Magnezyum Oksit

Magnezyum oksit (MgO), inorganik bir bileşiktir ve magnezyumun oksit tuzudur; 40.30 g/mol moleküler ağırlığa sahip, beyaz, higroskopik, kokusuz bir toz olarak görünür. Doğal olarak periklas minerali şeklinde bulunur ve 2852 °C erime noktası ile 3600 °C kaynama noktasına sahip olmasıyla karakterize edilir; bu özellikler onu en refrakter oksitlerden biri yapar. Suda az çözünür (86 °F’de yaklaşık %0,009), asitlerle reaksiyona girerek magnezyum tuzları oluşturur ve etanolde çözünmez, ancak seyreltik hidroklorik asit içinde çözünür.^[1]^[2]^[3]

Endüstriyel olarak magnezyum oksit, birincil olarak magnezyum karbonatın (manyezit) veya genellikle deniz suyundan ya da tuzlu sudan elde edilen magnezyum hidroksitin termal bozunması (kalsinasyon) ile üretilir. Bu işlem, farklı yoğunluklara (tipik olarak 3,3–3,6 g/cm³) ve reaktivitelere sahip hafif (kostik), ölü yakılmış (sinterlenmiş) veya ergitilmiş formlar gibi farklı kaliteler verir. Kaya tuzu kristal yapısı, 3,58 g/cm³ yoğunluk ve oda sıcaklığında düşük elektriksel iletkenlik ile mekanik mukavemetine ve elektriksel yalıtım özelliklerine katkıda bulunur. Bu nitelikler, ısıya, korozyona ve aşınmaya karşı direnç gerektiren uygulamalar için onu uygun hale getirir.^[4]^[2]^[1]

Magnezyum oksit, 2000 °C’yi aşan sıcaklıklara dayanabilme kabiliyeti nedeniyle fırın astarları, potalar ve tuğlalar gibi refrakterlerde yaygın kullanım alanı bulur. Tıpta, mide asidini nötralize ederek ve su varlığında magnezyum hidroksit oluşturarak antasit ve laksatif görevi görürken, aynı zamanda bir magnezyum takviyesi olarak da hizmet eder. Ek uygulamalar arasında gübreler, çimento üretimi (örneğin, magnezyum oksiklorür çimentosu), elektrik izolatörleri ve farmasötikler ile gıda katkı maddelerinde stabilizatör olarak kullanım yer alır. Güvenlik açısından genellikle toksik değildir, ancak ince parçacıkların solunması durumunda tahrişe neden olabilir; OSHA izin verilen maruz kalma sınırı 15 mg/m³’tür.^[5]^[1]^[6]

Kimyasal ve Fiziksel Özellikler

Yapı

Magnezyum oksit, MgO kimyasal formülüne sahiptir ve iyonik bağ karakteristiği gösteren elektrostatik etkileşimlerle bağlanmış Mg²⁺ katyonları ve O²⁻ anyonlarından oluşan ikili bir iyonik bileşik olarak bulunur.^[7]

Ortam koşullarında MgO, kaya tuzu (NaCl) ile izoyapısal olan ve Fm3m (No. 225) uzay grubu ile yüzey merkezli kübik kafes yapısını benimseyen periklas yapısında kristalleşir. Bu düzenlemede, Mg²⁺ ve O²⁻ iyonlarının her biri oktahedral bölgeleri işgal eder, bu da her iki iyon için 6’lık bir koordinasyon sayısı ile sonuçlanır ve iyonik kuvvetlerle stabilize edilmiş üç boyutlu bir ağ oluşturur. Örgü sabiti 0,421 nm’dir (4,21 Å).^[8]^[9]

MgO, aşırı koşullar altında çeşitli polimorfik formlar sergiler. Kübik B1 (kaya tuzu) fazı, standart sıcaklık ve basınçta termodinamik olarak kararlıdır, ancak sıkıştırma, koordinasyon sayısının 8’e yükseldiği yaklaşık 410 GPa’da kübik B2 (CsCl tipi) fazına geçişi tetikler. Teorik hesaplamalar, çinkoblend (B3) ve B81 yapıları dahil olmak üzere ek yüksek basınç polimorflarını öngörmektedir, ancak deneysel gerçekleştirme terapascal basınçlara kadar B1-B2 dizisiyle sınırlı kalmaktadır; kusurlu MgO için vüstite (FeO) benzer altıgen fazlar hipotez edilmiştir ancak stokiyometrik malzemede doğrulanmamıştır. Yüksek sıcaklık fazları öncelikle teoriktir ve B1 yapısı, iyonik sağlamlığı nedeniyle 3000°C’yi aşan erime noktalarına kadar varlığını sürdürür.

Kaya tuzu yapısı, deneysel ölçümlerle tutarlı olan 3,58 g/cm³’lük teorik bir yoğunluk ve atom ağırlıklarından hesaplanan 40,304 g/mol molar kütle verir. Tamamen iyonik model, iyonlar üzerindeki lokalize yükleri gösteren elektron yoğunluğu dağılımları ile desteklendiği üzere, 2:2 yük dengesinden ve ihmal edilebilir kovalent katkıdan yüksek örgü enerjisi öngörerek MgO’nun bağlanmasını etkili bir şekilde tanımlar.^[9]^[7]^[10]

Fiziksel Özellikler

Magnezyum oksit, beyaz, higroskopik bir toz veya renksiz kristaller olarak görünür, kokusuz ve tatsızdır.^[7] Higroskopik doğası, havadaki nemi emmesine ve zamanla magnezyum hidroksit oluşturmasına neden olur.^[11]

Bileşik, kaya tuzu yapısındaki güçlü iyonik örgü enerjisine atfedilebilen 2.852 °C’lik erime noktası ve 3.600 °C’lik kaynama noktası ile olağanüstü termal kararlılık sergiler.^[7]^[12] Magnezyum oksit 3,58 g/cm³ yoğunluğa sahiptir.^[7] Termal iletkenliği 30 ila 60 W/(m·K) arasında değişirken, özgül ısı kapasitesi 0,937 J/(g·K)’dir.^[5]^[7] Termal genleşme katsayısı 13,4 × 10⁻⁶ /K’dir.^[13]

Mekanik olarak magnezyum oksit, Mohs ölçeğinde 5,5–6,5 ve Vickers ölçeğinde yaklaşık 500–600 HV derecelendirmesiyle orta düzeyde sertlik gösterir.^[7]^[14] Young modülü yaklaşık 300 GPa olup, iyonik bağının rijitliğini yansıtır.^[15]

Magnezyum oksit suda çözünmez, 20 °C’de çözünürlüğü 0,0086 g/100 mL’dir, ancak sulu bir süspansiyon, hafif hidroliz nedeniyle yaklaşık 10,5 pH gösterir.^[7]^[11]

Kimyasal Özellikler

Magnezyum oksit, oksit iyonlarının asitlerden proton kabul ederek su oluşturduğu iyonik bağ yapısı nedeniyle bazik oksit özellikleri sergiler. Asitlerle kolayca reaksiyona girerek magnezyum tuzları ve su üretir; örneğin, hidroklorik asit ile reaksiyonu şu şekilde ilerler:

$$MgO + 2HCl \rightarrow MgCl_2 + H_2O$$

Bu davranış, asit-baz kimyasında basit bir metal oksit olarak rolünü vurgular.^[16]^[17]

Ek olarak, magnezyum oksit su ile yavaşça reaksiyona girerek zayıf bazik bir bileşik olan magnezyum hidroksit verir:

$$MgO + H_2O \rightarrow Mg(OH)_2$$

Reaksiyon, ürünün düşük çözünürlüğü ile sınırlıdır ve ortam koşullarında yalnızca kısmi dönüşümle sonuçlanır. Magnezyum oksit, refrakter özellikleri sayesinde havada yüksek sıcaklıklara kadar termal kararlılık gösterir, ancak magnezyum karbonat oluşturmak için karbon dioksit ile reaksiyona girebilir:

$$MgO + CO_2 \rightarrow MgCO_3$$

Bu karbonasyon işlemi, nem varlığında veya yüksek sıcaklıklarda daha kolay gerçekleşir.^[17]^[18]

