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摘要：本文将金属镁拟人化，以直播的形式生动形象地讲述了镁的发现、理化性质，重点介绍了镁在生命活动、工业生产、有机合成等领域的应用，以及镁合金的性质与应用。
关键词：镁；镁合金；性质；应用
在一间不大，但很整洁、精致的房间里，镁小姐换上一身漂亮的衣服，梳妆打扮后，喜滋滋地打开了直播。很快，观众们也都兴致勃勃地进入了直播间。镁小姐是X音平台上知名的科普主播，拥有超百万的粉丝，今天镁小姐将讲述关于自己的故事。
镁小姐高兴地说道：“各位粉丝宝宝们，大家晚上好啊！欢迎来到我的直播间，近期发现挺多粉丝留言想深入地了解一下我。所以，今天就跟大家聊一聊关于我的方方面面，希望大家能够满意！”
大家都想进一步了解镁小姐，也很好奇她今天要讲什么，纷纷在评论区催促镁小姐。消息一条接一条地，呼声很高。
静默片刻后，镁小姐动听的声音再次响起：“感谢大家对我的关注！大家不要心急，我先从我的诞生慢慢地讲。”
1 我的诞生
“显而易见，我是一种金属元素，我的英文名叫做Magnesium， Mg是我的符号，原子序数为12，相对原子质量为24.305，位于元素王国的第三周期、第IIA族，享有‘国防金属’的美誉[1]。我是地球上储量最丰富的十种元素之一，在地壳中的含量约为2%，位居第八位。在地壳中，本小姐主要以固体矿的形式纯在，例如菱镁矿、白云石、水镁石、橄榄石和光卤石等（图1）。此外，在海水、天然盐湖水、地下卤水中也能见到我的身影。”
图1 地壳中常见的含镁矿石（原创图片）
接下来，镁小姐故意停顿了一下，狡黠一笑：“尽管我的储量十分丰富，但是本小姐可不是随便的人，不会让人类轻易地发现。在自然界中，我总是和其他元素一起以化合物的形态存在，而且很难从化合物中还原成单质状态。”
“看来镁小姐真是深藏不露呢！”一位网友在弹幕上说，“很想知道镁小姐后来究竟是怎么被发现的呢？”其余网友们也都在弹幕上附和。
“说到我的发现，必须得感谢英国化学家汉弗里·戴维（Humphry Davy），正是他给我取的名字。戴维在发明了电解法制取金属元素后，于1808年成功地用电解法从‘苦土’中制得了一种金属单质，并将它命名为Magnesium，这就是我，就是大家口中的镁小姐[2]。”
“为什么戴维先生将您命名为Magnesium，而不是叫其他的名字呢？”一位网友好奇地问道。
镁小姐解释道：“这位朋友的问题非常有意思！说到我名字的来历，就得先解释‘苦土’。‘苦土’盛产于希腊一个叫做Magnesia的地区，被叫做‘magnesia alba’，其主要成分是氧化镁。早在1792年，我就由安东·鲁普雷希特（Anton Rupprecht）通过加热苦土和木炭的混合物的方法制取出来，但是不纯净。1808年，戴维先生用电解的方法从氧化镁中提取出纯净的我。所以，戴维先生自然而然地将我命名为Magnesium。此后，我逐渐地出现在大众的视野中。在发现我的很多优点之后，大家越来越喜欢我，与我相关的产业发展也越来越好了。”
2 我的内秀与外毓
“大家还想知道什么呢？可以在评论区留言哦！”镁小姐热情地说着。
镁小姐话音刚落，电脑屏幕上就出现一位网友留言：“镁小姐，你可以讲讲自己的特点、社交圈什么的，我们都想更多地了解您！”
“当然可以啦。作为一个大家族里的小姐，我肯定是内秀于心、外毓于行啊！”镁小姐自豪地说。
“首先呢，我是一种轻质碱土金属，拥有银白色的皮肤，还有金属光泽（图2）。我的单质密度仅有1.74g/cm³，具有良好的延展性和热消散性。我的熔点是648.8℃，沸点1107℃。”
图2 金属镁（https://upimg.baike.so.com）
“我性格活泼，很多元素都愿意跟我做朋友，社交圈很广泛！他们都说跟我在一起，十分轻松、愉快。”
