Магний. Характеристика металла магния — его применения, свойства и цена

МАГНИЙ

План:

1. Характеристика элемента.

2. Получение магния.

3. Свойства магния.

3.1. Физические свойства магния.

3.2. Химические свойства магния.

4. Соединения магния.

4.1. Неорганические соединения

4.2. Магнийорганические соединения

5. Природные соединения магния

6. Определение магния в почвах, в воде

7. Биологическое значение магния

8. Области применения магния

9. Жесткость воды

10. Практическая работа «Определение жесткости воды»

1. Характеристика элемента

Название «магнезия» встречается уже в III веке н.э., хотя не вполне ясно, какое вещество оно обозначает. Долгое время магнезит - карбонат магния - ошибочно отождествляли с известняком - карбонатом кальция. Слово магнезия происходит от названия одного из Греческих городов - Магнесии. До XVIII века соединения магния считали разновидностями кальциевых или натриевых солей. Открытию магния способствовало изучение состава минеральных вод. В 1695 году английский врач Крю сообщил, что им выделена из воды эпсомского минерального источника соль, обладающая лечебными свойствами, и вскоре был доказан её индивидуальный характер. Затем стали известны и другие соединения магния. Карбонат магния получил название "белая магнезия", в отличие от «чёрной магнезии» - оксида марганца. Отсюда и созвучие названий металлов, выделенных впоследствии из этих соединений.

Впервые магний был получен Деви (XIX в.) из окиси магния. Бюсси, Либих, Девильс, Карон и др получали магний действием паров калия или натрия на хлористый магний.

В 1808 г. английский химик Г. Деви электролизом увлажнённой смеси магнезии и оксида ртути получил амальгаму неизвестного металла, которому и дал название "магнезии", сохранившееся до сих пор во многих странах. В России с 1831 года принято название "магний". В 1829 г. Французский химик А. Бюсси получил магний, восстанавливая его расплавленный хлорид калием. Следующий шаг к промышленному получению сделал М. Фарадей. В 1830 г. он впервые получил магний электролизом расплавленного хлористого магния.

Промышленное производство магния электролитическим способом предпринято в Германии в конце XIX в. Перед второй мировой войной началось освоение термических способов получения магния.

В настоящее время наряду с развитием электролитического способа совершенствуются силикотермический и карботермический способы получения магния. На первой стадии развития магниевой промышленности в качестве сырья применяли хлористые соли карналлит, природные рассолы, хлоромагниевые щёлочи калийной промышленности.

Сейчас наряду с хлористыми солями широко используют доломит и магнезит. Большой интерес представляет применение в качестве сырья для производства магния из морской воды. В России электролитический метод получения магния впервые разработал П.П. Федотьев в 1914 г. в Петроградском политехническом институте. В 1931 г. в Ленинграде вступил в строй первый опытный магниевый завод. Промышленное производство магния в СССР начато в 1935 г.

+12 Mg))) 1S 2 2S 2 2P 6 3S 2 3P 0 –электронная формула нормального атома 282

При затрате необходимой энергии один из электронов переходит в P-состояние, т.е. оба электрона становятся неспаренными. Поэтому магний проявляет степень окисления +2.

3S 2 -валентные электроны

1S 2 2S 2 2P 6 3S 1 3P 1

- электронная формула возбуждённого атома +12 Mg +P 12 ,n 0 12 e12

Строение внешней электронной оболочки магния, обладающей структурой 3S 2 , с двумя слабо связанными электронами объясняет восстановительный характер типичных реакций, в которых магний переходит в двухвалентный катион Mg 2+ . Благодаря большому химическому сродству к кислороду, магний способен отнимать кислород у многих окислов и хлор у хлоридов. Это свойство в последнее время используется при магниетермическом получении титана, циркония, урана. При комнатной температуре на воздухе компактный магний химически стоек. На его поверхности образуется окисная пленка, предох­раняющая от окисления. При нагревании химическая активность магния воз­растает. Считается, что верхний температурный предел устойчивости магния в кислороде находится в интервале 350-400 о С. Кипящую воду магний разлагает с выделением водорода.

На магний не оказывает заметного действия дис­тиллированная вода, фтористоводородная кислота любой концентрации, хромовая кислота, водные растворы фтористых солей и др.

Разрушающее действие оказывает на магний морская и минеральная вода, водные растворы соля­ной, серной, азотной, фосфорной, кремнефтористоводородной кислот, вод­ные растворы галоидных солей, сернистых соединений, аммиак и его вод­ные растворы, органические кислоты, гликоли и гликолевые смеси, многи альдегиды.

