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

Сила, притяжение, власть – так трактовал слово «магнес» народ древней Греции. В этой стране был город с названием Магнезия. Возле этих населенных пунктов добывали магнитный железняк, который, как известно, обладает силой притягивать металлические предметы.

Но, металл магний назван не в честь железосодержащей породы, а в честь порошка «белая магнезия». Его греки получали из минерала, так же имевшегося возле древнего поселения. После прокаливания, камень превращался в белый порошок — окись магния . О том, что веществе металл греки не знали, зато, заметили лечебные свойства состава. Он помогал при болезнях печени, почек, играл роль слабительного.

Препарат не выходил из обихода веками и, в 1808-ом году Гефри Дэви выделил из него в ходе опытов неизвестный металл. Долго не думая, ученый из Англии назвал открытый элемент магнезий. Так его и поныне именуют в Европе. Русские же называют металл магнием благодаря учебнику Герману Гессу. Несмотря на немецкие корни, химик русский. В 1831-ом он переводил западный учебник. Слово «магнезий» ученый преобразовал в «магний». Так в отечественной науке элемент и получил особое название.

В периодической таблице химических элементов Магний занимает 12-ю позицию. Он располагается в основной подгруппе группы под номером два. Элемент белый с серебристыми отблесками. Такая расцветка характерна для всех щелочно — земельных металлов, к коим наряду со стронцием, радием и барием, относится и магний. Он «пушинка» среди металлов. К примеру, железо и медь практически в 5 раз тяжелее. Даже легковесный алюминий перетянет элемент №12 на чаше .

Легкость магния на руку конструкторам и производителям летательных аппаратов. Они не должны быть тяжеловесными, чтобы обладать хорошими летательными свойствами. Однако, использовать для тех же самолетов чистый металл №12 нельзя. Он слишком мягок, податлив.

Приходится изготавливать сплавы с марганцем , алюминием или . Они придают марганцу прочность, при этом не сильно утяжеляя. Смеси идут, в основном, на производство обшивки «железных птиц». Первый самолет на основе магниевых сплавов, кстати, дело рук отечественных авиатехников. Судно создали еще в 1934-ом году и назвали «Серго Орджонекидзе».

Элемент магний весьма проблематично переплавить. Требуется всего лишь 650 градусов Цельсия. Однако, уже при 550-ти металл вспыхивает и растворяется в атмосфере. Выделяемое пламя весьма эффектно, поэтому металл нашел применение в пиротехнической промышленности.

Без него не обходится ни один фейерверк или бенгальский огонь. Если дома хранится магний, лучше не проливать рядом с ним хлорку. В присутствии хлора 12-ый элемент загорается даже при температуре в 25 градусов.

Продуктами горения магния являются лучи ультрафиолетового спектра и тепло. Даже несколько граммов металла хватит, чтобы вскипятить 200 миллилитров воды. Этого вполне достаточно, чтобы попить чаю. Ученые же из Варшавы решили «заставить» элемент подогревать пищу. В банки для консервов физики встроили магниевую ленту . При открытии тары, вставка воспламеняется, нагревая содержимое банки. Вот такой готовый обед.

Производить самонагревающиеся консервные банки можно тысячелетиями. Залежи магния в недрах соперничают с запасами лишь 7-ми элементов. Больше только кремния, кислорода, железа, алюминия и кальция. Металл №12 входит в состав двух сотен минералов. Из и карналлита элемент добывают в промышленных масштабах.

Магний также является основной составляющей магмы – раскаленного слоя между ядром планеты и ее поверхностью. В морской же воде элемента №12 и вовсе 4 килограмма на каждый кубометр.

Если воду океанов смешать с раковинами, растолченными в порошок, получится хлорид магния . Из него методом электролиза можно выделить чистый металл. Но, пользовались этим методом только во время второй мировой. Добыли около 100 тысяч тонн элемента №12 и успокоились, ведь перерабатывать ресурсы морей в огромных баках дело хлопотное.

Для металлургии – одного из основных потребителей магния, хватает и его запасов в земной коре. Металл необходим при производстве практически всех сплавов. Элемент №12 уменьшает в них содержание кислорода, который резко ухудшает качество продукции. Заставить магний стать частью какого-либо сплава нелегко. Из-за легкости, он не тонет в других металлах. Из-за «взрывной реакции» на воздух, вспыхивает на поверхности смесей.

Металлургам приходится прессовать капризный металл в брикеты, помещать внутрь них грузила и, только после, опускать в состав для переплавки.

Легковесность магния привлекла и . Они добавляют элемент в драгоценные сплавы, чтобы облегчить изделия. Это весьма кстати, если украшение объемное, внушительных габаритов. Носить на себе неимоверную для ювелирного изделия тяжесть хочет не каждый. Магний приходит на помощь.

Но, если ювелирное дело без магния возможно, то жизнь, нет. Металл магний входит в состав хлоровфилла. Он – часть растительности, вещество, отвечающее за фотосинтез. То есть, без элемента №12 был бы невозможен процесс преобразования углекислого газа в кислород. Атмосфера планеты была бы другой, так что человечество на Земле вряд ли бы появилось, не будь на ней магния.