“在空气中我跟氮气妹妹在一起，可以生成氮化镁；在沸水中跟水姐姐作用，能释放出氢气；跟其他元素反应，还能生成氯化物、碳化物和硅化物等化合物。”
“此外，无机酸和有机酸家族中的很多物质都是我的朋友，例如盐酸、硫酸、冰醋酸。他们的热情深深的感染着我，和它们在一起我幸福的直冒泡（与酸反应放出氢气：
Mg+2HCl=MgCl2+H2↑
Mg+H2SO4=MgSO4+H2↑
（图3）。但是，氢氟酸和铬酸这俩兄弟天生高冷，不愿意和我一起玩。”
图3 镁与盐酸的反应（https://image.baidu.com）
“尽管我的化学性质很活泼，但在常温干燥的空气中十分稳定。因为，空气中的氧气会将我缓慢氧化，并在我的表面生成一层致密的、黑灰色的氧化膜。尽管这层氧化膜能够使我失去原本的光泽，但是它能有效地防止我的身体进一步被氧化。然而，在高温下，氧化膜会变得松散和不均匀，当温度超过500℃时，我就会直接燃烧，发出炫目的白光，同时放出大量的白烟和热（图4）。这时的我，堪称是燃烧后最明亮的金属，因此我常在烟花、照明弹、闪光弹中担任重要角色。[2]”
图4 燃烧的镁条（https://image.baidu.com）
镁小姐神秘地说到：“嘿嘿，看大家都听的很认真啊！偷偷告诉大家一个秘密，除了能在空气中燃烧，本小姐还能在氮气、二氧化碳中燃烧。所以，我在空气中燃烧的产物比较复杂，可不能认为只有氧化镁！”
反应方程式：
“日常生活中，大家如果发现我不慎着火，千万不能用二氧化碳灭火器帮我灭火！”
一个网友赶忙说道：“灭火，当然得用水啦！”
镁小姐摇摇头说：“水也不行！我燃烧温度高达3000℃，如此之高的温度会使我与水发生剧烈反应，并且放出氢气。反应方程式：
用水灭火，无异于‘火上浇油’！最佳的灭火方法是使用7150 灭火剂（化学名：三甲氧基硼氧六环），它是特种灭火剂的一种，适用于扑救 D类金属火灾。”
镁小姐端起水杯，喝了口水，接着讲道：“在这里，有必要给大家普及一些关于火灾的知识！依据燃烧物质的特性，火灾可划分为A、B、C、D、E、F六类。其中，D类火灾是与金属有关的火灾或者金属引起的火灾，所以也称为D类金属火灾。大家要记住，不同类型火灾的灭火方式不同。”
“谢谢镁小姐的提醒！”、“我们一定会记住的！”屏幕上出现了很多网友的弹幕……
3 讲讲贡献
“接下来讲讲我的一些贡献吧。我具有化学稳定性高和抗腐蚀等优良性能，还具有轻金属的各种用途，在现代工业的各个方面都得到了广泛的应用。不知道大家对我的贡献了解有多少？大家可以在弹幕上打出来，知道最多的有机会和我互动连麦哦！”
“镁小姐在很多领域都有重要应用！在冶金工业中，可以作为还原剂、脱硫剂和脱氧剂；在医疗领域，以用于治疗痉挛、防癌抗癌、抗衰老；在动植物生命活动中，参与生物体内很多物质的合成与代谢。我是小A，可以连麦吗，让我仔细说说？”
“提高草鱼的生产性能，增强草鱼的抗病能力。[3]”、“施镁肥可以增加柑橘的单果重量。[4]”、“参与叶绿素的合成，在光合系统中起捕获光能的作用。[5]”……
弹幕还在一条一条地发着，令人目不暇接。
镁小姐微笑着说：“这位叫小A的网友知道的很多嘛，一看就是忠实的‘镁粉’了，而且他也很想跟大家分享，那我就跟他连麦吧！”
“你好啊，小A！”
“你好，你好，镁小姐！”小A明显很激动，“我是您忠实的粉丝，平时搜集了很多关于您的资料！我刚刚说的太简洁了，我再仔细给大家讲讲吧。”
“具体怎么说呢？镁小姐在动植物生命活动中发挥着重要的作用。在植物体内，镁小姐主要以离子或有机物络合的形式存在，是构成叶绿素的重要金属元素（图5），也是许多酶的活化剂。如果没有镁小姐，叶绿素将不能合成，从而影响植物的光合作用、糖和蛋白质的合成。[5]在人体中，镁小姐是一种非常重要的常量元素，含量为20~30g,主要以Mg2+形式存在，是位居第四位的阳离子。镁小姐对维持人体正常生命活动起着非常重要的作用，例如能量代谢（激活多种ATP酶）、大分子物质的代谢和合成（糖、蛋白质、脂肪）、遗传信息的传递和表达（DNA的自我复制、转录、反转录）、维持物质主动运输和电解质平衡（K+、Na+、Ca2+等离子细胞内外的移动）。[6]”