Магний - один из самых распространенных в земной коре элементов, по распространенности занимает шестое место после кислорода, кремния, алюминия, железа и кальция. Содержание магния в литосфере, по А.П. Ви­ноградову, сотавляет 2,10%. В природе магний встречается исключительно в виде соединений и входит в состав многих минералов: карбонатов, си­ликатов и др. Важнейшими являются следующие из них: магнезит MgCO 3 , доломит MgCO 3 *CaCO 3 , карналлит MgCl 2 *KCL*6H 2 O, бруцит Mg(OH) 2 , кизерит MgSO 4 , эпсонит MgSO 4 *7H 2 O, каинит MgSO 4 *KCl*3H 2 O, оливин (Mg,Fe) 2 , серпентин H 4 Mg 3 Si 2 O 9 .

Природный или естественный маг­ний представляет собой смесь трех устойчивых изотопов 24 Mg -78,6 %, 25 Mg -10,1 %, 26 Mg -11,3 %.

В реакциях магний практически всегда проявляет степень окисления +2 (валентность II). Для того, чтобы перевести атом магния из состояния 3S 2 в реакционноспособное состояние 3S 1 3P 1 , нужно затратить 259 КДж/моль, а при последовательном отрыве электронов, т.е. ионизации Mg до Mg + и Mg +2 , требуется соответственно 737 КДж/моль и 1450 КДж/моль. Магний кристаллизуется в гексагональную плотноупакованную решетку.

2. ПОЛУЧЕНИЕ МАГНИЯ.

Преобладающий промышленный способ получения магния - электролиз расплава смеси MgCl 2

MgCl 2 Mg 2+ 2Cl - К -) А +)
Mg 2+ +2 e Mg 0 2Cl - -2 e Cl 2 0

ОПРЕДЕЛЕНИЕ

Магний - двенадцатый элемент Периодической таблицы. Обозначение - Mg от латинского «magnesium». Расположен втретьем периоде, IIА группе. Относится к металлам. Заряд ядра равен 12.

Магний весьма распространен в природе. В больших количествах он встречается в виде карбоната магния, образуя минералы магнезит MgCO 3 и доломит MgCO 3 ×CaCO 3 . Сульфат и хлорид магния входят в состав минералов каинита KCl×MgSO 4 ×3H 2 O и карналлита KCl×MgCl 2 ×6H 2 O. Ион Mg 2+ содержится в морской воде, сообщая ей горький вкус. Общее количество магния в земной коре составляет около 2% (масс.).

В виде простого вещества магний представляет собой серебристо-белый (рис. 1), очень легкий металл. На воздухе он мало изменяется, так как быстро покрывается тонким слоем оксида, защищающего его от дальнейшего окисления.

Рис. 1. Магний. Внешний вид.

Атомная и молекулярная масса магния

Относительной молекулярная масса вещества (M r) - это число, показывающее, во сколько раз масса данной молекулы больше 1/12 массы атома углерода, а относительная атомная масса элемента (A r) — во сколько раз средняя масса атомов химического элемента больше 1/12 массы атома углерода.

Поскольку в свободном состоянии магний существует в виде одноатомных молекул Mg, значения его атомной и молекулярной масс совпадают. Они равны 24,304.

Изотопы магния

Известно, что в природе магний может находиться в виде трех стабильных изотопов 24 Mg (23,99%), 25 Mg (24,99%) и 26 Mg (25,98%). Их массовые числа равны 24, 25 и 26 соответственно. Ядро атома изотопа магния 24 Mg содержит двенадцать протонов и двенадцать нейтронов, а изотопов 25 Mg и 26 Mg- такое же количество протонов, тринадцать и четырнадцать нейтронов соответственно.

Существуют искусственные изотопы магния с массовыми числами от 5-ти до 23-х и от 27-ми до 40-ка.

Ионы магния

На внешнем энергетическом уровне атома магния имеется два электрона, которые являются валентными:

1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 .

В результате химического взаимодействия маний отдает свои валентные электроны, т.е. является их донором, и превращается в положительно заряженный ион:

Mg 0 -2e → Mg 2+ .

Молекула и атом магния

В свободном состоянии магний существует в виде одноатомных молекул Mg. Приведем некоторые свойства, характеризующие атом и молекулу магния:

Сплавы магния

Главная область применения металлического магния - это получение на его основе различных легких сплавов. Прибавка к магнию небольших количеств других металлов резко изменяет его механические свойства, сообщая сплаву значительную твердость, прочность и сопротивляемость коррозии.