Этот металл и человеческому сердцу помогает биться, не только за счет поставки ему кислорода. Магний необходим для стабильной работы сердечной мышцы. По статистике, инфаркты происходят, в основном, у людей, в организме которых недостаточно элемента №12. Поэтому, не помешает есть семечки тыквы, отруби, пить какао и чай. В этих продуктах магния больше всего.

Магний - широко распространенный в природе металл, имеющий огромное биогенное значение для человека. Он является составной частью большого количества различных минералов, морской воды, гидротермальных вод.

Свойства

Серебристый блестящий металл, очень легкий и пластичный. Немагнитный, обладает высокой теплопроводностью. При нормальных условиях на воздухе покрывается оксидной пленкой. При нагревании свыше 600 °С металл горит с выделением большого количества тепла и света. Горит в углекислом газе и активно реагирует с водой, поэтому его бесполезно тушить традиционными способами.

Магний не взаимодействует со щелочами, реагирует с кислотами с выделением водорода. Устойчив к галогенам и их соединениям; например, не взаимодействует с фтором, плавиковой кислотой, сухим хлором, йодом, бромом. Не разрушается под воздействием нефтепродуктов. Магний малостоек к коррозии, этот недостаток исправляют добавлением в сплав небольших количеств титана, марганца, цинка, циркония.

Магний необходим для здоровья сердечно-сосудистой и нервной систем, для синтеза белов и усвоения организмом глюкозы, жиров и аминокислот. Оротат магния (витамин В13) играет важную роль в обмене веществ, нормализует сердечную деятельность, препятствует отложению холестерина на стенках сосудов, увеличивает работоспособность организма спортсменов, не уступая по эффективности стероидным препаратам.

Получают магний различными способами, из природных минералов и морской воды.

Применение

Большая часть добываемого магния используется для производства магниевых конструкционных сплавов, востребованных в авиационной, автомобильной, атомной, химической, нефтеперерабатывающей промышленности, в приборостроении. Магниевые сплавы отличаются легкостью, прочностью, высокой удельной жесткостью, хорошей обрабатываемостью. Они немагнитны, отлично отводят тепло, обладают в 20 раз большей устойчивостью к вибрации, чем легированная сталь. Магниевые сплавы применяются для изготовления резервуаров для хранения бензина и нефтепродуктов, деталей атомных реакторов, отбойных молотков, пневмотруб, вагонов; емкостей и насосов для работы с плавиковой кислотой, для хранения брома и йода; корпусов ноутбуков и фотоаппаратов.
- Магний широко используется для получения некоторых металлов методом восстановления (ванадий, цирконий, титан, бериллий, хром и т. д.); для придания стали и чугуну лучших механических характеристик, для очистки алюминия.
- В чистом виде входит в состав многих полупроводников.
- В химической промышленности порошковый магний используют для осушения органических веществ, например, спирта, анилина. Магнийорганические соединения применяются в сложном химическом синтезе (например, для получения витамина А).
- Порошок магния востребован в ракетной технике в качестве высококалорийного горючего. В военном деле - при производстве осветительных ракет, трассирующих боеприпасов, зажигательных бомб.
- Чистый магний и его соединения идут на изготовление химических мощных источников тока.
- Окись магния применяется для изготовления тиглей и металлургических печей, огнеупорного кирпича, при изготовлении синтетической резины.
- Кристаллы фторида магния востребованы в оптике.
- Гидрид магния представляет собой твердый порошок, содержащий большой процент водорода, который легко получить нагреванием. Вещество используется в качестве «хранилища» водорода.
- Сейчас реже, но раньше порошок магния широко использовался в химических фотовспышках.
- Соединения магния используют для отбеливания и протравливания тканей, для изготовления теплоизоляционных материалов, особых сортов кирпича.
- Магний входит в состав многих лекарственных средств, как внутреннего, так и наружного (бишофит) применения. Его используют как противосудорожное, слабительное, седативное, сердечное, противоспазматическое средство, для регуляции кислотности желудочного сока, как антидот при отравлении кислотами, как дезинфицирующее желудочное средство, для лечения травм и суставов.
- Магний стеарат используется в фармацевтической и косметической промышленности как наполнитель таблеток, пудры, кремов, теней; в пищевой промышленности применяется как пищевая добавка Е470, предупреждающая слеживание продуктов.

В химическом магазине «ПраймКемикалсГрупп» вы можете купить химический магний и его различные соединения - магний стеарат, бишофит магний хлористый, магний углекислый и другие, а также широкий спектр хим реактивов , лабораторной посуды и других товаров для лабораторий и производства. Цены и уровень сервиса вам понравятся!

Наименование магнезия встречается еще в Лейденском папирусе, который датируется третьим веком. Дэви в 1808 году, получил небольшое количество нечистого металлического магния, подвергая электролизу белую магнезию. В чистом виде данный металл получил лишь в 1829 годуБусси.

