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氯化镁

氯化镁(英语: Chloride),无机化合物化学式为MgCl2。外观为无色晶体固体,密度为2.316~2.33(25 ℃),易溶于水和乙醇,在空气中易潮解,味苦。氯化镁虽然存在多种水合物,例如MgCl2·6H₂O,MgCl2·4H₂O,MgCl2·2H₂O,MgCl2·H₂O等,但常以六水合氯化镁的形式存在,即MgCl2·6H₂O,受热则脱去结晶水和失去氯化氢,得到氧化镁或者氢氧化镁。可用于金属镁制造、消毒剂、冷冻水、陶瓷、填充织物、造纸等领域。

分布情况

氯化镁在自然界分布较广,以矿石、海水、盐湖水及地下卤水的形式存在。其中含氯化镁的矿石有光卤石(KCl·MgCl₂·6H₂O),水氯镁石(MgCl₂·6H₂O)。但是自然界的氯化镁还是大多以可溶盐形式存在,海水的主要成分是氯化镁,其含量可达每公斤海水约含氯化镁3.2 g,因此用海水制取大量氯化镁可作为镁工业的原料。

在中国,氯化镁主要分布于河北省山东省江苏省等沿海省市,及拥有众多内陆盐湖的青海格尔木内陆地区。

物质结构

氯化镁属于离子化合物,因此氯原子和镁原子以离子键形式连接,其中镁原子电负性要远小于氯原子,因此氯原子作为电子受体吸引镁原子的电子,其电子均从镁原子处转移得到。氯化镁分子的几何构型为直线型,因此尽管存在两个大小相等的键偶极子(C1-+Mg+C1-],但由于两者方向水平相反从而刚好相互抵消。

MgCl₂晶体属于三方晶系,含有α和β两种变体,其中在α型变体中氯原子呈现立方最密堆积形式,在β型变体中氯原子为六方最密堆积。

理化性质

作用机制

药效学

口服氯化镁溶液因在肠道部位难以吸收,因此在小肠内会起到高滲作用,使水分积聚肠腔,从而刺激肠蠕动而引起腹泻。氯化镁溶液中的镁离子可抑制中枢神经活动,减低神经肌接头乙酰胆碱的释放,减低横纹肌收缩作用,从而可预防或治疗尿毒症子痫引起的惊厥。镁离子可用于维持心肌离子平衡,调节钾通道,人体中镁离子含量过低可能会引起心律失常的症状。注射过量镁离子可直接舒张外周血管平滑肌及引起交感神经节冲动传递障碍,使血管扩张血压下降。

药动学

氯化镁溶液作为可溶性镁盐,口服后大约有三分之一被小肠缓慢吸收,同时服用维生素D类药物可加强其吸收,吸收后均经肾排泄,乳汁、唾液内亦会分泌少量,并可通过胎盘

物理性质

六水氯化镁

六水氯化镁,顾名思义为携带6个结晶水的氯化镁晶体,分子式为 MgCl₂·6H₂0,分子量为 203.30,为单斜晶系,晶体外观为无色透明至半透明的柱状,呈现玻璃光泽,味道苦涩,密度为1.56 ~ 1.59 ,熔点 117.2 ℃,在水和乙醇中易溶解,且水溶性与温度呈现正相关。六水氯化镁具有很强的吸湿性,易潮解,耐火阻燃性强。

二水氯化镁

二水氯化镁分子式为 MgCl₂·2H₂0,分子量为 131.24,外观为白色颗粒状或粉状固体,味道苦涩,易溶于水;二水氯化镁固体中往往 MgCl₂的含量占到70% 左右,而除了MgCl₂之外还会有少量的 NaCl。二水氯化镁是由六水氯化镁制取无水氯化镁的中间产物。常温条件下,二水氯化镁吸湿性强,在吸收空气中水后会生成六水氯化镁,因此需要隔绝空气包装,与六水氯化镁类似的是它也具有较强的耐火能力。