Особенно ценными свойствами обладают сплавы, называемые электронами. Они относятся к трем системам: Mg-Al-Zn, Mg-Mn и Mg-Zn-Zr. Наиболее широкое применение имеют сплавы системы Mg-Al-Zn, содержащие от 3 до 10% алюминия и от 0,2 до 3% цинка. Достоинством магниевых сплавов является их малая плотность (около 1,8 г/см 3).

Примеры решения задач

ПРИМЕР 1

История магния

Магний в виде металла был впервые получен Гемфри Дэви в 1808 году. Английский химик проводил процесс электролиза между влажной смесью белой магнезии и оксидом ртути, в результате чего получил сплав ртути с неизвестным металлом (амальгаму). После выгонки ртути Дэви получил новое вещество - порошок металла, который был назван магнием (calorizator). Через два десятилетия, в 1828 году француз А.Бюсси получил чистый металлический магний.

Магний является элементом главной подгруппы II группы III периода периодической системы химических элементов Д.И. Менделеева, имеет атомный номер 12 и атомную массу 24,305. Принятое обозначение - Mg (от латинского Magnesium ).

Нахождение в природе

По количеству содержания в земной коре магний занимает 8-е место среди минеральных веществ, он очень распространён. Природными источниками магния являются морская вода, ископаемые минеральные отложения и рассолы.

Магний является лёгким и ковким металлом, его цвет - серебристо-белый с явным металлическим блеском. В обычном состоянии покрыт плёнкой оксида магния, которую можно разрушить, нагрев металл до 600-650˚С. Магний сгорает, выделяя ослепительно белое пламя и образуя оксид и нитрид магния.

Суточная потребность в магнии

Суточная потребность в магнии зависит от возраста, пола и физического состояния человека. Для здорового взрослого человека составляет от 400 до 500 мг.

В продуктах питания содержится различное количество магния, расположим их по мере убывания содержания полезного микроэлемента:

• крупы ( и )
• молочные продукты, рыба,

Усвояемость магния

Всасывание органических соединений магния в основном происходит в двенадцатиперстной и толстой кишках, при чрезмерном употреблении кофеина, алкоголя и организм теряет значительную часть магния с мочой.

Взаимодействие с другими

Для организма важен баланс между и магнием, потому что именно эти минералы отвечают за нормальное состояние костной ткани и зубов. В аптечных витаминно-минеральных комплексах количество кальция и магния содержится в оптимальных количествах.

Нехватку магния в организме могут вызвать болезни почек, расстройство желудка, приём мочегонных средств и некоторых контрацептивов, чрезмерное увлечение алкоголем и кофеином. Признаками нехватки магния считают бессонницу, раздражительность, головокружения, нарушения сердцебиения и скачки кровяного давления, частые головные боли, чувство усталости, мерцающие точки перед глазами, судороги, мышечные спазмы, выпадение волос.

Признаки избытка магния

Признаками избытка магния считают:

• понос, тошноту, рвоту
• сонливость, замедление пульса
• нарушения координации, речи
• высыхание слизистых (во рту и носу).

Магний важен для эффективного функционирования нервов и мышц, важен для превращения сахара крови в энергию. Магний поддерживает здоровое состояние зубов, помогает предупредить отложения , камни в почках и желчном пузыре, приносит облегчение при несварении. Организм человека содержит приблизительно 21 г магния.

Магний нормализует деятельность сердечно-сосудистой и эндокринной систем организма, функции головного мозга, оказывает помощь при выведении токсинов и тяжёлых металлов.

Применение магния в жизни

Соединения магния (сплавы) используются в самолётостроении и автомобильном производстве из-за прочности и лёгкости магниевых сплавов. Магний применяется как химический источник тока, в медицине, военном деле, в фотографии.

Магний - (лат. Magnesium), Mg (читается «магний»), химический элемент IIА группы третьего периода периодической системы Менделеева, атомный номер 12, атомная масса 24,305. Природный магний состоит из трех стабильных нуклидов: 24 Mg (78,60% по массе), 25 Mg (10,11%) и 26 Mg (11,29%). Электронная конфигурация нейтрального атома 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 , согласно которой магний в стабильных соединениях двухвалентен (степень окисления +2). Магний относится к щелочноземельным металлам.

История открытия магния

Соединения магния были известны человеку с давних пор. Латинское название элемента происходит от названия древнего города Магнезия в Малой Азии, в окрестностях которого имеются залежи минерала магнезита.

В XVII в. начался новый период в истории химической науки. Именно в этот период произошло открытие, в значительной степени предвосхитившее открытие элемента магния. В 1695 г. Н. Гро, выпаривая минеральную воду Эпсомского источника (Англия), получил соль, обладавшую горьким вкусом и слабительным действием. Спустя несколько лет выяснилось, что при взаимодействии с «постоянной щелочью» (так в те времена называли соду и поташ) эта соль образует белый рыхлый порошок. Точно такой же порошок получался при прокаливании минерала, найденного в окрестностях греческого города Магнезии. За это сходство эпсомская соль получила название белой магнезии.

