Was ist der unterschied zwischen magnsiumcarbonat leicht und schwer

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Magnesium und Wasser: Reaktionen, Umwelt- und Gesundheitseffekte

Reaktionen Löslichkeit Quellen Umwelt Gesundheit Wasserbehandlung

Magnesium ist in Meerwasser in einer Menge von circa 1300 ppm enthalten. Neben Natrium ist es damit auch das am meisten vorhandene Kation in den Meeren. In Flusswasser liegt der Magnesiumgehalt bei 4 ppm, in Meeresalgen bei 6000-20000 ppm und in Meeresfischen und Austern bei 1200 ppm.
Zusammen mit anderen Erdalkali-Ionen ist Magnesium verantwortlich für die Wasserhärte (Gesamthärte). Wasser mit einem hohen Gehalt an Erdalkali-Ionen wird als hart, Wasser mit wenig Erdalkali-Ionen als weich bezeichnet.

Wie und in welchen Verbindungen reagiert Magnesium mit Wasser?

Magnesiummetall wird bei Raumtemperatur nicht von Wasser angegriffen. Magnesium ist sowieso ein relativ reaktionsträges Element, das jedoch an der Luft anläuft.
Außerdem reagiert es mit Wasserdampf zu Magnesiumoxid oder Magnesiumhydroxid und Wasserstoffgas:

Mg(s) + 2H2O(g) → Mg(OH)2(aq) + H2(g)

Brennendes Magnesium darf nicht mit Wasser gelöscht werden. Magnesium brennt sogar, wenn kein Sauerstoff mehr vorhanden ist. Es verbindet sich dann mit Stickstoff aus der Luft und bildet Magnesiumnitrid (Mg3N2). Bei Löschversuchen mit Wasser reagiert es aggressiv mit dem freiwerdenden Wasserstoffgas. Deswegen müssen Magnesiumbrände mit Sand bedeckt werden.
Ein Beispiel für eine Magnesiumverbindung ist Magnesiumphosphid (Mg3P2), ein übelriechender grauer Feststoff. Bei Kontakt mit Wasser oder auch Luftfeuchtigkeit wird er zersetzt und es bildet sich giftiges Phosphin. Dieses ist durch das mitentstehende Diphosphin an der Luft selbstentzündlich.

Wasserlöslichkeit von Magnesium und/oder seinen Verbindungen

Magnesium ist in wässriger Lösung hauptsächlich als Mg2+(aq), jedoch auch in Form von MgOH+(aq) oder Mg(OH)2(aq) vorhanden. In Meerwasser kommt es zusätzlich als MgSO4 vor.
Die Wasserlöslichkeit von Magnesiumhydroxid beträgt 12 mg/L. Andere Magnesiumverbindungen sind wesentlich besser löslich, wie z.B. Magnesiumcarbonat mit 600 mg/L. Magnesiumsulfat, das in Wasser einen bitteren Geschmack verursacht, hat eine Wasserlöslichkeit von sogar 309 g/L bei 10oC.

Löslichkeit und wie diese beeinflusst werden kann

Wie kann Magnesium ins Wasser gelangen?

Viele Mineralien beinhalten Magnesium, wie etwa Dolomit (Calcium-Magnesium-Carbonat; CaMg(CO3)2) und Magnesit (Magnesiumcarbonat; MgCO3). Das Magnesium kann aus dem Gestein gewaschen werden und in Gewässer gespült werden.
Magnesium kann viele verschiedene Verwendungen finden und so bei z.B. auch Produktionsprozessen ins Wasser gelangen. In der chemischen Industrie wird es als Feuerschutzmittel oder als Füllstoff Plastik und anderen Materialien hinzugefügt. Als Bestandteil von Düngemitteln und Zusatz in Viehfutter gelangt es besonders leicht in die Umwelt. Magnesiumsulfat wird in Bierbrauereien genutzt und Magnesiumhydroxid als Flockungsmittel bei der Abwasserbehandlung. Außerdem wirkt Magnesium als mildes Abführmittel. Als Legierung mit anderen Metallen kann es für Karosserien von Autos und Flugzeugen verwendet werden.
Während des zweiten Weltkrieges wurde Magnesium für Brandbomben genutzt um Großbrände in Städten zu verursachen. De Entwicklung dieser Bomben führte schließlich zur Entwicklung einer Methode um Magnesium aus Meerwasser zu extrahieren.

Welche Umweltprobleme können durch Wasserverunreinigung mit Magnesium entstehen?

