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.
Соединения магния были известны человеку очень давно. Магнезитом (по-гречески Magnhsia oliqV) называли мягкий белый, мылкий на ощупь минерал (мыльный камень, или тальк), который находили в районе Магнезии в Фессалии. При прокаливании этого минерала получали белый порошок, который стали именовать белой магнезией.
В 1695 Н.Гро, выпаривая минеральную воду Эпсомского источника (Англия), получил соль, обладавшую горьким вкусом и слабительным действием (MgSO 4 ·7H 2 O). Спустя несколько лет выяснилось, что при взаимодействии с содой или поташом эта соль образует белый рыхлый порошок, такой же, какой образуется при прокаливании магнезита.
В 1808 английский химик и физик Гемфри Дэви при электролизе слегка увлажненной белой магнезии с окисью ртути в качестве катода получил амальгаму нового металла, способного образовывать белую магнезию. Его назвали магнием. Дэви получил загрязненный металл, а чистый магний был выделен лишь в 1829 французским химиком Антуаном Бюсси (Bussy Antoine) (1794–1882).
Магний есть в кристаллических горных породах в виде нерастворимых карбонатов или сульфатов, а также (в менее доступной форме) в виде силикатов. Оценка его общего содержания существенно зависит от используемой геохимической модели, в частности, от весовых отношений вулканических и осадочных горных пород. Сейчас используются значения от 2 до 13,3%. Возможно, наиболее приемлемым является значение 2,76%, которое по распространенности ставит магний шестым после кальция (4,66%) перед натрием (2,27%) и калием (1,84%).
Большие области суши, такие как Доломитовые Альпы в Италии состоят преимущественно из минерала доломита MgCa(CO 3) 2 . Там встречаются и осадочные минералы магнезит MgCO 3 , эпсомит MgSO 4 ·7H 2 O, карналлит K 2 MgCl 4 ·6H 2 O, лангбейнит K 2 Mg 2 (SO 4) 3 .
Залежи доломита есть во многих других районах, в том числе в Московской и Ленинградской областях. Богатые месторождения магнезита найдены на Среднем Урале и в Оренбургской области. В районе г.Соликамска разрабатывается крупнейшее месторождение карналлита. Силикаты магния представлены базальтовым минералом оливином (Mg,Fe) 2 (SiO 4), мыльным камнем (тальк) Mg 3 Si 4 O 10 (OH) 2 , асбестом (хризотил) Mg 3 Si 2 O 5 (OH) 4 и слюдой. Шпинель MgAl 2 O 4 относится к драгоценным камням.
Большое количество магния содержится в водах морей и океанов и в природных рассолах (см . ХИМИЯ ГИДРОСФЕРЫ). В некоторых странах именно они являются сырьем для получения магния. По содержанию в морской воде из металлических элементов он уступает только натрию. В каждом кубометре морской воды содержится около 4 кг магния. Магний есть и в пресной воде, обусловливая, наряду с кальцием, ее жесткость.
Магний всегда содержится в растениях, так как входит в состав хлорофиллов.
Магний – серебристо-белый блестящий металл, сравнительно мягкий, пластичный и ковкий. Его прочность и твердость минимальны по распространенности для литых образцов, выше – для прессованных.
В обычных условиях магний устойчив к окислению за счет образования прочной оксидной пленки. Вместе с тем он активно реагирует с большинством неметаллов, особенно при нагревании. Магний воспламеняется в присутствии галогенов (при наличии влаги), образуя соответствующие галогениды, и горит ослепительно ярким пламенем на воздухе, превращаясь в оксид MgO и нитрид Mg 3 N 2:
2Mg (к) + O 2(г) = 2MgO (к) ; DG° = –1128 кДж/моль
3Mg (к) + N 2(т) = Mg 3 N 2(к) ; DG° = –401 кДж/моль
Несмотря на невысокую температуру плавления (650° С), расплавить магний на воздухе невозможно.