Основной областью применения магния является использование металла в качестве легкого конструкционного материала. Сплавы данного элемента все чаще начинают использоваться в автомобилестроении, полиграфии, текстильной промышленности. Данные сплавы могут использоваться в производстве корпусов автомобильных двигателей, шасси и фюзеляжей самолетов. Магний применяется не в одной лишь авиации, его используют и в изготовления лестниц, грузовых платформ, мостков в доках, подъемников и транспортеров, в производстве оптического и фотографического оборудования.

Огромную роль магний играет в металлургии. Применяется он в качестве восстановителя при производстве некоторых ценных и редких металлов - титана, ванадия, циркония, хрома. Источники электрического тока, созданные на основе магния, отличаются довольно высоким значением удельной энергетической характеристики, высокими разрядными напряжениями.

Магний, как макроэлемент, играет огромную роль в жизнедеятельности, что проявляется в том, что элемент выступает универсальным регулятором физиологических и биохимических процессов в живом организме. Образовывая обратимые связи с огромным количеством органических веществ, магний обеспечивает возможность метаболизма примерно трем сотням ферментов, а именно фосфофруктокиназы, креатинкиназы, аденилатциклазы, ферментов белкового синтеза, K-Na-АТФазы, Са-АТФазы, трансмембранного транспорта ионов, гликолиза, и других. Магний необходим и для поддержания структуры нуклеиновых кислот, некоторых белков и рибосом. Микроэлемент принимает участие в синтезе белка, реакциях окислительного фосфорилирования, образовании фосфатов богатых энергией, в обмене нуклеиновых кислот и липидов.

Биологические свойства

Как известно, в зеленых листьях растений содержатся хлорофиллы. Они являются ничем иным, как магнийсодержащими порфириновыми комплексами, участвующими в фотосинтезе.

Магний, кроме всего прочего, также очень тесно вовлечен в биохимические процессы организмов животных. Для инициирования ферментов необходимы ионы магния, отвечающие за превращение фосфатов, а также для метаболизма углеводов и для переноса нервного импульса. Кроме того, они также участвуют в процессе сокращения мышц, который инициируется ионами кальция.

Магний, как макроэлемент, играет огромную роль в жизнедеятельности, что проявляется в том, что элемент выступает универсальным регулятором физиологических и биохимических процессов в живом организме. Образовывая обратимые связи с огромным количеством органических веществ, магний обеспечивает возможность метаболизма примерно трем сотням ферментов, а именно фосфофруктокиназы, креатинкиназы, аденилатциклазы, ферментов белкового синтеза, K-Na-АТФазы, Са-АТФазы, трансмембранного транспорта ионов, гликолиза, и других. Магний необходим и для поддержания структуры нуклеиновых кислот, некоторых белков и рибосом. Микроэлемент принимает участие в синтезе белка, реакциях окислительного фосфорилирования, образовании фосфатов богатых энергией, в обмене нуклеиновых кислот и липидов.

Магний занимается контролем нормального функционирования миокардиоцитов. Микроэлемент имеет огромное значение регуляции сократительной функции миокарда. Отдельное значение магний имеет в функционировании проводящей системы сердца и нервной системы. Достаточная обеспеченность магнием организма способствует легкой переносимости стрессовых ситуаций, а также подавлению депрессии. Очень важен магний и для метаболизма натрия, кальция, фосфора, витамина С, а также калия. Магний отлично взаимодействует с А-витамином. Так что можно заметить, что магний следит за нормальным функционированием не только отдельных клеток, но и в целом отделов сердца - желудочков, предсердий.

Довольно значительное количество магния содержится в зерновых культурах (мука грубого помола, пшеничные отруби) и в орехах, урюке, кураге, финиках, какао (порошок), сливах (чернослив). Богаты магнием также рыба (особенно лососевые), хлеб с отрубями, соя, орехи, шоколад, арбузы, свежие фрукты (в частности бананы). Магний содержится в крупах (гречневая, овсяная, пшенная), бобовых (горох, фасоль), морской капусте, кальмарах, яйцах, мясе, хлебе (особенно ржаном грубого помола), зелени (шпинате, петрушке, салате, укропе), лимонах, грейпфрутах, миндале, орехах, халве (подсолнечной и тахинной), яблоках.

В организме здорового взрослого человека содержится примерно 140 г магния (что составляет 0,2% от веса тела). Принятой нормой употребления магния для взрослых равна 4 мг/кг. В среднем это составляет для мужчин 350 мг/сут, а для женщин 280 мг/сут. Суточная потребность человеческого организма в магнии составляет около 280-500 мг. Дефицит магния в организме будет вызываться употреблением алкоголя, гипертермией, приемом диуретических препаратов.

Магний является нетоксичным. Доза летального исхода не определена для человека. В результате чрезмерных передозировок соединений магния (например, антацидами) появляется риск отравления. При достижении концентраций магния в крови 15-18% мг наступает наркоз.