Çoğu ortamda, oksidasyona veya redüksiyona direnç göstererek redoks açısından inert kalır.^[5]

Elektriksel ve Optik Özellikler

Magnezyum oksit, 7,8 eV’lik geniş bir bant aralığı sergiler, bu da onu oda sıcaklığında 10¹⁴ Ω·cm’yi aşan bir özdirençle mükemmel bir elektriksel yalıtkan yapar.^[19] Bu yalıtkan davranış, elektronik iletim yollarını en aza indiren kaya tuzu kristal yapısından kaynaklanır. Malzemenin dielektrik sabiti 25°C ve 1 MHz’de yaklaşık 9,8’dir ve aynı koşullar altında 10⁻⁴’ten daha düşük bir dielektrik kayıp tanjantı ile eşleşir; bu da onu minimum enerji dağılımının gerekli olduğu kapasitör uygulamaları için uygun hale getirir.^[20] Ayrıca magnezyum oksit, optimize edilmiş formlarda tipik olarak 80 kV/mm civarında yüksek bir bozulma mukavemeti gösterir ve bu da yüksek voltajlı dielektrik bileşenlerde kullanılmasını sağlar.^[21]

Yüksek sıcaklıklarda, magnezyum oksidin elektriksel iletkenliği, öncelikle magnezyum katyon boşluklarını içeren gelişmiş iyonik hareket nedeniyle artar.^[22] İyonik iletim en az 1000°C’ye kadar hakimdir ve daha yüksek sıcaklıklarda ortaya çıkan bir elektronik bileşen iletkenliği daha da artırır.^[22] Bu sıcaklık bağımlılığı, malzemeyi neredeyse mükemmel bir yalıtkandan ölçülebilir iyonik taşınıma sahip bir malzemeye dönüştüren termal olarak aktive edilen kusur göçünden kaynaklanır.

Optik olarak magnezyum oksit, ultraviyoleden (bant aralığına karşılık gelen 200 nm’nin altında bir absorpsiyon sınırı ile) orta kızılötesine kadar geniş bir spektrumda şeffaftır.^[19] Görünür aralıktaki kırılma indisi 1,72’dir ve optik cihazlarda düşük yansıma kayıplarına katkıda bulunur.^[23] Malzeme ayrıca, oksijen boşluklarına ve yüzey durumlarına atfedilen 2,7-3,0 eV civarındaki mavi lüminesans gibi UV-görünür aralıkta kusurla ilişkili emisyonlar içeren fotolüminesans özellikleri de sergiler.^[24] Bu emisyonlar, artan kusur yoğunlukları nedeniyle nanoyapılı formlarda özellikle belirgindir.^[25]

İlgili Bileşikler

Magnezyum Oksidin Formları

Magnezyum oksit, temel olarak hazırlama yöntemleri ve reaktivitelerini ve uygulamalarını etkileyen fiziksel özellikleri ile ayırt edilen birkaç farklı formda bulunur. Doğal olarak oluşan mineral formu, metamorfik kireçtaşlarında ve ultramafik kayaçlarda bulunan saf MgO’nun kübik kristal yapısı olan periklastır. Periklas, yüksek termal kararlılık sergiler ve yüksek sıcaklıklara ve kimyasal korozyona karşı direnci nedeniyle refrakter malzemelerde yaygın olarak kullanılır.^[26]^[27]

Ölü yakılmış (dead-burned) manyezit (DBM), magnezyum bileşiklerinin 1.500 °C’nin üzerinde yüksek sıcaklıkta kalsinasyonu ile üretilir ve düşük kimyasal reaktiviteye sahip yoğun, kristal bir yapı elde edilir. Bu form, minimum hidrasyon potansiyeli ile karakterize edilir, bu da onu refrakter seramikler ve aşırı koşullar altında kararlılığın gerekli olduğu çelik üretimi astarları için ideal kılar.^[28]^[29]

Sert yakılmış (hard-burned) ve hafif yakılmış (light-burned) manyezit, 800 °C ile 1.500 °C arasındaki kalsinasyon sıcaklıklarına dayanan ara formları temsil eder. 1.000–1.500 °C’de kalsine edilen sert yakılmış manyezit, dengeli dayanıklılık ve kimyasal tepki gerektiren uygulamalar için uygun, orta düzeyde reaktiviteye ve daha yavaş hidrasyon oranlarına sahiptir. Buna karşılık, 700–1.000 °C’de hazırlanan hafif yakılmış manyezit, yüksek yüzey alanına sahip gözenekli bir yapıya ve hızlı hidrasyona sahiptir ve hızlı reaktivite gerektiren işlemlerde faydasını artırır.^[30]^[31]^[32]

Magnezyum oksit nanoparçacık (MgO NP) formları, tipik olarak 5 nm ile 100 nm arasında değişen partikül boyutlarıyla tasarlanır, 100 m²/g’ı aşan yüzey alanları ve kütle formlarına kıyasla önemli ölçüde artırılmış reaktivite sunar. Bu nanoparçacıklar, yüksek yüzey-hacim oranı nedeniyle gelişmiş adsorpsiyon ve katalitik özellikler sergiler ve çevresel iyileştirme ile antimikrobiyal ajanlarda uygulamalara olanak tanır.^[33]^[34]

Kostik kalsine manyezit olarak da bilinen reaktif magnezyum oksit (RMgO), 700–1.000 °C’de düşük sıcaklık prosesleri ile sentezlenir ve genellikle 25 m²/g’ın üzerinde yüzey alanlarına sahip oldukça reaktif parçacıklar elde edilir. Bu formun yüksek hidrasyon ve karbonasyon oranları, onu özellikle sürdürülebilir yapı malzemelerinde daha düşük enerjili üretim ve gelişmiş mekanik performansa katkıda bulunduğu çimentolu kompozitler için uygun kılar.^[35]^[36]

Ergitilmiş (fused) manyezit, yüksek saflıktaki magnezyum oksidin bir elektrik ark fırınında yaklaşık 2.800 °C sıcaklıkta eritilmesiyle elde edilir ve %99’u aşan saflık seviyelerine sahip camsı, yoğun bir malzeme üretilir. Olağanüstü elektriksel yalıtımı ve termal şok direnci, onu elektrikli ısıtma elemanları ve zorlu endüstriyel ortamlardaki yüksek performanslı refrakterler için değerli kılar.^[37]^[38]

Benzer Oksitlerle Karşılaştırma

Magnezyum oksit (MgO), kalsiyum oksit (CaO) gibi diğer grup 2 oksitleri ile yapısal benzerlikler paylaşır, ancak Mg²⁺’nin Ca²⁺’ya kıyasla daha küçük iyonik yarıçapı nedeniyle farklı fiziksel ve kimyasal özellikler sergiler. MgO’nun erime noktası 2852 °C’dir ve CaO’nun 2613 °C olan erime noktasından daha yüksektir; bu durum MgO’daki daha yüksek örgü enerjisini (CaO için 3414 kJ/mol’e karşılık 3795 kJ/mol) yansıtır.^[7]^[39] MgO ayrıca su ile daha düşük reaktivite gösterir ve ortam koşullarında yavaşça Mg(OH)₂ oluştururken, CaO, Ca(OH)₂’nin (0,173 g/100 mL) Mg(OH)₂’ye (0,0009 g/100 mL) kıyasla daha yüksek çözünürlüğü nedeniyle Ca(OH)₂ ve ısı üretmek için şiddetli bir şekilde reaksiyona girer. Ek olarak MgO, karşılaştırılabilir polikristal formlardaki biraz daha yüksek özdirencinin kanıtladığı gibi, CaO’dan daha düşük bir elektriksel iletkenliğe sahip üstün elektriksel yalıtım sunar. Her iki bileşik de çimento üretiminde kullanılır, ancak MgO, Portland çimentosu karışımlarında uzun vadeli genleşme kontrolünü artırabilen gecikmiş hidrasyon kinetiği nedeniyle daha yavaş sertleşen karışımlara katkıda bulunur.^[40]^[41]

