Magnesiumsulfat

Magnesiumsulfat ist eine chemische Verbindung , ein Salz mit der Formel MgSO₄ _, bestehend aus Magnesiumkationen Mg²⁺ ⁽ 20,19 Masseprozent ) und Sulfatanionen SO₄²⁻ .2−4Es handelt sich um einen weißen, kristallinen Feststoff , der in Wasser löslich ist .

Magnesiumsulfat kommt üblicherweise in Form eines Hydrats MgSO₄ · n H₂O _vor , wobei n verschiedene Werte zwischen 1 und 11 annimmt _. Am häufigsten ist das Heptahydrat MgSO₄ · 7H₂O _[ ² ] ^, bekannt als Bittersalz , das als Haushaltschemikalie mit vielen traditionellen Anwendungen, unter anderem als Badesalz _, verwendet ^wird . ^{[ 3 ]}

Magnesiumsulfat wird hauptsächlich in der Landwirtschaft zur Anreicherung magnesiumarmer Böden eingesetzt (Magnesium ist ein essenzieller Pflanzennährstoff, da es eine wichtige Rolle im Chlorophyll und bei der Photosynthese spielt). Für diesen Zweck wird bevorzugt das Monohydrat verwendet; Mitte der 1970er Jahre betrug die Produktion 2,3 Millionen Tonnen pro Jahr und wird bis 2024 voraussichtlich auf etwa 2,6 Millionen Tonnen ansteigen. ^{[ 4 ] [ 5 ]} Die wasserfreie Form und verschiedene Hydrate kommen in der Natur als Mineralien vor , und das Salz ist ein bedeutender Bestandteil des Wassers mancher Quellen .

Als Mg ²⁺ und SO2−4Magnesiumsulfate sind nach Na⁺ und Cl⁻ die zweithäufigsten Kationen bzw. Anionen im Meerwasser und kommen ^häufig in geologischen Umgebungen vor. Ihr Vorkommen ist hauptsächlich auf supergene Prozesse zurückzuführen. Einige von ihnen sind auch wichtige Bestandteile von ^{evaporitischen} Kalium - Magnesium-Salz-Lagerstätten (K-Mg-Salz-Lagerstätten).

Die von der Raumsonde Dawn im Occator-Krater auf dem Zwergplaneten Ceres beobachteten hellen Flecken stimmen am ehesten mit dem reflektierten Licht von Magnesiumsulfat-Hexahydrat überein. ^{[ 6 ]}

Fast alle bekannten mineralogischen Formen von MgSO₄ sind Hydrate. _Epsomit ist das natürliche Analogon von „Bittersalz“. Meridianiit ( MgSO₄ · 11H₂O ₎ wurde auf der Oberfläche gefrorener Seen beobachtet und kommt vermutlich auch auf dem Mars vor. _Hexahydrit ist das nächstniedrigere Hydrat. Drei weitere Hydrate – Pentahydrit , Starkeyit und insbesondere Sanderit – sind selten. Kieserit ist ein Monohydrat und kommt häufig in Evaporitablagerungen vor.

_{Magnesiumsulfat wird üblicherweise} direkt aus ausgetrockneten Seeböden und anderen natürlichen Quellen gewonnen. Es kann auch durch Reaktion von _Magnesit ( Magnesiumcarbonat , MgCO₃ ) oder Magnesia ( Magnesiumoxid , MgO ) mit Schwefelsäure ( H₂SO₄ ₎ hergestellt werden :

H₂SO₄ + _MgCO₃ → _MgSO₄ + _H₂O + _CO₂​​_​

Eine weitere mögliche Methode ist die Behandlung von Meerwasser oder magnesiumhaltigen Industrieabfällen, um Magnesiumhydroxid auszufällen und den Niederschlag mit Schwefelsäure reagieren zu lassen .

Außerdem kann Magnesiumsulfat-Heptahydrat ( _Epsomit , MgSO₄ · _7H₂O ) durch Auflösen von Magnesiumsulfat-Monohydrat ( _Kieserit , MgSO₄ · _H₂O ) in Wasser und anschließende Kristallisation des Heptahydrats hergestellt werden.

Die Relaxation von Magnesiumsulfat ist der Hauptmechanismus, der die Absorption von Schall in Meerwasser bei Frequenzen oberhalb des Maximums verursacht.10 kHz ^{[ 7 ]} ( Schallenergie wird in Wärmeenergie umgewandelt ). Niedrigere Frequenzen werden vom Salz weniger absorbiert, sodass sich niederfrequenter Schall im Ozean weiter ausbreitet. Borsäure und Magnesiumcarbonat tragen ebenfalls zur Absorption bei. ^{[ 8 ]}

Magnesiumsulfat wird sowohl äußerlich (als Bittersalz) als auch innerlich angewendet.