При желании можно добывать магний даже из обыкновенного булыжника: каждый килограмм камня, который используется для мощения дорог, содержание магния составляет примерно 20 грамм. Но в таком производстве, правда, нет пока необходимости, т.к. магний, добываемый из дорожного камня, стал бы слишком дорогостоящим удовольствием.

В одном кубическом метре морской воды содержание магния составляет примерно 4 килограмма. В общем же в составе вод мировых океанов растворено более чем 6·10 16 тонн данного химического элемента.

У примерно 90% больных, которые перенесли инфаркт миокарда, выявляют дефицит магния, усиливающийся в самом остром периоде заболевания.

При физических нагрузках потребность человеческого организма в магнии существенно увеличивается, например, у спортсменов во время интенсивных и длительных тренировок, в ходе ответственных спортивных соревнований, при возникновении стрессовых ситуаций. Потеря магния человеческим организмом в подобных ситуациях сопоставима со степенью эмоциональной или физической нагрузки.

Чтобы поджечь магний, нужно просто поднести зажженную спичку к нему, в атмосфере хлора магний начинает греть даже при сохранении комнатной температуры. При сгорании магния начинает выделяться огромное количество тепла и ультрафиолетовых лучей: четыре грамма данного «топлива» хватает для того, чтобы довести до кипения стакан с ледяной водой.

Опыты, которые провели венгерские ученые на животных, дали следующую информацию. Недостаток магния в живом организме повышает предрасположенность существа к инфарктам. Одной части собак давали пищу, которая была богата солями данного элемента, а другим - бедную. В окончании эксперимента собаки, у которых в рационе было слишком мало магния, были поражены инфарктом миокарда.

Магний отвечает за защиту организма от процессов, связанных со старением и заболеваниями.

В экспериментах с пшеничными посевами было отмечено, что влияние экстрасенсов поспособствовало увеличению в семенах количества магния.

Чем большее количество магния содержится в рационе, тем меньшей будет вероятность появления онкологических заболеваний толстой и прямой кишок. Ученые полагают, что данный микроэлемент способен воздействовать на клетки кишечника, при этом они не дают разрастаться и перерождаться им.

Соотношение мужщин иженщин, которые страдают от дефицита магниея, составлят 1:3.

Исследования ученых показали, что каждодневный прием магния в размере 500-700 миллиграмм снижает уровень триглицеридов, а также холестерина в крови. Самым усвояемым препаратом данной области является магния глицинат, всасывание его не находится в зависимости с кислотностью желудка, препарат не не вызывает поносов, раздражает кишечник.

При дефиците магния, организм «забирает» микроэлемент из костей, именно поэтому после длительной недостаточности магния наблюдается сильное отложение солей кальция на стенках артериальных сосудов, в почках и сердечной мышце.

История

Наименование магнезия встречается еще в Лейденском папирусе, который датируется третьим веком. Название происходит, скорее всего, от названия городка на гористом ландшафте Фессалии, от города Магнисия. В древности магнесийским камнем называлась магнитная окись железа, магнесом называли магнит. Данные названия со временем перешли в латинский язык и другие языки.

Вероятнее всего, внешнее сходство пиролюзита (двуокиси марганца) с магнитной окисью железа привело к тому, что магнезийский камень, магнетис и магне стали называнием минералов и руд темно-коричневой и темной окраски, а в последствие так стали называть и другие минералы.

Слово магнес (лат. Magnes) в алхимической литературе означало не одно, а многие вещества, к примеру, гераклийский камень, ртуть, эфиопский камень. Минералы, содержащие магний, также были известны со времен глубокой древности (нефрит, тальк, доломит, асбест и другие) и уже в то время они находили широкое применение.

Но их не считали индивидуальными веществами, было мнение, что это просто видоизменения других, куда более известных минералов, а чаще всего извести. Исследования минеральной воды в Эпсомском источнике в Англии, который был открыт в 1618 г. помогли установить факт того, что в минералах, содержащих магний, а также солях, присутствует особенное металлическое основание.

Грю в 1695 г. из эпсомской воды, горькой на вкус, выделил твердую соль, при этом, указав, что соль эта по своей природе ощутимо отличается от всех иных солей. В XVIII веке многие видные аналитики-химики занимались эпсомской солью, среди них и Блэк, и Бергман, и Нейман и др. После того как были открыты водные источники похожие на Эпсомский, в континентальной Европе, данные исследования стали разворачиваться еще шире.

Вероятнее всего, именно Нейман был первым, кто предложил назвать эпсомскую соль (а это был карбонат магния) не черной (пиролюзит), а белой магнезией. Земля белой магнезии (В то время земля - твердое вещество) (или «Magnesia alba»), у которой было название магнезия, фигурировала в списке простых тел Лавуазье, при этом синонимом данной земли Лавуазье считал "основание эпсомской соли" (или «base de sel d"Epsom»). В российской литературе первой половины XIX века магнезию иногда именовали горькоземом.