Çinko oksidin (ZnO) aksine, MgO ağırlıklı olarak iyoniktir ve yaklaşık 7,8 eV’lik geniş bir bant aralığı ile mükemmel bir elektriksel yalıtkan olarak hizmet ederken, ZnO daha kovalent bir karaktere sahiptir ve 3,3 eV bant aralığı ile bir yarı iletken görevi görerek LED’ler ve güneş pilleri gibi optoelektronik uygulamalara olanak tanır. Elektronik yapıdaki bu fark, MgO’yu yalıtımın kritik olduğu yüksek sıcaklık refrakterleri için tercih edilir kılarken, ZnO’nun yarı iletken özellikleri fotovoltaik ve piezoelektrik cihazlara uygundur. Örgü enerjisi farklılıklarını daha da vurgular; MgO 3795 kJ/mol iken ZnO 4142 kJ/mol’dür, ancak ikincisinin wurtzite yapısı, MgO’nun 2852 °C’sine kıyasla 1975 °C’lik daha düşük erime noktasını etkiler.^[36]^[42]^[43]

Alüminyum oksit (Al₂O₃) ile karşılaştırıldığında, MgO daha az yoğundur (Al₂O₃ için 3,95 g/cm³’e karşılık 3,58 g/cm³) ancak daha güçlü baziktir; MgO amfoterik davranış göstermeden tuz oluşturmak için asitlerle kolayca reaksiyona girerken, Al₂O₃ hem asidik hem de bazik özellikler sergiler. Al₂O₃’ün aşındırıcılarda ve kesici aletlerde kullanımını destekleyen üstün sertliğine (MgO için 6,5’e karşılık Mohs 9) rağmen MgO, bazı kompozitlerde daha düşük Young modülü ve daha yüksek kırılma tokluğu sayesinde refrakter uygulamalarda daha yüksek termal şok direnci de gösterir. Al₂O₃’ün bant aralığı yaklaşık 8,8 eV ile daha geniştir ve yalıtım yeteneklerini artırır, ancak MgO’nun erime noktası (2852 °C) Al₂O₃’ün erime noktasını (2072 °C) aşarak aşırı termal ortamlardaki kararlılığına katkıda bulunur. Al₂O₃ için örgü enerjisi, korundum yapısını yansıtacak şekilde yaklaşık 15.916 kJ/mol (bileşik için) ile belirgin şekilde daha yüksektir.^[7]^[44]

Stronsiyum oksit (SrO) ve baryum oksit (BaO) gibi diğer grup 2 refrakter oksitler arasında MgO, daha nadir SrO ve BaO kaynaklarının aksine, esas olarak manyezit ve deniz suyu işlemlerinden elde edilen üstün termal kararlılığı ve doğal bolluğu ile öne çıkar. SrO ve BaO daha düşük erime noktaları (sırasıyla 2531 °C ve 1923 °C) ve azaltılmış örgü enerjileri (3217 kJ/mol ve 3029 kJ/mol) sergiler, bu da MgO’yu bu serideki endüstriyel refrakterler için en sağlamı yapar.

Oksit	Örgü Enerjisi (kJ/mol)	Bant Aralığı (eV)	Erime Noktası (°C)
MgO	3795	7.8	2852
CaO	3414	7.7	2613
SrO	3217	~6.5	2531
BaO	3029	~5.5	1923
ZnO	4142	3.3	1975
Al₂O₃	15916	8.8	2072

^[43]^[7]^[39]^[45]^[46]^[42]

Bulunuş ve Üretim

Doğal Bulunuş

Magnezyum oksit, genellikle metamorfik kireçtaşları, dolomitler ve ultramafik kayaçlar gibi temas metamorfik ortamlarında bulunan nadir bir kübik bileşik (MgO) olan periklas minerali olarak doğal bir şekilde bulunur.^[26]^[47] Periklas yüksek sıcaklık koşullarında oluşur ve genellikle mükemmel dilinim ve yarı camsı bir parlaklık sergiler, ancak saf kristaller çevredeki minerallerle reaksiyona girme eğilimi nedeniyle nadirdir.^[48]

Magnezyum oksidin birincil karasal kaynakları, tortul ve metamorfik yataklarda bol miktarda bulunan ve termal işleme yoluyla MgO’ya öncülük eden karbonat mineralleri manyezit (MgCO₃) ve dolomittir (CaMg(CO₃)₂).^[49]^[50] Birincil magnezyum taşıyan cevher olan manyezitin küresel rezervleri 2023 itibariyle yaklaşık 7,7 milyar metrik tondur ve en büyük yataklar Rusya (%30), Slovakya (%16), Çin (%7,5), Brezilya (%3) ile Yunanistan ve Avustralya’dadır (her biri %4). Daha önce yaklaşık %18 olarak tahmin edilen Kuzey Kore rezervlerinin, doğrulanabilir verilerin sınırlı olması nedeniyle son değerlendirmelere dahil edilmediğine dikkat edilmelidir. Çin, dünya çapındaki manyezit üretiminin yaklaşık %60’ını oluşturmaktadır.^[51]

Magnezyum oksit ayrıca, bazı taşsı çeşitlerde bileşimin %32’sine kadarını oluşturabilen kondritik meteorlar ve pikritik tiplerde MgO içeriği %10-19’a ulaşan bazaltik kayaçlar başta olmak üzere ay regolitinde dahil olmak üzere dünya dışı malzemelerde de bulunur.^[52]^[53] Serpantinleşmiş ultramafik kayaçlarda ve altere olmuş periklas yataklarında daha az yaygın olarak bulunan sulu bir magnezyum minerali olan brusit (Mg(OH)₂), MgO’ya dönüştürülebilir küçük bir doğal kaynak sağlar.^[54]^[55]

Magnezyumun bu doğal kaynaklardan çıkarılması, büyük ölçekli toprak taşımayı içeren enerji yoğun açık ocak madenciliği operasyonları dahil olmak üzere çevresel zorluklar sunar; bu da habitat bozulmasına, toprak erozyonuna ve işleme artıklarından potansiyel su kirliliğine yol açar.^[56]^[57]

Endüstriyel Üretim

Magnezyum oksidin (MgO) birincil endüstriyel üretimi, manyezit (MgCO₃) veya dolomit (CaMg(CO₃)₂) gibi doğal olarak oluşan magnezyum karbonat minerallerinin termal bozunmasına veya kalsinasyonuna dayanır. Bu işlem, cevherin döner fırınlarda veya dikey şaft fırınlarında 700°C ile 1.800°C arasında değişen sıcaklıklarda ısıtılmasını içerir ve MgCO₃ → MgO + CO₂ reaksiyonu yoluyla MgO ve karbon dioksit gazı verir.^[31] Bu minerallerin kalsinasyonu, küresel MgO arzının yaklaşık %90’ını oluşturur ve 2023 itibariyle yıllık üretimin yaklaşık 12-14 milyon metrik ton olduğu tahmin edilmektedir; bu üretimin %60’ından fazlasını Çin sağlamaktadır.^[58]^[59]

Alternatif bir yol, magnezyumun deniz suyundan veya Ölü Deniz’dekiler gibi magnezyum açısından zengin tuzlu sulardan çıkarılmasıdır; burada kireç (Ca(OH)₂) eklenerek magnezyum hidroksit (Mg(OH)₂) çöktürülür, ardından filtreleme, kurutma ve MgO üretmek için 800-1.000°C’de kalsinasyon yapılır.^[60]^[50] Bu yöntem, Ölü Deniz bölgesi de dahil olmak üzere bol tuzlu su kaynaklarına sahip bölgelerde kullanılır ve küresel üretimin, özellikle daha yüksek saflıktaki kaliteler için, daha küçük ama önemli bir kısmına katkıda bulunur.^[61]