В 1808 г. Хэмфри Дэви при электролизе слегка увлажненной белой магнезии с окисью ртути получил амальгаму нового металла, который вскоре был из нее выделен и назван магнием. Правда, магний, полученный Дэви, был загрязнен примесями; первый действительно чистый магний получен А. Бюсси в 1829 г.

Нахождение в природе магния

Земная кора богата магнием – в ней содержится более 2,1% этого элемента. Лишь шесть элементов периодической системы встречаются на Земле чаще магния. Он входит в состав почти двухсот минералов. Но получают его в основном из трех – магнезита, доломита и карналлита.

Большие количества магния находятся в морской воде. Главными видами нахождения магнезиального сырья являются:

• морская вода - (Mg 0,12-0,13 %),
• карналлит - MgCl 2 KCl 6H 2 O (Mg 8,7 %),
• бишофит - MgCl 2 6H 2 O (Mg 11,9 %),
• кизерит - MgSO 4 H 2 O (Mg 17,6 %),
• эпсомит - MgSO 4 7H 2 O (Mg 16,3 %),
• каинит - KCl MgSO 4 3H 2 O (Mg 9,8 %),
• магнезит - MgCO 3 (Mg 28,7 %),
• доломит - CaCO 3 ·MgCO 3 (Mg 13,1 %),
• брусит - Mg(OH) 2 (Mg 41,6 %).

Магнезиальные соли встречаются в больших количествах в солевых отложениях самосадочных озёр. Месторождения ископаемых солей карналлита осадочного происхождения известны во многих странах.

Магнезит образуется преимущественно в гидротермальных условиях и относится к среднетемпературным гидротермальным месторождениям. Доломит также является важным магниевым сырьём. Месторождения доломита широко распространены, запасы их огромны. Они ассоциируют с карбонатными толщами и большинство из них имеет докембрийский или пермский возраст. Доломитовые залежи образуются осадочным путём, но могут возникать также при воздействии на известняки гидротермальных растворов, подземных или поверхностных вод.

Магний находится в следующих видах месторождений:

1. Ископаемые минеральные отложения (магнезиальные и калийно-магнезиальные соли)
2. Морская вода
3. Рассолы (рапа соляных озёр)
4. Природные карбонаты (доломит и магнезит)

Получение магния

Получают металл двумя способами – электротермическим (или металлотермическим) и электролитическим. Как явствует из названий, в обоих процессах участвует электричество. Но в первом случае его роль сводится к обогреву реакционных аппаратов, а восстанавливают окись магния, полученную из минералов, каким-либо восстановителем, например углем, кремнием, алюминием. Этот способ довольно перспективен, в последнее время он находит все большее применение. Однако основной промышленный способ получения магния – второй, электролитический.

Электролитом служит расплав безводных хлоридов Mg, калия и натрия; металлический магний выделяется на железном катоде, а на графитовом аноде разряжаются ионы хлора. Процесс идет в специальных ваннах-электролизерах. Расплавленный магний всплывает на поверхность ванны, откуда его время от времени выбирают вакуум-ковшом и затем разливают по формам.

Но на этом процесс не заканчивается: в таком магнии еще слишком много примесей.

Поэтому неизбежен второй этап – очистка магния. Рафинировать магний можно двумя путями – переплавкой и флюсами или возгонкой в вакууме. Смысл первого метода общеизвестен: специальные добавки – флюсы – взаимодействуют с примесями и превращают их в соединения, которые легко отделить от металла механическим путем. Второй метод – вакуумная возгонка – требует более сложной аппаратуры, но с его помощью получают более чистый магний. Возгонку ведут в специальных вакуум-аппаратах – стальных цилиндрических ретортах. «Черновой» металл помещают на дно реторты, закрывают ее и выкачивают воздух. Затем нижнюю часть реторты нагревают, а верхняя все время охлаждается наружным воздухом. Под действием высокой температуры магний возгоняется – переходит в газообразное состояние, минуя жидкое. Пары его поднимаются и конденсируются на холодных стенках верхней части реторты.

Таким путем можно получать очень чистый металл, содержащий свыше 99,99% магния.

Физические свойства магния

Металл в 5 раз легче меди, в 4,5 раза легче железа; даже алюминий в 1,5 раза тяжелее магния.