Дэви в 1808 году, получил небольшое количество нечистого металлического магния, подвергая электролизу белую магнезию. В чистом виде данный металл получил лишь в 1829 году Бусси. Сначала Дэви предложил называть новый элемент и новый металл магнием (лат. Magnium), но ни в коем случае не магнезией, которая в те времена означала металлическое основание пиролюзита (лат. Magnesium).

Тем не менее, после того, как название черной магнезии со временем изменили, Дэви все-таки предпочел снова называть металл магнезием. Хотелось бы отметить тот факт, что первоначально название «магний» уцелело лишь в русском языке, произошло это лишь благодаря учебнику Гесса. Ученые начала XIX века предлагали еще несколько различных вариантов названия, например, магнезий, горькоземий (Щеглов), магнезь (Страхов).

Нахождение в природе

Земная кора довольно богата магниемсодержание в ней магния составляет более 2,1% по массе. Всего лишь 6 элементов периодической системы химических элементов Дмитрия Ивановича Менделеева встречаются на нашей планете чаще, чем магний. Магний находится в составе около двух сотен минералов. А вот получают его по большей части всего из трех - карналлита, магнезита и доломита.

Магний присутствует в горных кристаллических породах в форме нерастворимого карбоната или сульфата, кроме того, (но в куда менее доступном виде) в форме силикатов. Оценка общего содержания магния в огромной степени зависит от используемой на практике геохимической модели, а конкретно, от весового отношения осадочных и вулканических горных пород. На данный момент используют значения 2% -13,3%. Скорее всего, самым приемлемым считается значение 2,76%, ведь оно ставит магний шестым по распространенности после кальция, которого (4,66%) и перед калием (1,84%) и натрием (2,27%).

В Российской Федерации находятся богатейшие месторождения магнезита, которые располагаются в Оренбургской области (Халиловское) и на Среднем Урале (Саткинское месторождение). В районе г. Соликамска разрабатывают самое крупное во всем мире месторождение одного из важнейших магниевых минералов - карналлита. Доломит считается самым распространенным магнийсодержащим минералом, наиболее часто встречается он в Московской и Ленинградской областях, Донбассе, а также многих других местах.

Существенные просторы суши, как, например, Доломитовые Альпы на территории современной Италии, состоят по большей части из минерала под названием доломит MgCa(CO3)2. В таких местах можно повстречать в том числе и осадочные минералы магния: карналлит K2MgCl4·6H2O, магнезит MgCO3, лангбейнит K2Mg2(SO4)3, эпсомит MgSO4·7H2O.

Огромные запасы магния присутствуют в воде океанов и морей, а также в составе природных рассолов. В некоторых государствах именно эти воды и выступают важнейшим сырьем при получении магния. Среди всех металлических элементов по содержанию в воде морей и океанов магний уступает лишь натрию. В одном кубическом метре морской воды присутствует примерно четыре килограмма магния. Магний присутствует и в пресной воде, наряду с кальцием обусловливая ее жесткость.

Важнейшими видами нахождения магниевого сырья выступают:

• - морская вода — (Mg 0,12-0,13 %)
• - бишофит - MgCl2 . 6H2O (Mg 11,9 %)
• - карналлит - MgCl2 KCl 6H2O (Mg 8,7 %)
• - брусит - Mg(OH)2 (Mg 41,6 %).
• - эпсомит - MgSO4 7H2O (Mg 16,3 %)
• - кизерит - MgSO4 H2O (Mg 17,6 %)
• - каинит - KCl MgSO4 3H2O (Mg 9,8 %)
• - доломит - CaCO3·MgCO3 (Mg 13,1 %)
• - магнезит - MgCO3 (Mg 28,7 %)

Магнезиальные соли в огромнейших количествах встречаются среди солевых отложений самосадочных озёр. Во многих странах известны месторождения карналлита - ископаемых осадочных солей.

Магнезит преимущественно образуется в гидротермальных условиях, он относится к гидротермальным месторождениям со средней температурой. Доломит тоже является очень важным магниевым сырьём. Доломитовые месторождения доломита распространены, а их запасы огромны. Их часто ассоциируют с карбонатными толщами, большинство из которых имеет пермский или докембрийский возраст. Залежи доломита формируются осадочным путём, но они могут возникать и при воздействии гидротермальных растворов на известняки, а также поверхностных или подземных вод.

Типы месторождений магния

• - Морская вода
• - Ископаемые минеральные отложения (калийно-магнезиальные и магнезиальные соли)
• - Природные карбонаты (магнезит и доломит)
• - Рассолы (рапа из соляных озёр)

Применение

Магний является самым легким конструкционным материалом, используемым в промышленных масштабах. Плотность магния (1,7 г/см3) равна менее чем двум третьим плотности алюминия. Магниевые сплавы весят в четыре раза меньше стали. Кроме всего прочего, магний отлично поддается обработке, а также может быть отлит или переделан любыми из стандартных методов металлообработки (штамповка, прокатка, волочение, ковка, клепка, сварка, пайка). Именно поэтому основной областью применения магния является использование металла в качестве легкого конструкционного материала.

