【元素家族——連載80】曾經的「最輕的有用金屬」：鎂

雖然鎂的活性如此之強，它本身作為金屬還可以為我們所用，它是第三常用的結構金屬，僅次於鐵和鋁，BBC拍的一檔節目《元素周期表》（The Periodic Table of

之所以如此，乃是因為鎂很堅硬，而且又很輕，相對密度只有1.74，比鋁還輕得多，銅鐵就更不用提了。它不像鈹的毒性那麼大，跟鋰、鈉這些活潑的鹼金屬也不同，表面會形成一層氧化膜，但沒有鋁的氧化膜緻密。要想讓鎂條燃燒，也不是那麼容易的事呢，必須先用砂紙打磨掉它表面的氧化膜。總之，鎂看起來還像是個傳統金屬，能用！而且輕便！

【用來做摩托車發動機的鎂合金。】

鎂的好處迅速被德國人發現，他們創造了一種含有90%鎂和9%鋁的鎂合金，特別輕便而又堅硬！他們給這種鎂合金取了一個商標「Elektron」，一直沿用到現在。第一次世界大戰中，這種合金被德國空軍在飛艇上使用，到了第二次世界大戰，英德兩國都使用這種合金降低飛機的重量。

可惜的是，鎂的燃點和汽油的燃點非常接近，所以只能在少數關鍵部位使用，否則飛機很容易變成火鳳凰。

【這家公司最早由英國皇家石油公司和德國的法本化工公司合資創立，經過多次併購，現在已經是一家英國公司，致力於鎂合金的開發。】

這種合金還被用於賽車以降低自重。1955年梅賽德斯賓士製造出了一輛「300SLR」，車體用「Elektron」鎂合金製成。這輛賽車沒有令人失望，1955年在一千英里傳奇大賽上奪冠，平均時速達到了158km/h。之後300SLR又在其他賽事中多次獲勝，直至1955年勒芒24小時耐力賽——那場汽車運動史上最嚴重的悲劇。

1955年6月11日，法國，勒芒。當一年中最偉大的賽車運動——勒芒24小時耐力賽在陽光明媚中起跑的時候，25萬觀眾都不知道災難即將發生。勒維駕駛的梅賽德斯300SLR以125英里每小時的速度撞牆並爆炸，在短短的幾秒鐘里死亡充滿了整個看台，勒維當場身亡，還有83名觀眾死亡。這次重大事故被稱為:「賽車史上最黑暗的時刻」，導致賓士徹底退出勒芒賽車運動生涯達30年之久。

【Mercedes-Benz 300 SLR，承載了榮譽，也經歷過災難。】

無獨有偶，日本人在鎂合金賽車上走的更遠，本田公司設計的Honda RA302從底盤到車體都由鎂合金製成，準備用它參加1968年F1賽季第六站的法國大獎賽。本田車隊的一號車手瑟蒂斯拒絕使用這輛新車，因為風險太大，他稱這輛車為「潛在的惡魔禁地」。所以本田車隊被迫聘請勇敢的「車壇鬥士」施萊賽爾駕駛RA302參賽。

災難果然發生了，僅僅第二圈，在下坡道的時候，車輛失控了，翻滾了起來，撞向了路邊，施萊賽爾命喪火海。

本田車隊也從此退出F1，一直到2005年，他們收購了英美車隊，才重新回到F1賽道。

【1968年的又一起悲劇。】

這些嚴重的事故沒有擋住工程師前進的步伐，他們希望通過繼續研究把這些失敗變為成功的媽媽。他們的開發方向是讓鎂合金耐高溫，低蠕變，以及抗腐蝕等等，方法是摻入一些鈣或者稀土金屬。

到了現在，保時捷、雪佛蘭、大眾、三菱等著名車商都在他們的車裡使用鎂合金，寶馬更是在他們著名的N52發動機中使用新型的鎂合金，該發動機在常見的Z4，X3，X5裡面都能見到。