Magnezyum metali ergitme işlemi olan Pidgeon prosesinde, hammadde olarak kalsine dolomit kullanılır ve indirgeme adımı, endüstriyel sınıf MgO olarak geri kazanılıp yeniden kullanılabilen, reaksiyona girmemiş MgO açısından zengin bir cüruf kalıntısı üretir.^[62] Bu yan ürün yolu, silikotermik indirgeme kullanan tesislerde genel kaynak verimliliğini artırarak birincil magnezyum üretimiyle bütünleşir.^[63]

Endüstriyel kalsinasyon süreçleri, MgO metrik tonu başına birincil olarak fosil yakıtlardan 3-5 GJ enerji tüketir ve hem mineral ayrışması hem de yakıt yanması nedeniyle MgO metrik tonu başına yaklaşık 1 metrik ton CO₂ emisyonuna neden olur.^[64] Saflık seviyeleri uygulamaya göre değişir; refrakter sınıfı MgO tipik olarak doğrudan kalsinasyondan %95-99 saflığa ulaşırken, farmasötik sınıflar yeniden çöktürme ve yüksek sıcaklıkta ölü yakma gibi ek saflaştırma adımlarıyla %99,5’i aşar.^[65]^[66]

2020’den bu yana yaşanan son gelişmeler, emisyonları azaltmak için daha yeşil üretimi vurgulamaktadır; bunlara fosil yakıtların yerine fırınlarda biyokütle ile birlikte yakma ve daha düşük işletme maliyetlerinde enerji tasarruflu ayrışma için yoğunlaştırılmış güneş ışığı kullanan güneş termal kalsinasyonu dahildir.^[67]^[68] Bu yaklaşımlar enerji kullanımını %15’e kadar azaltabilir ve manyezya sektöründeki sürdürülebilirlik hedefleriyle uyumlu olarak CO₂ yakalamayı kolaylaştırabilir.^[69]

Laboratuvar Sentezi

Magnezyum oksit (MgO), yüksek saflıkta malzemeye doğrudan bir yol sağlayan magnezyum hidroksit veya karbonat öncülerinin termal bozunması yoluyla laboratuvar ortamlarında yaygın olarak sentezlenir. Magnezyum hidroksitin bozunması, safsızlıkları en aza indirmek için kontrollü atmosfer altında bir fırında tipik olarak 350 ile 500 °C arasındaki sıcaklıklarda gerçekleşen Mg(OH)₂ → MgO + H₂O reaksiyonunu izler.^[70] Benzer şekilde, magnezyum karbonatın (MgCO₃) yaklaşık 800 °C’de kalsinasyonu, kalsinasyon koşullarına bağlı olarak 100 m²/g’a kadar yüzey alanlarına sahip reaktif sınıf tozlar üretmek için sıklıkla kullanılan MgCO₃ → MgO + CO₂ yoluyla MgO verir.^[71] Bu yöntemler, basitlikleri ve sıcaklık arttıkça küreselden levha benzeri yapılara geçiş gibi parçacık morfolojisini kontrol etme yetenekleri nedeniyle araştırmalarda tercih edilir.^[70]

Sol-jel yöntemi, metanol gibi bir çözücü içinde çözülmüş magnezyum asetat veya nitrat öncüleri ile başlayıp, ardından bir baz veya asit ile hidroliz ve jelleşme ve sonrasında kristal MgO oluşturmak için 400–600 °C’de tavlama ile nanoparçacık oluşumu üzerinde hassas kontrol sağlar.^[72] Bu yaklaşım, tipik olarak, tekdüze dağılım gerektiren uygulamalar için uygun, yaklaşık 10–20 nm boyutlarında kübik veya küresel nanoparçacıklar üretir.^[73] Tavlama koşulları, MgO’nun periklas yapısıyla eşleşen X-ışını kırınımı (XRD) desenleri ile doğrulandığı üzere, faz saflığına ulaşmak için kritiktir.^[74]

Hidrotermal sentez, magnezyum klorür veya nitrat gibi magnezyum tuzlarının bir otoklavda sodyum hidroksit gibi bir baz ile 100–200 °C’de yüksek basınç altında birkaç saat reaksiyona sokulmasıyla yüksek yüzey alanlı MgO nanoparçacıklarının üretimini sağlar.^[75] Bu yöntem, 150 m²/g’ı aşan yüzey alanlarına ve yönlendirilmiş büyümeyi teşvik eden solvotermal ortam nedeniyle nanokürdanlar veya nanolevhalar gibi kontrollü morfolojilere sahip parçacıklar verir.^[76] Sentez sonrası 500 °C’de kalsinasyon, ara hidroksitleri saf MgO’ya dönüştürür ve geçirimli elektron mikroskobu (TEM) 50 nm’nin altındaki tekdüze boyutları ortaya çıkarır.^[77]

Yanma sentezi, magnezyum nitratın glisin veya üre gibi bir yakıtla karıştırılması ve ardından önceden ısıtılmış bir kül fırınında 300–500 °C’de ateşlenmesiyle, kendi kendine yayılan yanma yoluyla doğrudan gözenekli MgO nanoparçacıkları oluşturan hızlı, ekzotermik bir yol sağlar.^[78] Bu teknik dakikalar içinde yüksek saflığa (%99’dan fazla) ulaşır ve XRD ile belirlendiği üzere 20–30 nm kristalit boyutlarına sahip kabarık tozlar üretir.^[79] Yakıt-oksitleyici oranı gaz çıkışını ve dolayısıyla gözenekliliği etkileyerek araştırma amaçları için reaktiviteyi artırır.^[80]

Laboratuvarda sentezlenen MgO, kataliz ve malzeme araştırmalarındaki reaktif sınıfı uygulamalar için uygunluğu sağlamak amacıyla kristallik için XRD ve morfoloji için TEM gibi teknikler kullanılarak %99,9’u aşan saflık açısından karakterize edilir.^[75] Son gelişmeler, 2022–2024 yıllarındaki çalışmalarda bildirildiği üzere, 10–40 nm boyutlarında çevre dostu MgO nanoparçacıkları üretmek için çözelti yanma veya çöktürme yöntemlerinde indirgeyici ajanlar olarak Hyphaene thebaica veya Acalypha indica yapraklarından elde edilenler gibi bitki özlerini kullanan yeşil sentez yollarını içerir.^[81]^[82] Bu biyojenik yaklaşımlar, organik kaplamayı gösteren Fourier dönüşümlü kızılötesi spektroskopi ile doğrulandığı üzere yüksek saflığı korurken kimyasal kullanımını azaltır.^[83]

Uygulamalar

Refrakter ve Seramik Kullanımları

Magnezyum oksit (MgO), olağanüstü termal kararlılığı ve kimyasal saldırılara karşı direnci nedeniyle refrakter malzemelerde çok önemli bir rol oynar ve bu da onu yüksek sıcaklıklı endüstriyel prosesler için vazgeçilmez kılar. Özellikle, yaklaşık 2.800 °C’lik yüksek erime noktası, metalurjik işlemlerde karşılaşılanlar gibi aşırı ortamlarda sürekli performansı mümkün kılar.^[84]

Öncelikli olarak MgO’dan oluşan ve genellikle %90’ın üzerinde saflık seviyelerine sahip refrakter tuğlalar ve astarlar, bazik oksijen fırınları ve elektrik ark fırınları gibi kapları astarlamak için çelik fırınlarında yaygın olarak kullanılmaktadır. Bu malzemeler, kalsiyum ve silika açısından zengin erimiş yan ürünler olan bazik cüruflardan kaynaklanan korozyona karşı güçlü koruma sağlar ve böylece 2.000 °C’ye yaklaşan veya aşan sıcaklıklar altında fırın astarlarının çalışma ömrünü uzatır.^[84]^[85]^[86]