Магний - металл серебристо-белого цвета с гексагональной решёткой (a=3,21 Å c=5,21 Å). При обычных условиях поверхность магния покрыта прочной защитной плёнкой оксида магния MgO, которая разрушается при нагреве на воздухе до примерно 600 °C, после чего металл сгорает с ослепительно белым пламенем с образованием оксида и нитрида магния Mg 3 N 2 .

Плотность магния при 20 °C - 1,74 г/см³, температура плавления металла t пл = 650 °C, температура кипения - t кип = 1105 °C, теплопроводность при 20 °C - 156 Вт/(м К). Магний высокой чистоты пластичен, хорошо прессуется, прокатывается и поддается обработке резанием.

При горении магния выделяется большое количество ультрафиолетовых лучей и тепла – чтобы нагреть стакан ледяной воды до кипения, нужно сжечь всего 4 г магния.

Магний взрыво- и пожароопасен

Работа со сплавами магния иногда причиняет немало хлопот – магний легко окисляется. Плавку и литье этих сплавов приходится вести под слоем шлака – иначе расплавленный металл может загореться от соприкосновения с воздухом.

При шлифовке или полировке магниевых изделий над станком обязательно устанавливается раструб пылеотсасывающего устройства, потому что распыленные в воздухе мельчайшие частицы магния создают взрывоопасную смесь.

Однако это не значит, что всякая работа с магнием чревата опасностью пожара или взрыва. Поджечь магний можно, только расплавив его, а сделать это в обычных условиях не так-то просто – большая теплопроводность сплава не позволит спичке или даже факелу превратить литые изделия в белый порошок окиси. А вот со стружкой или тонкой лентой из магния нужно действительно обращаться очень осторожно.

Химические свойства магния

Химические свойства магния довольно своеобразны. Он легко отнимает кислород и хлор у большинства элементов, не боится едких щелочей, соды, керосина, бензина и минеральных масел. В то же время он совершенно не выносит действия морской и минеральной воды и довольно быстро растворяется в них. Почти не реагируя с холодной пресной водой, он энергично вытесняет водород из горячей.

Смесь порошкового магния с перманганатом калия KMnO 4 - взрывчатое вещество

Раскаленный магний реагирует с водой:
Mg (раск.) + Н 2 О = MgO + H 2 ;
Щелочи на магний не действуют, в кислотах он растворяется легко с выделением водорода:
Mg + 2HCl = MgCl 2 + H 2 ;
При нагревании на воздухе магний сгорает, с образованием оксида, также с азотом может образовываться небольшое количество нитрида:
2Mg + О 2 = 2MgO;
3Mg + N 2 = Mg 3 N 2

Так как оксид магния MgO при взаимодействии с водой щелочей не образует, а основание магния Mg(OH) 2 щелочными свойствами не обладает, магний, в отличие от своих «согруппников» - кальция, стронция и бария, не относится к числу щелочноземельных металлов.

Металлический магний при комнатной температуре реагирует с галогенами, например, с бромом:

Mg + Br 2 = MgBr 2 .

При нагревании магний вступает во взаимодействие с серой, давая сульфид магния:

Если в инертной атмосфере прокаливать смесь магния и кокса, то образуется карбид магния состава Mg 2 C 3 (следует отметить, что ближайший сосед магния по группе - кальций - в аналогичных условиях образует карбид состава СаС2). При разложении карбида магния водой образуется гомолог ацетилена - пропин С 3 Н 4:

Mg 2 C 3 + 4Н 2 О = 2Mg(OH) 2 + С 3 Н 4 .

Поэтому Mg 2 C 3 можно назвать пропиленидом магния.

В поведении магния есть черты сходства с поведением щелочного металла лития (пример диагонального сходства элементов в таблице Менделеева). Так, магний, как и литий, реагирует с азотом (реакция магния с азотом протекает при нагревании), в результате образуется нитрид магния:

3Mg + N 2 = Mg 3 N 2 .

Как и нитрид лития, нитрид магния легко разлагается водой:

Mg 3 N 2 + 6Н 2 О = 3Mg(ОН) 2 + 2NН 3 .

Сходство с литием проявляется у магния и в том, что его карбонат MgCO 3 и фосфат Mg 3 (PO 4) 2 в воде плохо растворимы, как и соответствующие соли лития.

С кальцием магний сближает то, что присутствие в воде растворимых гидрокарбонатов этих элементов обусловливает жесткость воды. Как и в случае гидрокарбоната кальция, жесткость, вызванная гидрокарбонатом магния Mg(HCO3) 2 , - временная. При кипячении гидрокарбонат магния Mg(HCO 3) 2 разлагается и в осадок выпадает его основной карбонат - гидроксокарбонат магния (MgOH) 2 CO 3:

2Mg(HCO 3) 2 = (MgOH) 2 CO 3 + 3CO 2 + Н 2 О.