图5 叶绿素a和叶绿素b的分子结构（原创图片）
“下面我还要重点说说镁小姐在工业中的几个重要贡献——还原剂、脱硫剂和脱氧剂。”
“镁是钛、锆、铍、铀、铪等很多重要金属制备过程中的还原剂。例如，工业上由镁热法生产海绵钛的过程中，镁小姐可以从四氯化钛中还原出单质钛，”反应方程式：
TiCl4(g) + 2Mg(l) = 2MgCl2(l)+Ti(s)[7]
“镁小姐作为脱硫剂，是上世纪70年代镁工业上的一大发展！从1974年开始，镁小姐就作为炼钢工业的脱硫剂用于工业生产了。现在广泛用于烟气脱硫[8]、铁水脱硫[9]。”
“至于作为脱氧剂，相信大家都不陌生。镁小姐对氧具有很高的亲和力，可以与硅（Si）、钙（Ca）、 钡（Ba）、锰（Mn）等元素组成复合型脱氧剂，不仅可以有效地降低钢铁中的氧含量，还能使夹杂物以熔点较低的复合形式存在，从而提高钢铁的质量。[10]”
“最令人难以置信的是，镁小姐作为无机金属元素，竟然在有机合成领域大展身手。1901年，法国化学家维克多·格林尼亚（Francois Auguste Victor Grignard）发现在绝对无水乙醚中卤代烷（或者活泼卤代芳烃）可以与镁小姐反应生成有机镁试剂，其通式为R-Mg-X（R为烷基或芳基，X为Cl、Br或I）。该试剂化学性质十分活泼，可以与很多化合物反应，例如羰基化合物（醛、酮、酯、酰卤……）、含有活泼氢的化合物（端基炔烃、水、醇、氨……）、腈、环氧乙烷、有机卤化物、二氧化碳等。为了纪念格林尼亚的伟大发现，人们将此类试剂命名为“格林尼亚试剂”，简称“格氏试剂”。1912年，因为格氏试剂的发明及其在有机合成中的重要应用（增长碳链），格林尼亚与他的同事保罗·萨巴捷（Paul Sabatier）一同获得了诺贝尔化学奖。”
“我要说的就这么多了！感谢镁小姐，让我与“镁粉”们分享关于您的一些用途！”
“感谢小A的分享！小A详细地介绍了我在生命活动、化工、有机合成等领域的重要应用。我的这些微不足道的贡献，其实都得益于化学家的不懈探索！”
“好爱镁小姐！”“镁小姐贡献真大！”“我们会一直陪伴你！”……大家在评论区内热情地发言，表达了“镁粉”对镁小姐发自内心的喜欢。
“感谢大家对我的喜爱！接下来再给你们讲讲我的近邻——镁合金，它们更厉害！”镁小姐高兴地说到。
4 聊聊近邻
“镁合金是以本小姐为基础，加入其他元素制作而成的合金。镁合金是最轻的金属结构材料之一，密度仅为1.8~2.0 g/cm3，约为铝的70%，钢的23%。”镁小姐不紧不慢地介绍着。
“镁小姐，您可以和哪些元素组成合金呢？”一位网友发问了。
“能和我组成合金的元素很多，主要有锆（Zr）、锰（Mn）、锌（Zn）、铝（Al）等，此外还有稀土金属元素，如铈（Ce）、铼（Re）等，其中使用最广的是镁铝合金，其次是镁锰合金和镁锌锆合金。[11]”
“轻巧，一般都代表弱小！镁合金有什么特殊用途么？”电脑屏幕上出现了另一位网友的提问。
镁小姐解释道：“别看镁合金结构轻巧，其实镁合金一点也不弱小，它们的优点可多了！除了密度低，镁合金还具有减震性能优良、电磁屏蔽能力强、导电导热性能出众、强度大等众多优点，广泛应用于汽车、航空航天、轨道交通、电子通讯、军工设备等领域，被誉为‘21世纪绿色工程材料’。[12]”
“的确，我们的用途很广泛！但是，我们还有一个非常独特的特点，您刚才没有讲到。我是小B，能让我试着讲一下吗？”
“当然可以啦！刚看见你用到‘我们’这个词，看来这位叫小B的网友是镁合金家族中的一员。那么，我们就请小B来为我们具体讲讲吧!”