MgO bazlı potalar ve kalıplanmış şekiller, üstün termal şok dirençleri ve erimiş metallere karşı inertlikleri nedeniyle nadir toprak elementleri ve alaşımlar dahil olmak üzere reaktif metallerin eritilmesi ve işlenmesi için gereklidir. Bu direnç, hızlı ısıtma veya soğutma döngüleri sırasında çatlamayı en aza indirerek dökümhane ve laboratuvar ortamlarında güvenilir muhafaza sağlar.^[87]^[88]

Elektrikli fırınlarda MgO, boru şeklindeki ısıtma elemanlarındaki nikrom direnç tellerini çevreleyen kritik bir elektrik yalıtkanı olarak hizmet eder ve yüksek sıcaklıklarda kısa devreleri önlerken verimli ısı transferini kolaylaştırır. MgO’nun toz formu, bir metal kılıf içindeki sarılı telin etrafına sıkıştırılır ve güvenli ve dayanıklı çalışma için gerekli olan hem termal iletkenliği hem de dielektrik izolasyonu sağlar.^[89]^[90]

Elektronikteki seramik uygulamaları için MgO, kapasitörler ve devre kartları gibi yüksek voltajlı bileşenlerde güvenilir performansı destekleyen yüksek dielektrik dayanımı nedeniyle izolatörlerde ve alt tabakalarda kullanılır. 9,8–11,2 civarındaki dielektrik sabiti ile termal stres altında elektriksel bütünlüğü koruyan kompakt tasarımlara olanak tanır.^[91]^[92]^[93]

Yüksek saflıktaki MgO’nun elektrik ark kaynaşmasıyla üretilen ergitilmiş (fused) manyezit, ölü yakılmış varyantlara kıyasla üstün yoğunluk ve korozyon direnci sunarak cam ve çimento fırınları için gelişmiş refrakterleri geliştirir. Bu refrakterler, döner fırınları ve eritme tanklarını astarlayarak 1.700 °C’ye kadar sıcaklıklarda aşındırıcı aşınmaya ve kimyasal flakslara dayanır.^[37]^[94]

2023’te refrakterler, küresel MgO tüketiminin yaklaşık %50’sini oluşturarak yüksek sıcaklık malzeme sektörlerindeki hakimiyetinin altını çizmiştir.^[95]

İnşaat ve Çimento Uygulamaları

Magnezyum oksit antik çağlardan beri inşaatta kullanılmaktadır; Pantheon gibi yapıların dayanıklılığına katkıda bulunan Roma puzolanik karışımlarında varlığına dair kanıtlar bulunmaktadır.^[96] Bu erken formülasyonlar, genellikle dolomitik kireçtaşından gelen magnezyum oksit safsızlıkları içeren kalsine kireci volkanik kül ile birleştirerek deniz suyuna ve hava koşullarına dayanıklı hidrolik çimentolar oluşturmuştur.^[97]

Modern uygulamalarda magnezyum oksit, MgO’nun MgCl₂ ve H₂O ile reaksiyona girerek agregaları bağlayan magnezyum oksiklorür fazları ürettiği Sorel çimentosunda anahtar bir bileşen olarak hizmet eder.^[98] Bu çimento, hızlı sertleşmesi ve yüksek erken mukavemeti ile değerlidir ve bu da onu binalardaki zemin karoları ve yangına dayanıklı paneller için uygun kılar.^[99] Düşük termal iletkenliği ayrıca duvar panolarında ve dekoratif elemanlarda yalıtım özelliklerini artırır.^[100]

Reaktif magnezyum oksit, emisyonları azaltmak ve karbonasyon (MgO + CO₂ → MgCO₃) yoluyla CO₂ tutulmasını sağlamak için, tipik olarak ağırlıkça %5–20 oranında Portland çimentosunun kısmi ikamesi olarak düşük karbonlu betona giderek daha fazla dahil edilmektedir.^[101] Bu işlem, uzun vadeli mukavemeti ve dayanıklılığı artıran kararlı magnezyum karbonatlar oluşturur; hızlandırılmış karbonasyon kürü, kontrollü CO₂ maruziyeti altındaki karışımlarda %100’e varan dönüşüm sağlar.^[102] Bu tür formülasyonlar, sürdürülebilir bina uygulamalarını destekleyerek 28 gün sonra geleneksel betonla karşılaştırılabilir basınç dayanımları göstermiştir.^[103]

MgO’nun KH₂PO₄ gibi fosfatlarla reaksiyona girmesiyle üretilen magnezyum fosfat çimentoları, kaldırımların ve yapıların acil onarımları için ideal olan hızlı sertleşme yetenekleri sunar ve saatler içinde 40 MPa’yı aşan basınç dayanımlarına ulaşır.^[104] Bu çimentolar düşük sıcaklıklarda bile 15 dakikanın altında sertleşir ve mevcut beton yüzeylere 2 MPa’nın üzerinde bağ dayanımı sağlar.^[105]

Kireç ve çimento bazlı harçlarda bir katkı maddesi olarak %5–10 dozajlarındaki magnezyum oksit, iyon penetrasyonunu ve genleşme hasarını sınırlayan koruyucu tabakalar oluşturarak sülfat direncini artırır.^[106] Bu, agresif ortamlarda genel dayanıklılığı artırır, su emilimini %42’ye kadar azaltır ve sülfat açısından zengin topraklarda hizmet ömrünü uzatır.^[107]

2020’lerdeki araştırmalar, magnezyum oksidin sürdürülebilir inşaat için düşük emisyonlu bağlayıcılar oluşturmak üzere ortam koşullarında alüminosilikat öncülerini aktive ettiği MgO bazlı jeopolimer sistemlerini geliştirmiştir.^[35] Bu malzemeler, minimize edilmiş klinkerleme ve doğal karbonasyon potansiyeli sayesinde Portland çimentosuna kıyasla CO₂ emisyonlarını yaklaşık %50 oranında azaltabilir.^[108] Uygulamalar, yapısal standartları karşılayan mekanik özelliklere sahip çevre dostu blokları ve panelleri içerir.^[109]

Tarımsal ve Gübre Kullanımları

Magnezyum oksit, bitkilerde klorofil sentezi için gerekli olan magnezyum iyonlarının (Mg²⁺) hayati bir kaynağı olarak hizmet eder, verimli fotosentezi ve genel büyümeyi sağlar.^[110] Klorofil molekülündeki merkezi atom olarak Mg²⁺, bitkinin toplam magnezyum içeriğinin %25’ine kadarını oluşturur ve eksiklikler, özellikle domates ve patates gibi ürünlerde damarlar arası kloroz olarak kendini gösterir; magnezyum oksidin yapraktan veya topraktan uygulanmasının klorofil üretimini ve verimi artırdığı gösterilmiştir.^[111]^[112]

Besin kaynağına ek olarak, magnezyum oksit, pH seviyelerini yükselterek toprak asiditesine karşı koymak için bir kireçleme maddesi olarak işlev görür ve yüksek nötralize etme kapasitesi onu geleneksel malzemelerden daha etkili kılar; spesifik olarak, 1 ton magnezyum oksit, yaklaşık 2,5 ton kalsiyum karbonata eşdeğer asit nötralizasyonu sağlar.^[113] Bu özellik, asidik ortamlarda besin mevcudiyetini iyileştirerek toprak asitleriyle kolayca reaksiyona girip magnezyum tuzları ve su oluşturan oksit formundan kaynaklanır.^[114]