无水氯化镁

无水氯化镁是氯化镁固体不含任何结晶水的状态,分子式为 MgCl₂,分子量为 95.21。外观为白色六方形晶体,在25 ℃时,密度为 2.316 - 2.33 g/cm3,熔点为 714 ℃,沸点为1412 ℃,在空气中容易潮解,易溶于水和乙醇,且水溶解度随温度的升高而增加,当水溶液中氯化镁含量超过其饱和浓度时时,氯化镁会与水分子结合形成水合物以固相析出,在不同温度下,析出的水合固体也不同。例如在低于-16.4℃~-33.6℃之间,会析出十二水氯化镁,-3.4 ℃~-16.4℃,会析出八水或者六水合氯化镁,而在高于0℃后,析出的是单一的六水合氯化镁。

化学性质

水解反应

六水氯化镁受热脱水后无法完全转变为无水盐,会有一部分分解成氧化镁盐酸。或者在170 ℃水解为碱式氯化镁和HCl。

与碱或氨水反应

电解反应

置换反应

复分解反应

氯化镁可与其他盐类发生复分解反应,生成正盐、酸式盐、碱式盐或者复盐。

加合反应

氯化镁和氧化镁可以发生加成反应生成碱式氯化镁

氧化反应

二氧化锰氧化形成

转变温度及反应

尽管氯化镁存在多种水合物形态,但结晶水数量多的氯化镁水合物状态在达到转变温度后受热会逐渐失去一分子或者二分子结晶水形成结晶水数量相对少的氯化镁水合物。各个氯化镁水合物的转变形式和转变温度如下所示:

制备方法

天然水蒸发制备

该法主要通过蒸发海水、盐湖盐水来制备氯化镁,即使浓厚苦卤中提取氯化镁:浓厚苦卤是将海水或者盐湖水晒取食盐后的母液,由于食盐晒制过程中会产生大量氯化镁,因此只需将其从浓厚苦卤中提取便可获得氯化镁。该法被认为是一种较为简单氯化镁制备方法,其中晒制过程中氯化镁的生成原理如下:

光卤石制备

结晶出人造光卤石后的氯化镁卤液,常常还会含有28~31%的MgCl2,因此可以对这些卤液进一步蒸发得到六水合氯化镁,再对该水合产物进行脱水得到无水氯化镁。但是卤液中也会掺杂了大量杂质,如氯化钾和氯化钠。需要采用适量的氯化氢气体溶入卤液中,来使得氯化钠和氯化钾析出。

海水的化学加工

除了从蒸发海水后的浓厚盐卤提取制备氯化镁外,也可以对海水进行化学加工来间接制备氯化镁:可以先用石灰乳和海水反应,使得氢氧化镁从海水析出,再用盐酸溶解,可以直接制得氯化镁,但可能会含有硼化物杂质。因此,可以将约25%Mg(OH)2的沉淀和MgCl2稀榕液混合再用盐酸中和,然后将所得的含15%左右的MgCl2的溶液进行蒸发可得到不含硼化物沉淀的Mg(OH)2和MgCl2,因为整个过程pH较高可以阻止硼化物沉淀。Mg(OH)2沉淀也可以在CaCl2废液中碳化来转化为MgCl2,其中CaCl2溶液可以来自纯碱生产的废液。再经过进一步的分离沉淀,可以得到含10%MgCl2和少量NaCl的溶液。反应原理如下:

白云石制备

白云石制备氯化镁有三种路线。

第一种是将完全烧透的白云石料浆碳化,将料浆用盐酸调节pH,再将沉淀物沉降分离可得到MgCl2的溶液,另一部分则进行二次澄清后再蒸发。

第二种在同样是将白云石乳、硫酸钙碱金属氯化物构成的悬浮液进行碳化。碳化结束后,将浆料加热到沸腾,分离出CaCO3,和碱金属硫酸盐,再把母液蒸发得到氯化镁。

第三种,将白云石NH4Cl溶液消化煅烧得到白云石乳,然后碳化。其中碳化过程碱式复式碳酸盐CaCO3·Mg(OH)2会析出,使得MgCl2留在溶液,析出的沉淀可再用NH4Cl处理,将Mg(OH)2转化为MgCl2。