Die äußerliche Anwendung erfolgt hauptsächlich als Badesalz , insbesondere für Fußbäder zur Linderung von Fußschmerzen. Solche Bäder sollen auch Muskelverspannungen, Muskelkater oder Verletzungen lindern und die Genesung beschleunigen. ^{[ 9 ]} Zu den vermuteten gesundheitlichen Wirkungen von Magnesiumsulfat zählen die Verbesserung therapieresistenter Depressionen ^{[ 10 ]} sowie die schmerzlindernde Wirkung bei Migräne und chronischen Schmerzen . ^{[ 11 ]}

Magnesiumsulfat ist üblicherweise der Hauptbestandteil der konzentrierten Salzlösung, die in Isoliertanks verwendet wird , um deren spezifisches Gewicht auf etwa zu erhöhen.1,25–1,26 . Diese hohe Dichte ermöglicht es einem Individuum, mühelos an der Wasseroberfläche des geschlossenen Beckens zu schweben, wodurch die Stimulation möglichst vieler äußerer Sinne vermieden wird. ^{[ 12 ]}

In Großbritannien wird ein Medikament, das Magnesiumsulfat und Phenol enthält und als „Zugpaste“ bezeichnet wird, bei kleinen Furunkeln oder lokalisierten Infektionen ^{[ 13 ]} sowie zum Entfernen von Splittern eingesetzt. ^{[ 14 ]}

Magnesiumsulfat kann innerlich oral, inhalativ oder intravenös verabreicht werden . Zu den innerlichen Anwendungsgebieten zählen die Substitutionstherapie bei Magnesiummangel [ ^{15 , 16 ] ,} die Behandlung akuter und schwerer Herzrhythmusstörungen ^{[16], die Anwendung als Bronchodilatator bei Asthma [ 17 ]} , die Prävention von Eklampsie ^{[ 18 ]} und Zerebralparese [ ^{19 , 20} ] , die ^{tokolytische Wirkung [ 21 ]} sowie die antikonvulsive ^{Wirkung [ 21]} . Die ^{Wirksamkeit und Sicherheit} von Magnesiumsulfat zur Behandlung ^akuter Bronchiolitis bei Kindern unter 2 Jahren ist nicht ausreichend belegt ^{[ 22 ] .}

Es kann auch als Abführmittel verwendet werden . ^{[ 23 ]}

In der Landwirtschaft wird Magnesiumsulfat zur Anreicherung von Böden mit Magnesium oder Schwefel eingesetzt. Es wird am häufigsten bei Topfpflanzen oder magnesiumbedürftigen Kulturen wie Kartoffeln, Tomaten, Karotten, Paprika, Zitronen und Rosen angewendet. Der Vorteil von Magnesiumsulfat gegenüber anderen magnesiumhaltigen Bodenverbesserungsmitteln (wie Dolomitkalk ) liegt in seiner hohen Löslichkeit, die auch die Blattdüngung ermöglicht . Magnesiumsulfatlösungen sind zudem nahezu pH-neutral, im Gegensatz zu den leicht alkalischen Magnesiumsalzen in Kalkstein . Daher verändert die Verwendung von Magnesiumsulfat als Magnesiumquelle den pH-Wert des Bodens nicht wesentlich . ^{[ 21 ]} Entgegen der weit verbreiteten Annahme, Magnesiumsulfat bekämpfe Schädlinge und Schnecken, fördere die Keimung, stärke die Blütenbildung, verbessere die Nährstoffaufnahme und sei umweltfreundlich, erfüllt es keines dieser Versprechen außer der Behebung von Magnesiummangel im Boden. Bei übermäßiger Anwendung kann Magnesiumsulfat sogar Gewässer verschmutzen. ^{[ 24 ]}

Magnesiumsulfat wurde vor der Entwicklung der Chelattherapie zur Behandlung von Bleivergiftungen eingesetzt , da man hoffte, dass aufgenommenes Blei durch das Magnesiumsulfat ausgefällt und anschließend aus dem Verdauungssystem ausgeschieden würde . ^{[ 25 ]} Diese Anwendung war insbesondere unter Tierärzten im frühen bis mittleren 20. Jahrhundert weit verbreitet; Bittersalz war bereits auf vielen Bauernhöfen für die Landwirtschaft verfügbar und wurde häufig zur Behandlung von Nutztieren verschrieben, die versehentlich Blei aufgenommen hatten. ^{[ 26 ] [ 27 ]}