Tarımda magnezyum oksit için tipik uygulama oranları hektar başına 100 ila 500 kg arasında değişir; genellikle magnezyum eksikliklerini veya toprak asiditesini gidermek için kalsine manyezit olarak uygulanır ve toprak testlerine ve ürün ihtiyaçlarına göre ayarlamalar yapılır.^[115] Bu oranlar, bileşiğin düşük suda çözünürlüğü nedeniyle kademeli magnezyum salınımını sağlar ve aşırı uygulama riski olmadan sürekli bitki alımını destekler.^[116]

Son gelişmeler, tohum hazırlama (priming) için kullanılan biyo-bazlı magnezyum oksit nanoparçacıklarını içerir; bu da bitki büyümesini ve verimini destekler; 2022’den 2024’e kadar yapılan çalışmalar, nohut ve hardal gibi ürünlerde gelişmiş besin emilimi ve stres toleransı yoluyla fide gücünde, klorofil içeriğinde ve genel verimde %20-30 artışlar göstermektedir.^[117]^[118]

Magnezyum oksit ayrıca, pH’ı nötralize ederken aynı anda magnezyum ve kalsiyum sağlamak için asidik topraklar için özel olarak formüle edilmiş bir magnezyum oksit ve kalsiyum oksit karışımı olan dolomitik kireç gibi gübre karışımlarına da dahil edilir.^[114] Bu karışım, alüminyum toksisitesine yatkın topraklarda dengeli katyon değişimini korumada özellikle etkilidir.^[119]

Küresel olarak tarım, magnezyum oksit üretiminin yaklaşık %10’unu oluşturur ve bu da dünya çapında mahsul verimliliğini ve toprak sağlığını artırmadaki rolünün altını çizer.^[120]

Tıbbi ve Farmasötik Kullanımlar

Magnezyum oksit, fazla mide asidini nötralize ederek mide ekşimesi, ekşi mide ve asit hazımsızlığını gidermek için farmasötiklerde antasit olarak yaygın şekilde kullanılır. Bileşik, midedeki hidroklorik asit ile MgO + 2HCl → MgCl₂ + H₂O denklemine göre reaksiyona girerek karbondioksit gazı üretmeden magnezyum klorür ve su üretir.^[121] Tipik reçetesiz formülasyonlar 400 mg tabletler içerir ve önerilen dozlar günde 1 ila 2 tablettir, 24 saatte 800 mg’ı geçmemelidir.^[122]

Antasit özelliklerine ek olarak, magnezyum oksit, zayıf emilen magnezyum iyonlarının suyu bağırsak lümenine çekmesi, dışkıyı yumuşatması ve bağırsak hareketlerini teşvik etmesiyle ozmotik bir mekanizma yoluyla laksatif olarak görev yapar.^[123] Bu etki, gastrointestinal sistemde kısmi çözünmeden kaynaklanır, su tutulmasına ve peristalsis stimülasyonuna yol açar.^[124] Kabızlığın kısa süreli giderilmesi için özellikle yararlıdır ve genellikle antasit kullanımlarına benzer dozlarda uygulanır.

Bir diyet takviyesi olarak magnezyum oksit, yüksek magnezyum içeriği nedeniyle 400 mg’lık tablet başına yaklaşık 241 mg elementel magnezyum sağlayarak magnezyum eksikliğini önlemeye ve tedavi etmeye yardımcı olur.^[122] Bununla birlikte, nötr pH ortamlarında zayıf çözünürlüğü nedeniyle biyoyararlanımı nispeten düşüktür; çalışmalar asidik koşullarda hafifçe iyileşmesine rağmen emilim oranlarını %15 civarında göstermektedir.^[125]^[126] Farmasötik sınıf magnezyum oksit, Amerika Birleşik Devletleri Farmakopesi (USP) standartlarını karşılamalı, ateşlemeden sonra %96,0’dan az ve %100,5’ten fazla MgO içermemelidir ve tabletler, kapsüller ve süspansiyonlar gibi formlarda mevcuttur.^[127]

Magnezyum oksidin tıpta tarihsel kullanımı, 19. yüzyılda Batı uygulamalarında farmasötik bir ajan olarak tanıtıldığı ve daha sonra Doğu bağlamlarında benimsendiği, 1873’te patentlenen magnezya sütü (magnezyum hidroksit süspansiyonu) gibi formülasyonlara öncülük ettiği zamana dayanır.^[128]^[129] Faydalarına rağmen, magnezyum oksit, böbrek yetmezliği olan hastalarda azalan atılım nedeniyle hipermagnezemi riski taşıdığından kontrendikedir.^[130] Takviye elementel magnezyum için tolere edilebilir üst alım seviyesi, yan etkilerden kaçınmak için yetişkinler için günde 350 mg’dır.

Biyomedikal ve Nanomalzeme Uygulamaları

Magnezyum oksit nanoparçacıkları (MgO NP’ler), terapötik potansiyellerini destekleyen biyouyumlulukları, yüksek yüzey alanları ve reaktif oksijen türleri (ROS) üretme yetenekleri nedeniyle biyomedikal uygulamalarda önemli ilgi görmüştür. Özellikle, MgO NP’leri, temel olarak bakteri hücre zarlarına zarar veren ve metabolik süreçleri bozan ROS üretimi yoluyla Escherichia coli ve Staphylococcus aureus gibi patojenlere karşı güçlü antibakteriyel aktivite sergiler.^[131] Bu mekanizma, 1 mg/mL kadar düşük konsantrasyonlarda bakteri büyümesinin %99’a kadar engellendiğini gösteren çalışmalarda kanıtlanmıştır, bu da MgO NP’lerini biyomedikal ortamlarda enfeksiyon kontrolü için umut verici kılmaktadır.^[132]

Kemik dokusu mühendisliğinde MgO NP’leri, biyouyumluluğu ve osteokondüktiviteyi artırmak için bakteriyel selüloz veya polikaprolakton kompozitleri gibi polimer bazlı iskelelere dahil edilir. Bu iskeleler, kemik mineralizasyonunu ve hücre çoğalmasını uyaran magnezyum iyonlarını serbest bırakarak osteoblast benzeri hücrelerin osteojenik farklılaşmasını teşvik eder; in vitro çalışmalar, modifiye edilmemiş iskelelere kıyasla alkalin fosfataz aktivitesinde 2 kata varan artışlar bildirmektedir.^[133] MgO NP’lerinin biyolojik olarak parçalanabilirliği, kademeli iyon salınımını sağlayarak, minimum toksisiteyi ve konakçı doku ile olumlu entegrasyonu vurgulayan sistematik incelemelerin kanıtladığı gibi, önemli inflamatuar yanıtlara yol açmadan uzun vadeli kemik rejenerasyonunu destekler.

MgO NP’leri, tetrasiklin veya siprofloksasin gibi antibiyotikleri yüklemek için gözenekli yapılarını ve genellikle 100 m²/g’ı aşan yüksek yüzey alanlarını kullanarak ilaç dağıtımı için verimli taşıyıcılar olarak hizmet eder. Asidik tümör mikro ortamları veya enfekte yaralar (pH ~5–6) gibi pH’a duyarlı ortamlarda, bu nanoparçacıklar kontrollü salınım sağlar; çalışmalar 300 dakikanın üzerinde sürekli antibiyotik elüsyonu ve %90’a varan ilaç yükleme verimliliği göstermektedir.^[134] Bu pH’a duyarlı davranış, nötr fizyolojik koşullarda (pH 7,4) erken ilaç salınımını en aza indirerek sistemik yan etkileri azaltırken hedeflenen terapötik etkinliği artırır.^[135]