При действии водорода под давлением 200 атм при 150° С магний образует гидрид MgH 2 . С холодной водой магний не реагирует, но из кипящей воды вытесняет водород и образует гидроксид Mg(OH) 2:
Mg + 2H 2 O = Mg(OH) 2 + H 2
По окончании реакции величина рН (10,3) образовавшегося насыщенного раствора гидроксида магния отвечает равновесию:
В последнем случае образующую смесь монооксида углерода и паров магния необходимо быстро охлаждать инертным газом для предотвращения обратной реакции.
Мировое производство магния приближается к 400 тыс. т в год. Главными производителями являются США (43%), страны СНГ (26%) и Норвегия (17%). В последние годы резко наращивает экспорт магния Китай. В России одним из крупнейших производителей магния являются титано-магниевый комбинат в г.Березники (Пермская обл.) и Соликамский магниевый завод. Производство магния разворачивается также в г. Асбест.
Магний – самый легкий конструкционный материал, используемый в промышленных масштабах. Его плотность (1,7 г см –3) составляет менее двух третей плотности алюминия. Сплавы магния весят вчетверо меньше стали. Кроме того, магний прекрасно обрабатывается и может быть отлит и переделан любыми стандартными методами металлообработки (прокатка, штамповка, волочение, ковка, сварка, пайка, клепка). Поэтому его основная область применения – в качестве легкого конструкционного металла.
Магниевые сплавы обычно содержат более 90% магния, а также 2–9% алюминия, 1–3% цинка и 0,2–1% марганца. Сохранение прочности при высокой температуре (до 450° С) заметно улучшается при сплавлении с редкоземельными металлами (например, празеодимом и неодимом) или торием. Эти сплавы можно использовать для корпусов автомобильных двигателей, а также фюзеляжей и шасси самолетов. Магний применяют не только в авиации, но и для изготовления лестниц, мостков в доках, грузовых платформ, транспортеров и подъемников, а также в производстве фотографического и оптического оборудования.
В промышленный алюминий добавляют до 5% магния для улучшения механических свойств, свариваемости и устойчивости к коррозии. Магний также применяют для катодной защиты других металлов от коррозии, как поглотитель кислорода и восстановитель при производстве бериллия, титана, циркония, гафния и урана. Смеси порошка магния с окислителями используют в пиротехнике для приготовления осветительных и зажигательных составов.
Преобладающая степень окисления (+2) для магния обусловлена его электронной конфигурацией, энергиями ионизации и размерами атома. Степень окисления (+3) невозможна, так как третья энергия ионизации составляет для магния 7733 кДж моль –1 . Эта энергия гораздо выше, чем можно компенсировать образованием дополнительных связей, даже если они будут преимущественно ковалентными. Причины неустойчивости соединений магния в степени окисления (+1) менее очевидны. Оценка энтальпии образования таких соединений показывает, что они должны быть устойчивыми по отношению к составляющим их элементам. Причиной того, что соединения магния(I) не устойчивы, является гораздо более высокое значение энтальпии образования соединений магния(II), что должно привести к быстрому и полному диспропорционированию:
Mg(к) + Cl 2 (г) = MgCl 2 (к);
DН ° обр = –642 кДж/(моль MgCl 2)
2Mg(к) + Cl 2 (г) = 2MgCl(к);
DН ° обр = –250 кДж/(2 моль MgCl)
2MgCl(к) = Mg(к) + MgCl 2 (к);
DН ° диспроп = –392 кДж/(2 моль MgCl)
Если будет найден путь синтеза, который затруднит диспропорционирование, такие соединения, возможно, будут получены. Имеются некоторые доказательства образование частиц магния(I) при электролизе на магниевых электродах. Так, при электролизе NaCl на магниевом аноде выделяется водород, а количество магния, потерянное анодом, соответствует заряду +1,3. Аналогично при электролизе водного раствора Na 2 SO 4 количество выделившегося водорода соответствует окислению воды ионами магния, заряд которых соответствует +1,4.
Большинство солей магния хорошо растворяются в воде. Процесс растворения сопровождается незначительным гидролизом. Полученные растворы имеют слабокислотную среду:
2+ + H 2 O + + H 3 O +
Соединения магния со многими неметаллами, в том числе с углеродом, азотом, фосфором, серой необратимо гидролизуются водой.