Magnesiumsulfat wird verwendet als:

• Brausalz bei der Bierherstellung ^{[ 28 ]}
• Gerinnungsmittel zur Herstellung von Tofu ^{[ 29 ]}
• Ein Lebensmittelzusatzstoff zur Geschmacksverbesserung von abgefülltem Wasser. ^{[ 30 ] [ 31 ]}

Wasserfreies Magnesiumsulfat wird aufgrund seiner Affinität zu Wasser und seiner Kompatibilität mit den meisten organischen Verbindungen häufig als Trockenmittel in der organischen Synthese eingesetzt. ^{[ 32 ]} Bei der Aufarbeitung wird die organische Phase mit wasserfreiem Magnesiumsulfat versetzt. Der hydratisierte Feststoff wird anschließend durch Filtration , Dekantieren oder Destillation (sofern der Siedepunkt niedrig genug ist) abgetrennt. Andere anorganische Sulfatsalze wie Natriumsulfat und Calciumsulfat können auf die gleiche Weise verwendet werden. Eine Studie ergab, dass Magnesiumsulfat Natriumsulfat überlegen ist. ^{[ 33 ]}

Eine vielzitierte Analyse von Trockenmitteln zeigte, dass Magnesiumsulfat ein langsames Trockenmittel ist, das mehrere Stunden benötigt. Dieselbe Studie zeigte, dass es kein besonders gutes Trockenmittel ist, wenn wirklich wasserfreie Lösungen angestrebt werden. ^{[ 34 ]}

Magnesiumsulfat kann in Form verschiedener Hydrate kristallisieren , darunter:

• Wasserfreies MgSO₄ ; in _der Natur instabil, hydratisiert zu Epsomit . ^{[ 35 ]}
• ^Monohydrat , MgSO₄ · _H₂O ; Kieserit , monoklin . ^{[ 36} ]_​
• ^Monohydrat , MgSO₄ · _H₂O ; triklin . ^{[ 37} ]_​
• MgSO₄ · _1,25H₂O oder 4MgSO₄ _· 5H₂O . ^[ ₃₈ ]_​​^​​
• Dihydrat, MgSO ₄ ·2H ₂ O ; orthorhombisch .
• MgSO₄ · _2,5H₂O oder 2MgSO₄ · 5H₂O . ^[ ₃₈ ]_​​^​​
• Trihydrat, MgSO ₄ ·3H ₂ O . ^{[ 38 ]}
• ^Tetrahydrat , MgSO₄ · _4H₂O ; Starkeyit , monoklin . ^{[ 39} ]_​
• Pentahydrat, MgSO ₄ ·5H ₂ O ; Pentahydrit , triklin . ^{[ 36 ]}
• Hexahydrat, MgSO ₄ ·6H ₂ O ; Hexahydrit, monoklin.
• Heptahydrat, MgSO ₄ ·7H ₂ O („Bittersalz“); Epsomit , orthorhombisch. ^{[ 36 ]}
• Enneahydrat, MgSO ₄ ·9H ₂ O , monoklin. ^{[ 40 ]}
• Decahydrat, MgSO ₄ ·10H ₂ O . ^{[ 39 ]}
• _Undecahydrat , MgSO₄ · 11H₂O _; Meridianiit , triklin . ^{[ 39 ]}

Bislang (Stand 2017) konnte die Existenz des Dekahydrats offenbar nicht bestätigt werden. ^{[ 40 ]}

Alle Hydrate verlieren beim Erhitzen Wasser. Oberhalb von 320 °C (608 °F) ist nur die wasserfreie Form stabil. Sie zersetzt sich bei 1124 °C (2055 °F) ohne zu schmelzen in Magnesiumoxid (MgO) und Schwefeltrioxid ( SO₃ ₎ .

Das Heptahydrat hat seinen gebräuchlichen Namen „Epsom-Salz“ von einer bitteren Salzquelle in Epsom in Surrey , England, wo das Salz aus den Quellen gewonnen wurde, die dort entspringen, wo die poröse Kreide der North Downs auf den undurchlässigen Londoner Ton trifft .

Das Heptahydrat verliert leicht ein Äquivalent Wasser und bildet dabei das Hexahydrat.

Es ist eine natürliche Quelle für Magnesium und Schwefel . Bittersalz wird häufig in Badesalzen , Peelings , Muskelrelaxantien und Schmerzmitteln verwendet.