Magnesium ist essentiell für fast alle Lebewesen außer Insekten. Es spielt eine wichtige Rolle als Zentralatom im Chlorophyllmolekül und ist somit notwendig für die Fotosynthese der Pflanzen.
Da Magnesium nicht nur in Meerwasser, sondern auch in Flüssen und Regenwasser vorhanden ist, gelangt es von Natur aus fast überall in die Umwelt.
Es gibt drei natürlich vorkommende Magnesiumisotope, die alle stabil und damit nicht radioaktiv sind. Außerdem existieren acht instabile Isotope. Richtlinien für den Magnesiumgehalt von Trinkwasser sind nicht geläufig, da keine negativen Auswirkungen für den Menschen zu befürchten sind. Somit besteht auch für Tiere keine Gefahr.
Umweltprobleme, die indirekt durch Magnesium entstehen können, sind Folgen der Benutzung von Wasserenthärtern. Wie oben beschrieben ist Magnesium mitverantwortlich für die Wasserhärte. Calcium- und Magnesiumionen (jedoch vor allem Calciumionen -> Calcium und Wasser) beeinflussen die Waschwirkung von Waschmitteln negativ, da sie nahezu wasserunlösliche Salze mit Seifen bilden. Deswegen wird Waschmitteln bis zu 40% Wasserenthärter hinzugegeben. Früher waren dies oft Phosphate, die in so hohem Maße schwierig abgebaut werden konnten, und zu Eutrophierung von Gewässern führten. Inzwischen hat man Ersatzstoffe hierfür gefunden, wobei es sich um andere Komplexbildner (z.B. Natriumcitrat, EDTA und NTA) oder Ionenaustauscher (z.B. Zeolith A) handelt. Diese verursachen keine Eutrophierung und gelten als nicht toxisch. Nitrilotriacetat (NTA) ist jedoch eventuell mutagen und, wie auch andere der Ersatzstoffe, in der Kläranlage schwer entfernbar. Zeolith A vergrößert die anfallende Menge Klärschlamm. Außerdem haben einige der Komplexbildner, wie z.B. Ethylendiamintetraacetat (EDTA) die Nebenwirkung, dass sie Schwermetalle aus ihren normalerweise schwerlöslichen Verbindungen lösen können. Da EDTA nicht (gut) in der Kläranlage entfernt werden kann, können mobile Schwermetallionen schließlich in Gewässer gelangen. Im Gegensatz zu Calcium wird Magnesium im übrigen durch Zeolithe unter Waschbedingungen kaum gebunden.
Da der Härtegrad des Wassers in verschiedenen Regionen sehr unterschiedlich sein kann, ist die in Waschmitteln vorhandene Menge an Wasserenthärtern für Regionen mit relativ weichem Wasser eigentlich überflüssig. In Regionen mit hartem Wasser hingegen, wird Waschmittel eventuell hoch dosiert um viel Wasserenthärter zum Waschvorgang zuzugeben. In diesem Fall werden andere Waschsubstanzen überflüssig hoch dosiert und belasten das Abwasser. Eine mögliche Lösung für dieses Problem sind Baukastensysteme, bei denen die verschiedenen Inhaltstoffe je nach Wasserqualität dosiert werden können.

Welche Gesundheitseffekte kann Magnesium im Wasser verursachen?

Magnesium ist in einer Menge von circa 25 g im menschlichen Körper enthalten, 60 % davon im Skelett und 40 % in Muskeln und anderem Gewebe.
Es ist ein für den Menschen essentieller Stoff, der für Membranfunktionen, Reizübertragung, Muskelkontraktionen, den Aufbau von Proteinen und die Replikation von DNA mitverantwortlich ist. So ist Magnesium etwa Bestandteil von zahlreichen Enzymen. Magnesium und Calcium haben im menschlichen Körper oft die gleichen Funktionen, oft treten sie jedoch auch als Antagonisten auf.
Fälle von Magnesiumvergiftung sind nicht bekannt. Bei sehr hoher oraler Einnahme kommt es zu Erbrechen und Durchfall. Überdosierung von Magnesium in Form von Medikamenten und Nahrungsergänzungsmitteln kann jedoch Muskelschwäche, Trägheit und Verwirrtheit verursachen. Der Mensch braucht täglich etwa 200-300 mg Magnesium, was bei einer normalen Ernährung mühelos erreicht werden kann, da das Element in vielen Lebensmitteln enthalten ist. Gemüse kann jedoch im Kochwasser die Hälfte seines Magnesiums verlieren. Zu wenig Magnesium kann wiederum Trägheit, Muskelschwäche, erhöhte neuromusculare Reizbarkeit aber auch Depressionen, Persönlichkeitsveränderungen oder ein chronisches Müdigkeitssyndrom verursachen.
Wie bereits erwähnt ist es nicht mehr üblich Grenzwerte für Magnesium im Trinkwasser anzugeben, da keine wissenschaftlichen Erkenntnisse für eine Gesundheitsgefährdung vorliegen.
In anderen Verbindungen, z.B. als Bestandteil von Asbest, kann Magnesium wiederum schon gefährlich sein.

Welche Wasserreinigungstechnologien können genutzt werden um Magnesium zu entfernen?

Magnesiumverbindungen werden oft aus dem Wasser entfernt, da sie mitverantwortlich für einen eventuell zu hohen Härtegrad des Wassers sind. Dies geschieht dann vor allem mit Hilfe von Wasserenthärtern.
Magnesium selbst kann in Form von Magnesiumhydroxid als Flockungsmittel bei der Abwasserbehandlung Verwendung finden.

Quellenangaben

Zum Periodensystem der Elemente

Zur Übersicht der Elemente und Wasser

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