2020’den 2024’e kadar yapılan son in vitro çalışmalar, ROS aracılı oksidatif stres ve mitokondriyal fonksiyonun bozulması yoluyla tümör hücrelerinde apoptozu indükleyen MgO NP’lerinin antikanser potansiyelini araştırmıştır. Örneğin, biyojenik MgO NP’leri, kaspaz aktivasyonu ve DNA parçalanmasını içeren mekanizmalarla meme (MDA-MB-231), rahim ağzı (HeLa) ve prostat (PC3) kanser hücre hatlarına karşı 15–50 µg/mL IC50 değerleri göstermiştir.^[136] Bu etkiler, nanoparçacıkların hücre zarlarına nüfuz etme ve hücre içi ROS seviyelerini yükseltme, normal fibroblastları korurken kötü huylu hücreleri seçici olarak hedefleme yeteneğine atfedilir.^[137]

Yara iyileşmesi için MgO NP’leri, antimikrobiyal etkinin yanı sıra anti-inflamatuar etkiler sağlamak üzere polikaprolakton/jelatin membranlar gibi elektrospun pansumanlara entegre edilir. Bu pansumanlar TNF-α ve IL-6 gibi pro-inflamatuar sitokinleri baskılayarak diyabetik yara modellerinde yeniden epitelizasyonu ve kolajen birikimini hızlandırır; iyileşme oranları kontrollere kıyasla %30–50 oranında artar.^[138] Nanoparçacıkların ROS üretimi bakteriyel biyofilmleri nötralize ederken, iyon salan özellikleri bağışıklık tepkisini modüle ederek pro-rejeneratif bir ortamı teşvik eder.^[139]

Magnezyum bazlı implantlarda, MgO NP’leri, fizyolojik ortamlarda bozunma oranlarını yavaşlatan koruyucu oksit tabakaları oluşturarak korozyon inhibitörleri olarak hareket eder. Mg-Zn-Zr alaşımlarına ağırlıkça %1–5 MgO NP içeren kompozitler, mekanik bütünlüğü ve biyouyumluluğu korurken korozyon akım yoğunluklarını %70’e kadar azaltarak implant ömrünü haftalardan aylara uzatır.^[140] Bu kontrollü bozunma, çıplak Mg implantlarında yaygın sorunlar olan hidrojen gazı birikimini ve alkalileşmeyi önler, böylece ortopedik uygulamalarda klinik sonuçları iyileştirir.^[141]

Çevresel ve Niş Kullanımlar

Magnezyum oksit, özellikle hava ve su kirliliği kontrolünde çevresel uygulamalarda önemli bir rol oynar. Enerji santrallerindeki baca gazı kükürt giderme (FGD) işlemlerinde, MgO süspansiyonları endüstriyel emisyonlardan kükürt dioksiti (SO₂) emmek için kullanılır ve MgO + SO₂ → MgSO₃ reaksiyonu yoluyla magnezyum sülfit (MgSO₃) oluşturur.^[142] Bu yöntem, MgO emici için azaltılmış parçacık boyutları gibi optimize edilmiş koşullar altında %90’ı aşan kükürt giderme oranları gösteren çalışmalarla, geleneksel kireçtaşı bazlı sistemlere göre daha yüksek emilim verimliliği ve daha kolay yan ürün geri kazanımı dahil olmak üzere avantajlar sunar.^[143] Atık su arıtımında MgO, asidik atık sular için bir nötralize edici ajan olarak hizmet eder ve pH seviyelerini yükseltmek ve metal giderimini teşvik etmek için bazikliğini kullanarak kurşun, kadmiyum ve bakır gibi ağır metallerin çözünmeyen hidroksitler olarak çökelmesini kolaylaştırır.^[144] Bu yaklaşım, doğal manyezitten elde edilen düşük dereceli MgO’nun kireç bazlı alternatiflere kıyasla çamur hacmini en aza indirirken önemli ölçüde metal çökelmesi sağladığı maden suyu iyileştirmesinde özellikle etkilidir.^[145]

Kirlilik azaltımının ötesinde, magnezyum oksit malzeme bilimi ve güvenlik geliştirmelerinde niş uygulamalar bulur. Yangına dayanıklı bir katkı maddesi olarak MgO, duman bastırıcı ve alev geciktirici olarak hareket etmek üzere tekstil ve plastiklere %10–20 oranlarında dahil edilir; yanma sırasında su buharı salmak ve yanıcı gazları seyreltmek için endotermik olarak ayrışır.^[146] Bu, polimer kompozitlerde termal kararlılığı artırır, duman yoğunluğunu azaltır ve halojenli bileşikler olmadan yangın direncini iyileştirir. Bozunabilir gıda ambalajlarında, 2023–2024 yıllarındaki yeşil sentezlenmiş MgO nanoparçacıkları (NP’ler) alanındaki son gelişmeler, biyobozunurluğu ve UV korumasını teşvik ederken Escherichia coli ve Staphylococcus aureus gibi patojenlere karşı antimikrobiyal bariyerler sağlayarak bunların biyopolimerik filmlere entegrasyonunu sağlamıştır.^[147] Genellikle bitki aracılı yollarla üretilen bu NP’ler, reaktif oksijen türleri üretimi nedeniyle geniş spektrumlu antibakteriyel aktivite sergileyerek sürdürülebilir ambalaj çözümlerinde gıda raf ömrünü uzatır.^[148]

Magnezyum oksit ayrıca özel mühendislik ve elektronik kullanımlarına da katkıda bulunur. Asbestsiz fren balatalarında MgO, kompozit formülasyonlarda bir sürtünme düzenleyici olarak işlev görür, sürtünme katsayısını stabilize eder, aşınma direncini artırır ve frenleme sırasında ısıyı dağıtmak için termal iletkenliği iyileştirir.^[149] Bu, otomotiv uygulamalarında performansı korurken tehlikeli asbest liflerini aramid veya seramik takviyeler gibi daha güvenli alternatiflerle değiştirir. Esnek elektronikte MgO, ince film transistörlerde (TFT’ler) yüksek-k kapı dielektriği olarak hizmet eder ve ZnO veya InGaZnO gibi oksit bazlı kanallarda düşük voltajlı çalışmayı ve yüksek taşıyıcı mobilitesini mümkün kılar.^[150] Oda sıcaklığında biriktirilen çözelti ile işlenmiş MgO filmleri, 9–10 civarında dielektrik sabitlerine ulaşarak minimum sızıntı akımlarına sahip ekranlar ve sensörler için bükülebilir cihazları destekler.^[151]

Tarihsel olarak magnezyum oksit, niş katalitik rollerde kullanılmıştır; özellikle 20. yüzyılda metan kuru reformlama gibi reformlama süreçleri için nikel-magnezyum oksit sistemlerinde, hidrojen üretiminde katalizör ömrünü ve seçiciliğini artırmak için nikel parçacıklarını stabilize eder.^[152] Genellikle kullanılmış malzemelerden elde edilen bu destekli katalizörler, sinterlemeye ve karbon birikimine karşı geliştirilmiş direnç göstererek MgO’nun endüstriyel kimyadaki kalıcı değerinin altını çizer.^[153]

Güvenlik ve Toksikoloji

Sağlık Etkileri

Magnezyum oksit tozu solunması, özellikle işleme veya kaynak sırasında duman veya ince parçacıkların üretildiği mesleki ortamlarda öksürük, göğüste sıkışma ve grip benzeri halsizlik ve ateş gibi metal dumanı ateşi semptomları dahil olmak üzere solunum tahrişine neden olabilir.^[154] Mesleki Güvenlik ve Sağlık İdaresi (OSHA), bu riskleri azaltmak için toplam toz için zaman ağırlıklı ortalama olarak 15 mg/m³’lük bir izin verilen maruz kalma sınırı (PEL) belirlemiştir.^[155]

Magnezyum oksidin yutulması, nötr pH ortamlarında zayıf çözünürlüğü nedeniyle düşük sistemik emilim ile bir diyet takviyesi ve antasit olarak yaygın şekilde kullanıldığından küçük dozlarda genellikle güvenli kabul edilir.^[156] Bununla birlikte, aşırı alım, bulantı ve kusma gibi gastrointestinal semptomların yanı sıra hipotansiyon ve bradikardi dahil kardiyovasküler etkilerle kendini gösteren yüksek bir serum magnezyum seviyesi olan hipermagnezemi ile sonuçlanabilir.^[157] Sıçanlarda magnezyum oksit için oral medyan ölümcül doz (LD50) 5.000 mg/kg’ı aşmaktadır, bu da bireysel tepkiler doza ve sağlık durumuna göre değişse de nispeten düşük akut toksisiteye işaret etmektedir.