无水氯化镁的制备

该法是利用六水氯化镁脱去结晶水得到MgCl2 含量为99%的无水氯化镁,但是脱水过程需要分段进行。首先将六水氯化镁脱水成为二水合物,然后在氯化氢气流中逐步升温脱去结晶水;最后将温度升到350~375°C,在此过程中在250℃和305℃的温度条件下分别保温一段时间。实际生产中,六水氯化镁脱水过程中可能会溶于自身脱去的结晶水,为避免这一情况的发生。通常设置两个脱水阶段:第一阶段在100~200°C的热气流脱去 4~5个结晶水;然后在620~650°C的氯化氢气体里完全脱水。

氧化镁的氯化

该法只需要将氧化镁和一定浓度反应可得到MgCl2。在低温条件下,保持不高浓度的氯气既可以生成MgCl2,但是反应速度会较慢,因此该法常常需要大于500℃的高温条件。但当温度提升至500~700℃时,也需要将氯气的浓度增加。其中还可以放入一些还原剂来加快反应,例如固体碳或者一氧化碳。反应方程式如下:

其中固体碳作还原剂时,在600~800℃下就能使该反应基本上完成。一氧化碳作还原剂的时候,在更低一些的温度也能基本上反应完成。最后,除了调节好反应的温度和放入适当的还原剂外,也要在反应前使得氧化镁尽量无Al2O3和SiO2等杂质。

应用领域

化工行业

在化工行业,氯化镁是生产其他碳酸镁、氧化镁等含镁化合物的重要原料,同时也常用于制备金属镁。

氯化镁可作为低压下催化聚乙烯聚丙烯生产的催化剂的载体。例如,将TiCl4振磨负载在MgCl2载体上,再经过烷基[wán jī]铝活化还原,便可作为低压下的聚乙烯高效催化剂。氯化镁还可以应用于金属镁灭火剂生产、陶瓷和造纸领域。

食品行业

氯化镁可作豆腐凝固剂;添加少量氯化镁也可以作为鱼肉除水剂。当与缩合磷酸盐并用时,还可以作为弹力补强剂并进一步改善味道。但要注意用量最好不要超过0.1%。

医药行业

在医药领域氯化镁常作为电解质平衡调节药使用,用于防治低镁血症或补充镁离子。也可以用于配制血液透析液和腹膜透析液。但需要注意的是,过量注射氯化镁可能会导致高镁血症,患者可能会出现疲倦、乏力等不良反应。

建材行业

在建材行业,工业制氯化镁,即是生产玻纤瓦、天花板、地板砖等轻型建材的重要材料,也可用于通风管道、防火门窗等高层建材的生产。其溶液在与氧化镁混合后,还可制成坚固耐磨的镁质水泥。

其他领域

氯化镁也可以用于砷酸[shēn suān]和磷酸的定量分析,或者用于制备金属镁、化学消毒剂、灭水剂、冷冻盐水。

安全事宜

运输及储存

在氯化镁的搬运过程中,要注意防止容器碰撞破损。潮解液化后切记摇晃,防止液体从容器口溢出来。工作人员需身着专用工作服和专用手套。

在入库储存时,需要检查容器是否包装好,是否有潮解液化现象,是否有杂质混入。最后密封坛口,保持干燥,防止受潮。

毒性

氯化镁的毒性较低,大鼠经口,成人口服4-5g氯化镁会引起腹泻等症状。

急性中毒症状

误食大量氯化镁盐容易引起腹痛、呕吐、腹泻烦渴、瞳孔散大、昏迷、休克、呼吸困难和肾脏损害。当静脉注射过量氯化镁,则会导致患者言语不清、走路不稳、视线模糊。此外,过量的还会对中枢神经系统及肌肉装置上产生显著的抑制和麻痹作用,症状表现为患者呈现为麻醉现象,丧失痛觉,血压下降,导致死于呼吸或者心脏麻痹。

急救措施

对于氯化镁中毒的患者,采用温水洗胃,并饮入豆浆或者牛奶,以减缓其吸收和减低其毒性。采取氧化钙或者葡萄糖酸钙溶液及时静脉注射解毒。或者皮下注射毒扁豆碱缓解镁盐,去除神经肌肉的麻痹效应。必要时进行人工呼吸。最后及时送医。

参考资料

COMPOUND SUMMARY:Magnesium Chloride[DB/OL].PubChem.2023-03-19