【寶馬N52發動機，你敢開嗎？】

用鎂合金做成的車輪轂可以很輕，一般鋁合金的輪轂約為44公斤（四個一套），而鎂合金輪轂可以做到22公斤，只有鋁合金的一半。

【保時捷卡雷拉上的鎂輪轂，你是不是想擁有一輛？】

在我們身邊，鎂的輕便更多的體現在電子消費品中，比如手機、便攜電腦、平板電腦等，它們的框架原本都使用鋁合金，如果要更加輕便，鎂合金和碳纖維是兩種選擇，相對而言，鎂合金更加便宜，導熱性能更好。

【你的電腦是鎂合金的嗎？】

說到現在，你可能覺得鎂不過是一種冷冰冰的金屬吧，跟溫暖的生命沒啥關係吧？

當然不是！

在氧的篇章里，我們提到恩格爾曼發現葉綠體是光合作用的場所，葉綠體中主要有四種色素：兩種葉綠素和兩種類胡蘿蔔素，其中葉綠素最多，所以大多數樹葉都體現出綠色。葉綠素分子也不是什麼太複雜的結構，它由兩部分組成：一部分是一個很長的脂肪烴側鏈，另一端的核心部分是一個卟啉環，這個卟啉環的中央是一個鎂原子。

原來，捕捉太陽能量的核心部件竟然是鎂元素。

【葉綠素a的結構，綠色的是卟啉環中央的鎂原子。】

最早發現鎂元素是葉綠素核心的是德國生物學家韋爾斯泰特，這是第一次發現鎂元素在生物體內發揮重要作用。韋爾斯泰特還總結出了葉綠素的經驗公式，他因為對葉綠素的研究獲得了1915年諾貝爾化學獎。

【1915年諾貝爾化學獎得主：韋爾斯泰特。】

科學家繼續研究發現，鎂元素在生物體內發揮的作用遠不止於此。

話說美國生物學家麥科勒姆被譽為「維生素先生」，因為他發現了維生素A、B、D，他還建立了第一個龐大的「老鼠殖民地」，用於營養學研究，這讓他飽受爭議。

20世紀30年代初，他用老鼠和狗做實驗，系統地觀察了鎂缺乏的反應。1934年他首次發表了人體發生鎂缺乏的臨床報道，證實了鎂是人體的必需元素。

他對紐約時報的記者說到：「我們已經證實鎂元素在人類食譜中非常重要，但只需要微小的數量，如果服用過多的鎂元素會導致四肢乏力。我想說的是，離開了鎂元素你不會有好的心情，但也沒有證據表明你多吃一點會讓你心情更好。」

【「維生素先生」麥科勒姆還在大學的小鮮肉期間。】

原來，鎂離子是生物機體中含量較多的一種正離子，其量在整體中僅次於鈣、鈉、鉀而居第四位；鎂離子在細胞內的含量則僅次於鉀離子而居第二位。

鎂離子在生物體內的最重要之處在於它與ATP中磷酸的親和性，而這正是每個細胞中的核酸化學反應的基礎。大約有300種酶需要鎂離子作為催化劑，這其中包括合成ATP和ATP釋放能量的酶，還有核苷酸合成DNA和RNA的酶。把細胞放在顯微鏡下，找到了鎂離子螯合物，基本上也就找到了ATP。

【鎂離子被ATP中磷酸的氧原子的孤對電子螯合了。】

所以，鎂元素對人體很重要，人的骨骼、心臟、肌肉、腸胃、神經系統都需要鎂元素。如果缺乏鎂元素，容易引起情緒不安、易激動、手足抽搐、反射亢進等癥狀。

【鎂元素對人體的作用。】

一般來說我們不用過度重視去補充鎂，植物體成熟以後，鎂元素會富積在它們的種子里。所以，只要多吃一點植物的種子，比如穀物、豆類、瓜子和堅果，就可以了。另外，青葉蔬菜、香蕉中的鎂也比較多。

【補充鎂元素的食譜。】

文末，推薦一下我的公眾號：理性邊界。《元素家族》系列文章已經寫到鉑系元素，歷經200多篇，在公眾號里全系列連載。但知乎上均為審閱版本，公眾號里為原始版本，希望大家多多指點。

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