Magnesiumsulfat-Monohydrat, auch Kieserit genannt, kann durch Erhitzen des Heptahydrats auf 120 °C (248 °F) hergestellt werden. ^{[ 41 ]} Durch weiteres Erhitzen auf 250 °C (482 °F) erhält man wasserfreies Magnesiumsulfat. ^{[ 41 ]} Kieserit weist bei Drücken unter 2,7 Gigapascal (27.000 atm) monokline Symmetrie auf und wandelt sich darüber hinaus in eine trikline Phase um. ^{[ 37 ]}

Das Undecahydrat MgSO₄ · 11H₂O _, Meridianiit , ist bei Atmosphärendruck nur unterhalb _von 2 °C stabil. Oberhalb dieser Temperatur verflüssigt es sich zu einem Gemisch aus festem Heptahydrat und einer gesättigten Lösung . Es hat einen eutektischen Punkt mit Wasser bei −3,9 °C und 17,3 Masseprozent MgSO₄ . ^{[ 38 ]} Große Kristalle können aus Lösungen geeigneter Konzentration gewonnen werden, die einige Tage bei 0 °C gelagert werden _. ^{[ 38 ]}

Bei Drücken von etwa 0,9 Gigapascal (8.900 atm) und bei 240 K (−33 °C; −28 °F) zersetzt sich Meridianiit in ein Gemisch aus Eis VI und dem Enneahydrat MgSO ₄ ·9H ₂ O . ^{[ 40 ]}

Das Enneahydrat MgSO ₄ ·9H ₂ O wird hergestellt (durch Abkühlen einer Lösung von MgSO ₄ und Natriumsulfat ( Na ₂ SO ₄ ) in geeigneten Verhältnissen).

Die Struktur ist monoklin, mit folgenden Gitterparametern bei 250 K (−23 °C; −10 °F): a =0,675 nm , b =1,195 nm , c =1,465 nm , β =95,1° , V =1,177 nm ³ mit Z = 4. Die wahrscheinlichste Raumgruppe ist P21/c. Magnesiumselenat bildet auch ein Enneahydrat MgSeO ₄ · 9H ₂ O , jedoch mit einer anderen Kristallstruktur. ^{[ 40 ]}

Magnesiumsulfat wird zur Herstellung spezieller Zemente durch die Reaktion von Magnesiumoxid mit einer Magnesiumsulfatlösung verwendet. ^{[ 42 ]} Dieser Zement wird hauptsächlich zur Herstellung von leichten Dämmplatten eingesetzt, seine Verwendung ist jedoch aufgrund seiner geringen Wasserbeständigkeit eingeschränkt.

Magnesiumsulfat (oder Natriumsulfat) wird auch zur Prüfung von Gesteinskörnungen auf Beständigkeit gemäß ASTM C88 verwendet, wenn keine Gebrauchsdaten über das Material unter tatsächlichen Witterungsbedingungen vorliegen . Die Prüfung erfolgt durch wiederholtes Eintauchen in gesättigte Lösungen, gefolgt von Trocknung im Ofen, um das in den Poren ausgefällte Salz zu entwässern . Die innere Ausdehnungskraft, die durch die Rehydratisierung des Salzes beim erneuten Eintauchen entsteht, simuliert die Ausdehnung von Wasser beim Gefrieren.

Magnesiumsulfat wird auch zur Prüfung der Beständigkeit von Beton gegenüber externem Sulfatangriff (ESA) verwendet. ^{[ 43 ]}

Magnesiumsulfat-Heptahydrat wird auch zur Aufrechterhaltung der Magnesiumkonzentration in Meerwasseraquarien mit einem hohen Anteil an Steinkorallen eingesetzt , da Magnesium im Zuge deren Kalzifizierung langsam verbraucht wird . In einem magnesiumarmen Meerwasseraquarium sind die Kalzium- und Alkalinitätskonzentrationen schwer zu kontrollieren, da nicht genügend Magnesium vorhanden ist, um diese Ionen im Salzwasser zu stabilisieren und ihre spontane Ausfällung zu Kalziumkarbonat zu verhindern . ^{[ 44 ]}

Es existieren Doppelsalze, die Magnesiumsulfat enthalten. Mehrere davon sind als Natrium-Magnesiumsulfate und Kalium-Magnesiumsulfate bekannt . Ein gemischtes Kupfer -Magnesiumsulfat-Heptahydrat (Mg,Cu)SO₄ _· 7H₂O _wurde in Bergwerksabfällen gefunden und erhielt den Mineralnamen Alpersit . ^{[ 45 ]}

• Magnesiumchlorid

• International Chemical Safety Cards—Magnesium Sulfate
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