Наиболее широко применяют сплавы магния с марганцем, алюминием и цинком. Каждый компонент данного ряда вносит собственный вклад в обобщающие свойства сплава: цинк и алюминий способны сделать сплав более прочным, марганец повышает антикоррозионные свойства сплава. Магний делает сплав легким, детали, выполненные из магниевого сплава, на 20%-30% легче, чем алюминиевые и на 50%-75% легче, чем чугунные и стальные детали. Сплавы данного элемента все чаще начинают использоваться в автомобилестроении, полиграфии, текстильной промышленности.

Сплавы на основе магния, как правило, содержат долю магния более 90%, кроме того от 2% до 9% алюминия, от 1% до 3% цинка и от 0,2% до 1% марганца. При высокой температуре (примерно до 450° С) заметно улучшается прочность сплава в процессе сплавления с редкоземельными металлами (к примеру, неодимом и празеодимом) либо торием. Данные сплавы могут использоваться в производстве корпусов автомобильных двигателей, шасси и фюзеляжей самолетов. Магний применяется не в одной лишь авиации, его используют и в изготовления лестниц, грузовых платформ, мостков в доках, подъемников и транспортеров, в производстве оптического и фотографического оборудования.

Магниевые сплавы находят широкое применение в самолетостроении. В далеком 1935 году в Советском Союзе был сконструирован самолет «Серго Орджоникидзе», который почти на 80% состоял из магниевых сплавов. Данный самолет успешно выдерживал все испытания, он долгое время эксплуатировался в тяжких условиях. Ядерные реакторы, ракеты, детали моторов, баки для масла и бензина, корпуса легковых автомобилей, вагонов, автобусов, колеса, отбойные молотки, маслопомпы, пневмобуры, кино- и фотоаппараты, бинокли — все это краткий перечень деталей, приборов и узлов, при изготовлении которых используются магниевые сплавы.

Огромную роль магний играет в металлургии. Применяется он в качестве восстановителя при производстве некоторых ценных и редких металлов - титана, ванадия, циркония, хрома. Если ввести магний в расплавленный чугун, чугун сразу модифицируется, т.е. улучшается его структура и повышаются механические свойства. Из такого модифицированного чугуна можно изготавливать отливки, которые с успехом заменят стальные поковки. В металлургии магний используется для раскисления сплавов и стали.

Многие соединения магния также находят широкое применение, особенно это касается его оксида, сульфат и карбонат.

Магний в форме чистого металла и его химические соединения (перхлорат, бромид) применяют в производстве очень мощных электрических резервных батарей (к примеру, серно-магниевый элемент, магний-перхлоратный элемент, хлористомедно-магниевый элемент,магний-ванадиевый элемент, хлористосвинцово-магниевый элемент, хлорсеребряно-магниевый элемент и т.д.), а также сухих элементов (висмутисто-магниевый элемент, марганцево-магниевый элемент и др). Источники электрического тока, созданные на основе магния, отличаются довольно высоким значением удельной энергетической характеристики, высокими разрядными напряжениями. В последнее время в ряде государств обострилась проблема создания аккумуляторной батареи с большим сроком эксплуатации, т.к. эмпирические данные позволили утверждать, что огромные перспективы широкого его использования (доступность сырья, высокая энергия, экологичность) предоставляет магний.

Производство

Металлический магний получают двумя способами: электролитическим и электротермическим (либо металлотермическим). Как следует из названий методов, в обоих процессах присутствует электрический ток. Но во втором случае роль электричества сводится лишь к обогреванию реакционных аппаратов, восстанавливают же окись магния, которая была получена из минералов, одним из восстановителей, к примеру, алюминием, углем, кремнием. Данный метод довольно перспективен, в последние годы он все большее находит свое применение. Тем не менее, основным промышленным способом получения магния остается первый, т.е. электролитический.

Магний в больших количествах производится путем электролиза расплава смесей хлоридов магния, натрия и калия либо кремнийтермическим восстановлением. В электролитическом процессе используется либо безводный расплавленный хлорид магния MgCl2 (при температуре 750° С), либо (при более низкой температуре) хлорид магния, частично гидратированный и выделенный из морской воды. Процент содержания хлорида магния в данном расплаве составляет около 5-8%. Вместе со снижением концентрации уменьшается и выход магния по электрическому току, при повышении концентрации – увеличивается расход потребляемой электроэнергии. Процесс проходит в специально подготовленных ваннах-электролизерах. На поверхность ванны всплывает расплавленный магний, а оттуда его выбирают вакуум-ковшом время от времени, ну а затем разливают магний по формам.

После всего этого магний очищают при помощи переплавки с флюсами, а также зонной плавкой либо возгонкой в вакууме. Есть возможность магний двумя путями: возгонкой в вакууме или переплавкой и флюсами. Смысл последнего метода является общеизвестным: флюсы, т.е. специальные добавки, взаимодействуют с примесями, в результате превращают их в соединения, легко отделяемые механическим путем от металла. На а вакуумная возгонка, т.е. первый способ, требует куда более совершенной аппаратуры, однако с помощью данного метода можно получать намного более чистый магний.