Перхлорат магния Mg(ClO 4) 2 , энергично взаимодействующий с парами воды, хорошо осушающий воздух или другой газ, проходящий через его слой. При этом образуется прочный кристаллогидрат Mg(ClO 4) 2 ·6Н 2 О. Это вещество можно вновь обезводить, нагревая в вакууме при температуре около 300°C. За свойства осушителя перхлорат магния получил название «ангидрон».

Влияние магния на организм человека

Магний - один из важных биогенных элементов, в значительных количествах содержится в тканях животных и растений. Магний является кофактором многих ферментативных реакций. Магний необходим для превращения креатина фосфата в АТФ - нуклеотид, являющийся универсальным поставщиком энергии в живых клетках организма. Поэтому магний является тем элементом, который контролирует энергетику организма. Магний необходим на всех этапах синтеза белка. Установлено также, что 80-90 % современных людей страдают от дефицита магния. Это может проявляться по-разному: бессонница, хроническая усталость, остеопороз, артрит, фибромиалгия, мигрень, мышечные судороги и спазмы, сердечная аритмия, запоры, предменструальный синдром (ПМС) и прочие симптомы и болезни. А при частом употреблении слабительных, алкоголя, больших психических и физических нагрузках потребность в магнии увеличивается.

Статистика утверждает, что у жителей районов с более теплым климатом спазмы кровеносных сосудов случаются реже, чем у северян. Медицина объясняет это особенностями питания тех и других. Ведь известно, что внутривенные и внутримышечные вливания растворов некоторых солей магния снимают спазмы и судороги. Накопить в организме необходимый запас этих солей помогают фрукты и овощи. Особенно богаты магнием абрикосы, персики и цветная капуста. Есть он и в обычной капусте, картофеле, помидорах.

По результатам последних исследований обнаружено, что цитрат магния является наиболее усваиваемым магниесодержащим продуктом.

Чтобы усвоить кальций, организму необходим магний. Одним из наиболее биологически целесообразных источников магния при транскутанном (чрезкожном) всасывании является минерал бишофит, широко использующийся в целях медицинской реабилитации, физиотерапии и санаторно-курортного лечения.

Несколько лет назад ученые Миннесотского университета в США избрали объектом научного исследования яичную скорлупу. Им удалось установить, что скорлупа тем прочнее, чем больше она содержит магния. Значит, изменяя состав корма для несушек, можно повысить прочность скорлупы.

Французские биологи считают, что магний поможет медикам в борьбе с таким серьезным недугом XX в., как переутомление. Исследования показывают, что в крови уставших людей содержится меньше магния, чем у здоровых, а даже самые ничтожные отклонения «магниевой крови» от нормы не проходят бесследно.

Важно помнить, что в тех случаях, когда человек часто и по любому поводу раздражается, магний, содержащийся в организме, «сгорает». Вот почему у нервных, легко возбудимых людей нарушения работы сердечных мышц наблюдаются значительно чаще.

Магний (лат. Magnesium), Mg, химический элемент II группы периодической системы Менделеева, атомный номер 12, атомная масса 24,305. Природный Магний состоит из трех стабильных изотопов: 24 Mg (78,60%), 25 Mg (10,11%) и 26 Mg (11,29%). Магний открыт в 1808 году Г. Дэви, который подверг электролизу с ртутным катодом увлажненную магнезию (давно известное вещество); Дэви получил амальгаму, а из нее после отгонки ртути - новый порошкообразный металл, названный магнием. В 1828 году французский химик А. Бюсси восстановлением расплавленного хлорида Магния парами калия получил Магний в виде небольших шариков с металлическим блеском.

Распространение Магния в природе. Магний - характерный элемент мантии Земли, в ультраосновных породах его содержится 25,9% по массе. В земной коре Магния меньше, средний кларк его 1,87%; преобладает Магний в основных породах (4,5%), в гранитах и других кислых породах его меньше (0,56%). В магматических процессах Mg 2+ - аналог Fe 2+ , что объясняется близостью их ионных радиусов (соответственно 0,74 и 0,80 Å). Mg 2+ вместе с Fe 2+ входит в состав оливина, пироксенов и других магматических минералов.

Минералы Магния многочисленны - силикаты, карбонаты, сульфаты, хлориды и другие. Более половины из них образовались в биосфере - на дне морей, озер, в почвах и т. д.; остальные связаны с высокотемпературными процессами.