“大家好！我是‘镁粉’小B，我确实是镁合金家族的成员。我刚才所说的这个非常独特的特点，就是耐热性较差。在高温情况下，我们的身体会变得很软，能够方便地加工成各种复杂的形状。又因为具有很好的散热性，这样的高温并不能在我们身上存在很久，我们能很快稳定下来。基于这些优异的性能，我们可以做成导弹的支架、飞机发动机部件、直升机的传动箱和变速箱等。此外，镁合金家族的很多成员不仅具有与人骨接近的密度与弹性模量，能有效降低应力遮挡，而且生物相容性好、可降解，这些优点使其具备成为新型骨组织工程支架材料的潜力。[13]”
“小B讲的太好了！作为镁合金家族中的一员，你还能给大家讲一讲镁合金是如何铸造的吗？”镁小姐赞叹道。
“好的，镁小姐！根据组成元素的物理特性、目标构件的特点（形状、大小、使用场合等），镁合金一般采用高压压铸、低压铸造、重力铸造等3种不同的成型工艺，每种工艺又有很多具体的方法。其中，高压铸造是将液态或半固态镁合金熔体以高速挤压进型腔中并凝固成形，该方法所得合金尺寸较精确，轮廓清晰；低压铸造是利用较低压力对合金熔体进行升液并平稳充型，使其顺序凝固结壳，然后再保压结晶，最后卸压得到铸件，该方法也能得到较优质的合金铸件；重力铸造是利用熔融镁合金自身重力铸造构件，主要包括金属模铸造、半金属模铸造、壳型铸造、熔模铸造和砂型铸造等操作方法。[14]我要分享的就这么多了，谢谢大家!”
5 谈谈愿景
“感谢小B的分享，跟大家聊了这么多关于镁合金的知识！但是金无足赤，镁合金的缺点也不可小觑。镁合金的缺点，很大程度上是由我固有的理化性质和结构造成的。例如，我的化学性质活泼，会导致合金熔炼过程中易于氧化，还会导致镁合金的耐蚀性较差；此外，我是密排六方结构，会导致镁合金塑性成型能力较差，难以加工成复杂零部件。这些缺点，极大程度上限制了镁合金在很多领域的应用。[11]”
“不过大家不用担心，材料研究者一直在寻求解决这些问题的方法，努力提高镁合金的综合性能。例如，研究者已找到很多方法来提高镁合金耐腐蚀性，其中包括优化镁合金化学成分及其含量、通过表面技术（电化学沉积、热喷涂、化学气相沉积、阳极氧化等）在镁合金表面覆盖保护层。[11]”
“虽然我和我的近邻们有很多不足，但是我们始终坚信，在研究者不断的努力下，未来我们将发挥出更大的作用，为人类社会进步做出更大的贡献！”镁小姐激动地说。
镁小姐努力平静下自己的情绪：“感谢大家的一路陪伴，我真的很温暖、很开心！好啦，今天的直播就到这里了，咱们下次直播再会！”
“镁小姐辛苦啦！”、“期待镁小姐的下次直播！”、“我们一直是‘镁粉’！” 、“相信镁小姐会给我们带来越来越优质的科普内容！”大家纷纷在评论区留言……
随着观众纷纷下线，镁小姐也关闭了直播！
参考文献
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[1] 余培旺, 庄阳彬. “物质制备”教学中化学核心素养培养的实践与感悟——以“镁的提取和应用”教学为例 [J]. 化学教与学, 2019, (10), 66–68+45.