Возгонка ведется в специальных аппаратах под вакуумом, это стальные цилиндрические реторты. «Черновой», т.е. прошедший первичную обработку металл помещается на дно такой реторты, затем ее закрывают, после чего выкачивают воздух. После этого нагревают нижнюю часть реторты, в это время верхняя часть на протяжении всего времени охлаждается при помощи наружного воздуха. Действие высокой температуры сказывается на том, что магний начинает возгоняться, т.е. переходить в газообразное состояние, при этом вещество минует жидкое состояние. Пары магния поднимаются и начинают конденсироваться на холодных стенках в верхней части реторты. Данный метод позволяет получать особенно чистый металлический магний, содержание магния в котором превышает 99,99%.

Термические способы получения магния требуют в качестве сырья доломит либо магнезит, из которых при помощи прокаливания получается оксид MgO. Во вращающихся или ретортных печах с угольными или графитовыми нагревателями данный оксид восстанавливается кремнием до металла (при силикотермическом способе) либо до Са2 (при карбидотермическом способе) на температуре 1280-1300°С, или углеродом (при карботермическом способе) на температуре свыше 2100 °С. В последнем карботермическом способе (MgO + С = Mg + CO) образуется смесь угарного газа и паров магния, которую быстро охлаждают инертным газом во время выхода ее из печи для того, чтобы предотватить обратную реакцию магния с угоарным газом (СО).

Физические свойства

Магний представляет собой блестящий серебристо-белый металл, пластичный и ковкий, сравнительно мягкий. Прочность и твердость магния для литых образцов минимальны по распространенности, более высоки для прессованных образцов. Магний практически в пять раз легче, чем медь и в четыре с половиной раза легче, чем железо. Даже, как его называют, «крылатый» металл алюминий в полтора раза тяжелее, чем магний.

Температура плавления у магния не так высока, как у некоторых других металлов и составляет всего 650°С, однако расплавить магний в обычных условиях довольно трудно: при нагревании в атмосфере воздуха до температуры 550 °С, магний вспыхивает и незамедлительно сгорает очень ярким ослепительным пламенем (данной свойство магния очень широко используется в изготовлении предметов пиротехники). Чтобы поджечь данный металл, нужно просто поднести зажженную спичку к нему, в атмосфере хлора магний начинает греть даже при сохранении комнатной температуры. При сгорании магния начинает выделяться огромное количество тепла и ультрафиолетовых лучей: четыре грамма данного «топлива» хватает для того, чтобы довести до кипения стакан с ледяной водой.

Металлический магний имеет гексагональную кристаллическую решетку. Температура кипения магния равна 1105°C, плотность металла составляет 1,74 г/см3 (таким образом, магний является очень легким металлом, легче которого лишь кальций, а также щелочные металлы). У магния стандартный электродный потенциал Mg/Mg2+ -2,37В. Среди ряда стандартных потенциалов располагается он перед алюминием и за натрием. Атомный радиус магния 1,60Å, а ионный радиус составляет Mg2+ 0,74Å.

Поверхность магния всегда покрыта плотной оксидной пленкой оксида MgO, которая при обычных условиях защищает металл от разрушения. Лишь при нагревании до температуры свыше 600°C он начинает гореть на воздухе. Магний горит испуская яркий свет, который по своему спектральному составу близок к солнечному. Именно поэтому фотографы при недостаточной освещенности раньше проводили съемку на свету горящей магниевой ленты.

Теплопроводность металла при комнатной температуре 20 °C составляет 156 Вт/(м.К). Высоко чистый магний пластичен, он хорошо прессуется, металл отлично поддается обработке резанием и прокатывается. Удельная теплоемкость металла (при комнатной температуре 20 °С) составляет 1,04·103 дж/(кг·К), или 0,248 кал/(г·°С).

У магния показатель термического коэффициента линейного расширения (интервал от 0 до 550 °С) определяется уравнением 25,0·10-6 + 0,0188 t. Металл обладает удельным электрическим сопротивлением (при комнатной температуре 20 °С) равным 4,5·10-8 ом·м (4,5 мком·см). Магний является парамагнитным металлом, его удельная магнитная восприимчивость составляет +0,5·10-6.

Магний это относительно пластичный и мягкий металл, механические свойства магния во многом зависимы от способа обработки данного металла. К примеру, при комнатной температуре 20 °С свойства соответственно деформированного и литого магния можно охарактеризовать следующими показателями: твердость по Бринеллю 35,32·107 н/м2(30 и 36 кгс/мм2) и 29,43·107, предел текучести8,83·107 н/м2 (2,5 и 9,0 кгс/мм2) и 2,45·107, предел прочности 19,62·107 н/м2(11,5 и 20,0 кгс/мм2) и 11,28·107, относительное удлинение 11,5% и 8,0.