Magnezyum oksit tozunun cilt ile doğrudan teması, tipik olarak alerjik duyarlılık veya sistemik emilim kanıtı olmaksızın yalnızca hafif mekanik tahrişe neden olur. Göz maruziyeti geçici tahriş, kızarıklık ve rahatsızlık yaratabilir, ancak hemen yıkandığında kalıcı hasara veya korozyona yol açmaz.^[158]

Magnezyum oksit, Uluslararası Kanser Araştırmaları Ajansı (IARC) tarafından bir kanserojen olarak sınıflandırılmamıştır.^[159]

Kronik böbrek hastalığı olanlar gibi böbrek fonksiyon bozukluğu olan bireyler, eliminasyonun birincil yolu renal atılım olduğundan, maruz kalma veya takviye sonrasında magnezyum birikimi ve hipermagnezemi açısından yüksek risk altındaki savunmasız bir popülasyonu temsil eder.^[160]

Magnezyum oksit nanoparçacıkları (MgO NP’ler) üzerine yapılan son çalışmalar, hayvan modellerinde 100 mg/kg’ın altındaki dozlarda düşük toksisiteye işaret etmekte olup, karaciğer ve böbrek dokularında minimal histopatolojik değişiklikler gözlenmiştir.^[161] Bununla birlikte, daha yüksek dozlar, reaktif oksijen türleri üretimi yoluyla oksidatif stresi indükleyebilir ve potansiyel olarak hücresel hasara ve hormonal veya stresle ilgili biyobelirteçlerde değişikliklere yol açabilir.^[162]

Çevresel Hususlar

Manyezit veya diğer öncülerin kalsinasyonu yoluyla magnezyum oksit (MgO) üretimi, geleneksel kuru yol prosesleriyle üretilen ton MgO başına yaklaşık 1 ton CO₂ arasında değişen önemli CO₂ emisyonları üretir.^[163] Bu emisyonlar, öncelikle magnezyum karbonatın termal bozunmasından kaynaklanır ve bileşiğin endüstriyel uygulamalardaki genel karbon ayak izine katkıda bulunur. Bunu hafifletmeye yönelik çabalar, 2024’ün sonlarında CO₂ tutulması için özel konteynerlerin konuşlandırıldığı Avrupa’daki magnezyum oksit madenlerindeki pilot projeler gibi karbon yakalama girişimlerini içerir.^[164]

MgO’nun birincil kaynağı olan manyezit için madencilik faaliyetleri, ocak sahalarında toprak erozyonu, ormansızlaşma ve yerel biyolojik çeşitlilik kaybı dahil olmak üzere genellikle habitat bozulmasına yol açar.^[56] Alternatif bir yöntem olan tuzlu sulardan ekstraksiyon, önemli miktarda su tüketimi içerir; örneğin, bir ton magnezyum üretmek için buharlaştırma yoluyla 800 tondan fazla deniz suyunun işlenmesi gerekir, bu da kurak bölgelerdeki su kaynaklarını zorlayabilir.^[165]

Magnezyum oksit nanoparçacıkları (MgO NP’ler), toprak ve su ortamlarında doğal olarak bulunan ve zararsız olan magnezyum iyonlarına (Mg²⁺) ayrışarak olumlu çevresel biyobozunurluk sergiler ve kalıcı nanomalzemelere kıyasla minimum uzun vadeli ekolojik risk oluşturur.^[166]

MgO üretiminin yaşam döngüsü değerlendirmeleri, manyezit kalsinasyonu sırasında daha fazla CO₂ salınımı (kireçtaşı için 0,78–0,83 tona karşılık ton başına yaklaşık 1,1 ton CO₂) nedeniyle kalsiyum oksit (CaO) bazlı alternatiflerden daha yüksek bir doğrudan küresel ısınma potansiyeli ortaya koymaktadır.^[167] Bununla birlikte, reaktif magnezya çimentoları gibi karbonatlı MgO uygulamalarında, sonraki CO₂ tutulması emisyonları dengeleyebilir ve tam döngü değerlendirmelerinde potansiyel olarak net daha düşük bir etki sağlayabilir.

Avrupa Birliği’nin REACH düzenlemesi kapsamında MgO, tehlikesiz olarak sınıflandırılmıştır; akut toksisite veya çevresel kalıcılık için özel bir etiketleme gerekliliği yoktur, ancak partikül emisyonlarını önlemek için işleme sırasında toz için inhalasyon kontrolleri zorunludur.

Çelik üretiminden kaynaklanan kullanılmış MgO bazlı refrakterlerin geri dönüştürülmesi gibi sürdürülebilir uygulamalar ilerlemektedir; burada kırılmış malzemeler, kapsamlı işleme gerek kalmadan fırın katkı maddeleri olarak yeniden kullanılır, hammadde talebini ve atığı azaltır.^[169] Bu tür çevre dostu kaynakları içeren daha geniş MgO pazarı, inşaat ve tarımda düşük karbonlu alternatiflere olan taleple 2024’te 7,1 milyar ABD dolarından 2034’e kadar 12,7 milyar ABD dolarına çıkması öngörülmektedir.^[95]

Taşıma ve Önlemler

Magnezyum oksit, higroskopik doğası nedeniyle nem emilimini önlemek için kapalı, hava geçirmez kaplarda saklanmalı ve asitlerden ve güçlü oksitleyiciler gibi uyumsuz malzemelerden uzak tutulmalıdır.^[170] Uygun kuru, serin ve iyi havalandırılan koşullar altında raf ömrü üretim tarihinden itibaren iki yılı aşar.^[171]

Magnezyum oksit, özellikle toz formunda işlenirken, cilt ve göz temasını en aza indirmek için toz filtreli solunum maskeleri, kimyasallara dayanıklı eldivenler, koruyucu gözlükler ve koruyucu giysiler dahil olmak üzere uygun kişisel koruyucu donanım (KKD) gereklidir.^[172] İşleme alanları, havadaki toz konsantrasyonlarını kontrol etmek ve soluma maruziyetini önlemek için yeterli havalandırma sistemlerine sahip olmalıdır.^[158]

Dökülme durumunda, topaklanmayı ve potansiyel reaksiyonu önlemek için su veya ıslak yöntemler kullanmaktan kaçınarak, süpürerek veya HEPA filtreli bir ünite ile vakumlayarak kıvılcım çıkarmayan aletler kullanarak malzemeyi toplayın.^[170] Toplanan malzemeyi, yerel düzenlemelere uygun olarak bertaraf edilmek üzere uygun kapalı kaplara yerleştirin.

Magnezyum oksit, ABD Ulaştırma Bakanlığı (DOT) düzenlemeleri kapsamında nakliye için tehlikesiz olarak sınıflandırılmıştır ve özel nakliye etiketleri veya levhaları gerektirmez, ancak toz formundaysa tahriş edici olarak işaretlenmelidir.^[158]^[173]

Acil durum prosedürleri için, etkilenen gözleri veya cildi en az 15 dakika boyunca bol su ile yıkayın ve soluma olaylarında, nefes almak zorsa oksijen sağlayarak kişiyi temiz havaya çıkarın, ardından derhal tıbbi yardım alın.^[172]

İşleme için en iyi uygulamalar, hassas veya yüksek hassasiyetli uygulamalarda toz oluşumunu azaltmak için daha yüksek yoğunluğa ve daha düşük reaktiviteye sahip ölü yakılmış magnezyum oksit formlarının seçilmesini içerir.^[174]