В биосфере наблюдается энергичная миграция и дифференциация Магния; здесь главная роль принадлежит физико-химическим процессам - растворению, осаждению солей, сорбции Магний глинами. Магний слабо задерживается в биологическом круговороте на континентах и с речным стоком поступает в океан. В морской воде в среднем 0,13% Магния - меньше, чем натрия, но больше всех других металлов. Морская вода не насыщена Магнием и осаждения его солей не происходит. При испарении воды в морских лагунах в осадках вместе с солями калия накапливаются сульфаты и хлориды Магния. В илах некоторых озер накапливается доломит (например, в озере Балхаш). В промышленности Магний получают в основном из доломитов, а также из морской воды.

Физические свойства Магния. Компактный Магний - блестящий серебристо-белый металл, тускнеющий на воздухе вследствие образования на поверхности окисной пленки. Магний кристаллизуется в гексагональной решетке, а = 3,2028Å, с = 5,1998Å. Атомный радиус 1,60Å, ионный радиус Mg 2+ 0,74Å. Плотность Магния 1,739 г/см 3 (20 °С); t пл 651 °С; t кип 1107 °С. Удельная теплоемкость (при 20 °С) 1,04·10 3 дж/(кг·К), то есть 0,248 кал/(г·°С); теплопроводность (20 °С) 1,55·10 2 вт/(м·К), то есть 0,37 кал/(см·сек·°С); термический коэффициент линейного расширения в интервале 0-550 °С определяется из уравнения 25,0·10 -6 + 0,0188 t. Удельное электрическое сопротивление (20 °С) 4,5·10 -8 ом·м (4,5 мком·см). Магний парамагнитен, удельная магнитная восприимчивость +0,5·10 -6 , Магний - относительно мягкий и пластичный металл; его механические свойства сильно зависят от способа обработки. Например, при 20 °С свойства соответственно литого и деформированного Магния характеризуются следующими величинами: твердость по Бринеллю 29,43·10 7 и 35,32·10 7 н/м 2 (30 и 36 кгс/мм 2), предел текучести 2,45·10 7 и 8,83·10 7 н/м 2 (2,5 и 9,0 кгс/мм 2), предел прочности 11,28·10 7 и 19,62·10 7 н/м 2 (11,5 и 20,0 кгс/мм 2), относительное удлинение 8,0 и 11,5%.

Химические свойства Магния. Конфигурация внешних электронов атома Магния 3s 2 . Во всех стабильных соединениях Магний двухвалентен. В химическом отношении Магний - весьма активный металл. Нагревание до 300-350 °С не приводит к значительному окислению компактного Магния, так как поверхность его защищена оксидной пленкой, но при 600-650 °С Магний воспламеняется и ярко горит, давая оксид магния и отчасти нитрид Mg 3 N 2 . Последний получается и при нагревании Магния около 500 °С в атмосфере азота. С холодной водой, не насыщенной воздухом, Магний почти не реагирует, из кипящей медленно вытесняет водород; реакция с водяным паром начинается при 400 °С. Расплавленный Магний во влажной атмосфере, выделяя из Н 2 О водород, поглощает его; при застывании металла водород почти полностью удаляется. В атмосфере водорода Магний при 400-500 °С образует MgH 2 .

Магний вытесняет большинство металлов из водных растворов их солей; стандартный электродный потенциал Mg при 25 °С - 2,38 в. С разбавленными минеральными кислотами Магний взаимодействует на холоду, но в плавиковой кислоте не растворяется вследствие образования защитной пленки из нерастворимого фторида MgF 2 . В концентрированной H 2 SО 4 и смеси ее с НNО 3 Магний практически нерастворим. С водными растворами щелочей на холоду Магний не взаимодействует, но растворяется в растворах гидрокарбонатов щелочных металлов и солей аммония. Едкие щелочи осаждают из растворов солей гидрооксид Магния Mg(OH) 2 , растворимость которой в воде ничтожна. Большинство солей Магния хорошо растворимо в воде, например сульфат магния, мало растворимы MgF 2 , MgCО 3 , Mg 3 (PO 4) 2 и некоторые двойные соли.

При нагревании Магний реагирует с галогенами, давая галогениды; с влажным хлором уже на холоду образуется MgCl 2 . При нагревании Магний до 500-600 °С с серой или с SO 2 и H 2 S может быть получен сульфид MgS, с углеводородами - карбиды MgC 2 и Mg 2 C 3 . Известны также силициды Mg 2 Si, Mg 3 Si 2 , фосфид Mg 3 P 2 и других бинарные соединения. Магний - сильный восстановитель; при нагревании вытесняет другие металлы (Be, Al, щелочные) и неметаллы (В, Si, С) из их оксидов и галогенидов. Магний образует многочисленные металлоорганические соединения, определяющие его большую роль в органических синтезе. Магний сплавляется с большинством металлов и является основой многих технически важных легких сплавов.