Давление паров магния (в мм.рт.ст.) составляет:

• - 0,1 (при температуре 510°C)
• - 1 (при температуре 602°C)
• - 10 (при температуре 723°C)
• - 100 (при температуре 892°C)

Удельная теплоемкость магния при постоянном давлении составляет (в Дж/г·K):

• - 0,983 (при температуре 25°C)
• - 1,6 (при температуре 100°C)
• - 1,31 (при температуре 650°C)

Стандартная энтальпия образования равна ΔH (298 К, кДж/моль): 0 (т), а стандартная энергия образования Гиббса составляет ΔG (298 К, кДж/моль): 0 (т). Стандартная энтропия S образования имеет занчение(298 К, Дж/моль·K): 32,7 (т), тогда как стандартная мольная теплоемкость магния Cp (298 К, Дж/моль·K) рана 23,9 (т). Энтальпия плавления металла ΔHпл (кДж/моль) равна 9,2, а энтальпия кипения ΔHкип (кДж/моль) равна 131,8.

Химические свойства

Поверхность магния всегда покрыта плотной оксидной пленкой оксида MgO, которая при обычных условиях защищает металл от разрушения. Лишь при нагревании до температуры свыше 600°C он начинает гореть на воздухе. Магний горит испуская яркий свет, который по своему спектральному составу близок к солнечному. Именно поэтому фотографы при недостаточной освещенности раньше проводили съемку на свету горящей магниевой ленты. В процессе сгорания магния на воздухе, начинает образовываться белый рыхлый порошок оксида MgO:

• 2Mg + O2 = 2MgO.

Вместе с оксидом начинает образовываться нитрид магния Mg3N2:

• 3Mg + N2 = Mg3N2.

Магний не реагирует с холодной водой (точнее, реагирует крайне медленно), а вот с горячей водой вступает во взаимодействие, образуя белый рыхлый осадок гидроксида Mg(OH)2:

• Mg + 2H2O = Mg(OH)2 + H2.

Если поджечь ленту магния и опустить ее в стакан с водой, горение металла все равно продолжается. При этом водород, выделяющийся в результате взаимодействия с водой магния, на воздухе тут же загорается. Магний может гореть и в углекислом газе:

• 2Mg + CO2 = 2MgO + C.

Способность магния продолжать гореть как в атмосфере углекислого, так и в воде, очнь сильно усложняет попытки тушения пожаров, в которых начинают гореть конструкции, выполненные из магния либо его сплавов.

MgO - оксид магния, представляет собой рыхлый белый порошок, который не реагирует с водой. Когда-то он назывался жженой магнезией либо просто магнезией. Данный оксид обладает важнейшими свойствами, он вступает в реакцию с самыми разными кислотами, к примеру:

• MgO + 2HNO3 = Mg(NO3)2 + H2O.

Основание, отвечающее данному оксиду Mg(OH)2 — основание средней силы, но практически нерастворимо в воде. Получить его можно, например, при добавлении щелочи в раствор одной из солей магния:

• 2NaOH + MgSO4 = Mg(OH)2 + Na2SO4.

Т.к. оксид магния во взаимодействии с водой не образует щелочей, а основание Mg(OH)2 не обладает щелочными свойствами, магний не относится к щелочноземельным металлам, в отличие от таких элементов своей группы, как кальций, стронций барий.

Металлический магний реагирует с галогенами в комнатной температуре, к примеру, с бромом:

• Mg + Br2 = MgBr2.

После нагревания магний вступает в реакцию с серой, образуя при этом сульфид магния:

• Mg + S = MgS.

Если смесь кокса и магния прокаливать в инертной атмосфере, образуется карбид магния, состав которого Mg2C3 (нужно отметить, ближайший «групповой» сосед магния, т.е. кальций, образует в аналогичных условиях карбид с составом СаС2). В процессе разложения карбида магния водой образовывается пропин - гомолог ацетилена (С3Н4):

• Mg2C3 + 4Н2О = 2Mg(OH)2 + С3Н4.

Именно поэтому Mg2C3 часто называют пропиленидом магния.

Поведение магния имеет сходные черты с поведением такого щелочного металла, как литий (например, диагональное сходство элементов в таблице Дмитрия Ивановича Менделеева). Как, магний, так и литий, реагируют с азотом (у магния реакция с азотом идет после нагревания), а в результате следует образование нитрида магния:

• 3Mg + N2= Mg3N2.

Нитрид магния, также как нитрид лития, с легкостью разлагается водой:

• Mg3N2 + 6Н2О = 3Mg(ОН)2 + 2NН3.

У магния сходство с литием проявляется еще и в том, что карбонат магния MgCO3 и фосфат Mg3(PO4)2 магния в плохо растворимы воде, точно также, как и соли лития, соответствующие данным соединениям.

Магний сближает с кальцием то, что присутствие растворимых гидрокарбонатов данных элементов в воде влияет на жесткость воды. Жесткость, которая вызвана Mg(HCO3)2 - гидрокарбонатом магния является временной. В процессе кипячения гидрокарбонат магния разлагается, в результате чего выпадает в осадок основной его карбонат - (MgOH)2CO3 - гидроксокарбонат магния:

• 2Mg(HCO3)2 = (MgOH)2CO3 + 3CO2 + Н2О