[2] 李宇琛, 牛嘉平, 关昊, 等. 元素时空博物馆——成人之“镁”[J]. 大学化学, 2020, 35 (11), 26–29.
[3] 魏硕鹏. 镁对生长中期草鱼生产性能和功能器官健康、肌肉品质的作用及其机制[D]. 四川农业大学, 2018.
[4] 刘小曼, 刘晓东, 刘闫, 等. 镁肥对温州蜜柑果实产量及品质的影响[J].华中农业大学学报, 2022, 41(5), 84–-90.
[5] 陈诗文, 张志胜, 梁计南. 镁对红掌植株形态及生理特性的影响[J]. 广东农业科学, 2010, 37(11), 118–120.
[6] 刘金香. 人体中镁离子的生理生化功能[J]. 江西教育学院学报(自然科学), 2001, 22(6), 44–46.
[7] 李吉帆, 盛卓, 李开华, 等. 镁热法生产海绵钛过程反应器温度场模拟研究[J]. 钢铁钒钛, 2023, 44(2), 20–27.
[8] 李慧, 付亮亮, 杨昊, 等. 以菱镁矿尾矿为脱硫剂的高温烟气脱硫机理及动力学研究[J]. 高校化学工程学报 , 2023, 37(6), 1007–1016.
[9] 王振林. 新型镁钙复合铁水脱硫剂的研究[J]. 山西冶金, 2022, (2), 257–259+275.
[10] 李双江, 李阳, 李杰, 等. 炼钢用脱氧剂的性能及应用现状[J]. 河北冶金, 2014, (10), 45–48.
[11] 贾昌远, 霍元明, 何涛, 等. 镁合金从工艺到应用的发展研究现状[J]. 农业装备与车辆工程, 2022, 60(4), 61–65.
[12] 彭立明, 邓庆琛, 吴玉娟, 等. 镁合金选区激光熔化增材制造技术研究现状与展望[J]. 金属学报, 2023, 59(1), 31–54.
[13] 王勇平, 刘小荣, 张炳春, 等. 镁合金支架对成骨细胞功能的影响[J]. 中国组织工程研究, 2016, 20(34), 5021–5026.
[14] 郑宗文, 吴海龙, 张志坤, 等. 镁合金铸造技术及其应用[J]. 中国金属通报, 2022, (3), 76–79.
审稿人意见：
作者将金属镁拟人化，详细地讲述了金属镁的发现、性质以及应用。同时，也科普了镁合金的性质和用途。这篇文章语言活泼，富有情趣，通过生动形象的描绘，具有使读者仿佛置身于直播间的效果。想象奇妙，源于生活，开阔了读者的视野。
另外，整篇文章脉络分明，层次感强，叙述井然有序，文章内容丰富。反应了作者精心的构思，深邃的思索。综上，审稿人认为这是一篇优质的科普文章。
文章中存在不足的地方，审稿人在附件（批注稿）中进行了标注。这篇科普文章有进一步发展的潜质，如果有时间，作者也可以制作成相应的科普视频。
作者：裴强 张瀛方 张淑一
作者单位：信阳师范大学
作者邮箱：peiqiangxynu@163.com
审稿人：成青松
编辑：朱真逸
本公众号合作媒体（公众号）：中科院长春应化所、中国化学会、CCS Chemistry、ACS美国化学会、RSC英国皇家化学会、爱思唯尔Elsevier、MaterialsViews、Nano Research、分析化学期刊、应用化学、国家纳米科学中心、甘肃省科学技术普及学会、科学材料站、邃瞳科学云、研之成理、高分子科学前沿、材料科学与工程、科学温故社、化学加、CBG资讯、材料十、纳米酶Nanozyme、氢能源和燃料电池、先进能源科技战略情报研究中心、蔻享学术、崛步化学、深水科技咨询、分子新天地、南开大学化学实验教学示范中心、化无止境、JMST、今日新材料等。
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