Получение Магния. В промышленности наибольшее количество Магния получают электролизом безводного хлорида MgCl 2 или обезвоженного карналлита KCl·MgCl 2 ·6H 2 O. В состав электролита входят также хлориды Na, К, Са и небольшое количество NaF или CaF 2 . Содержание MgCl 2 в расплаве - не менее 5-7%; по мере хода электролиза, протекающего при 720-750 °С, проводят корректировку состава ванны, удаляя часть электролита и добавляя MgCl 2 или карналлит. Катоды изготовляют из стали, аноды - из графита. Расплавленный Магний, всплывающий на поверхность электролита, периодически извлекается из катодного пространства, отделенного от анодного перегородкой, не доходящей до дна ванны. В состав чернового Магния входят до 2% примесей; его рафинируют в тигельных электрических печах под слоем флюсов и разливают в изложницы. Лучшие сорта первичного Магния содержат 99,8% Mg. Последующая очистка Магния проводится сублимацией в вакууме: 2-3 сублимации повышают чистоту Магний до 99,999%. Анодный хлор после очистки используется для получения безводного MgCl 2 из магнезита, тетрахлорида титана TiCl 4 из оксида ТiO 2 и других соединений.

Другие способы получения Магния - металлотермический и углетермический. По первому брикеты из прокаленного до полного разложения доломита и восстановителя (ферросилиция или силикоалюминия) нагревают при 1280-1300°С в вакууме (остаточное давление 130-260 н/м 2 , т.е. 1-2 мм рт.ст.). Пары Магния конденсируют при 400-500 °С. Для очистки его переплавляют под флюсом или в вакууме, после чего разливают в изложницы. По углетермическому способу брикеты из смеси угля с окисью Магний нагревают в электропечах выше 2100 °С; пары Магния отгоняют и конденсируют.

Применение Магния. Важнейшая область применения металлического Магния - производство сплавов на его основе. Широко применяют Магний в металлотермических процессах получения трудновосстанавливаемых и редких металлов (Ti, Zr, Hf, U и других), используют Магний для раскисления и десульфурации металлов и сплавов. Смеси порошка Магния с окислителями служат как осветительные и зажигательные составы. Широкое применение находят соединения Магния.

Магний в организме. Магний - постоянная часть растительных и животных организмов (в тысячных - сотых долях процента). Концентраторами Магния являются некоторые водоросли, накапливающие до 3% Магний (в золе), некоторые фораминиферы - до 3,5%, известковые губки - до 4% . Магний входит в состав зеленого пигмента растений - хлорофилла (в общей массе хлорофилла растений Земли содержится около 100 млрд. т Магний), а также обнаружен во всех клеточных органеллах растений и рибосомах всех живых организмов. Магний активирует многие ферменты, вместе с кальцием и марганцем обеспечивает стабильность структуры хромосом и коллоидных систем в растениях, участвует в поддержании тургорного давления в клетках. Магний стимулирует поступление фосфора из почвы и его усвоение растениями, в виде соли фосфорной кислоты входит в состав фитина. Недостаток Магния в почвах вызывает у растений мраморность листа, хлороз растений (в подобных случаях используют магниевые удобрения). Животные и человек получают Магний с пищей. Суточная потребность человека в Магнии - 0,3-0,5 г; в детском возрасте, а также при беременности и лактации эта потребность выше. Нормальное содержание Магния в крови - примерно 4,3 мг%; при повышенном содержании наблюдаются сонливость, потеря чувствительности, иногда паралич скелетных мышц. В организме Магний накапливается в печени, затем значительная его часть переходит в кости и мышцы. В мышцах Магний участвует в активировании процессов анаэробного обмена углеводов. Антагонистом Магния в организме является кальций. Нарушение магниево-кальциевого равновесия наблюдается при рахите, когда Магний из крови переходит в кости, вытесняя из них кальций. Недостаток в пище солей Магния нарушает нормальную возбудимость нервной системы, сокращение мышц. Крупный рогатый скот при недостатке Магния в кормах заболевает так называемой травяной тетанией (мышечные подергивания, остановка роста конечностей). Обмен Магния у животных регулируется гормоном паращитовидных желез, понижающим содержание Магний в крови, и проланом, повышающим содержание Магния. Из препаратов Магния в медицинской практике применяют: сульфат Магния (как успокаивающее, противосудорожное, спазмолитическое, слабительное и желчегонное средство), магнезию жженую (магния оксид) и карбонат Магния (как щелочи, легкое слабительное).