побудову білка та реплікацію ДНК. Магній є основним інгредієнтом більшості ферментів. Кальцій і магній у багатьох випадках виконують однакові функції в організмі людини, і в багатьох випадках вони є антагоністичними.
Невідомі випадки отруєння магнієм. При великих дозах магнію виникає блювота та діарея. Високі дози магнію в ліках та харчових добавках можуть спричинити перенапруження м’язів, нервові проблеми, депресію та зміни особистості.
Як згадувалося вище, рідко можна встановити законодавчі обмеження вмісту магнію у питній воді, оскільки немає наукових доказів токсичності магнію. В інших сполуках, наприклад азбесті, магній виявляється дуже шкідливим.
Які технології водопідготовки можна застосовувати для видалення магнію з води?
Похідні магнію зазвичай видаляються з води через важливий внесок Mg у твердість. Це досягається за допомогою техніки пом’якшення води.
Гідроксид магнію застосовується як флокулянт при обробці води.