Гидрид магния состава МgН 2 представляет собой полимер с мостиковыми атомами водорода. Координационное число магния в нем равно 4. Такое строение приводит к резкому снижению термической устойчивости соединения. Гидрид магния легко окисляется кислородом воздуха и водой. Эти реакции сопровождаются большим выделением энергии.
Нитрид магния Mg 3 N 2 . Образует желтоватые кристаллы. При гидролизе нитрида магния образуется гидрат аммиака:
Mg 3 N 2 + 8H 2 O = 3Mg(OH) 2 + 2NH 3 ·H 2 O
Если гидролиз нитрида магния проводить в щелочной среде, гидрат аммиака не образуется, а выделяется газообразный аммиак. Гидролиз в кислотной среде приводит к образованию катионов магния и аммония:
Mg 3 N 2 + 8H 3 O + = 3Mg 2+ + 2NH 4 + + 8H 2 O
Магния оксид MgO называют жженой магнезией. Его получают обжигом магнезита, доломита, основного карбоната магния, гидроксида магния, а также прокаливанием бишофита MgCl 2 ·6H 2 O в атмосфере водяного пара.
Реакционная способность оксида магния зависит от температуры его получения. Оксид магния, приготовленный при 500–700° С, называют легкой магнезией. Он легко реагирует с разбавленными кислотами и водой с образованием соответствующих солей или гидроксида магния, поглощает диоксид углерода и влагу из воздуха. Оксид магния, полученный при 1200–1600° С носит название тяжелой магнезии. Он характеризуется кислотостойкостью и водостойкостью.
Оксид магния широко используется как жаростойкий материал. Он отличается одновременно высокой теплопроводностью и хорошими электроизолирующими свойствами. Поэтому это соединение применяется в изолирующих радиаторах для местного нагрева.
Более легкие сорта магнезий используют для приготовления магнезиального цемента и строительных материалов на его основе, а также в качестве вулканизирующего агента в резиновой промышленности.
Гидроксид магния Mg(OH) 2 образует бесцветные кристаллы. Растворимость этого соединения невелика (2·10 –4 моль/л при 20° С). Его можно перевести в раствор действием солей аммония:
Mg(OH) 2 + 2NH 4 Cl = MgCl 2 + 2NH 3 ·H 2 O
Гидроксид магния термически неустойчив и при нагревании разлагается:
Mg(OH) 2 = MgO + H 2 O
В промышленных масштабах гидроксид магния получают осаждением известью из морской воды и природных рассолов.
Гидроксид магния является мягким основанием, которое в виде водного раствора (магнезиальное молоко) широко используется для снижения кислотности желудочного сока. При этом, несмотря на мягкость, Mg(OH) 2 нейтрализует кислоты в 1,37 раз больше, чем гидроксид натрия NaOH и в 2,85 раз больше, чем гидрокарбонат натрия NaHCO 3 .
Его используют также для получения оксида магния, рафинирования сахара, очистки воды в котельных установках, в качестве компонента зубных паст.
Карбонат магния MgCO 3 образует бесцветные кристаллы. Он встречается в природе в безводном виде (магнезит). Кроме того, известны пента-, три- и моногидраты карбоната магния.
Растворимость карбоната магния в отсутствие диоксида углерода составляет около 0,5 мг/л. В присутствии избытка диоксида углерода и воды карбонат магния переходит в растворимый гидрокарбонат, а при кипячении происходит обратный процесс. С кислотами карбонат и гидрокарбонат взаимодействуют с выделением диоксида углерода и образованием соответствующих солей. При нагревании карбонат магния, не плавясь, разлагается:
MgCO 3 = MgO + CO 2
Этот процесс используют для получения оксида магния. Кроме того, природный карбонат магния является исходным сырьем для получения металлического магния и его соединений. Его используют также в качестве удобрений и для снижения кислотности почв.
Рыхлый порошок карбоната магния засыпают между двойными стенками хранилищ для жидкого кислорода. Эта теплоизоляция дешева и надежна.
Сульфат магния MgSO 4 известен в безводном состоянии, а также в виде различных гидратов. В природе встречаются кизерит MgSO 4 ·H 2 O, эпсомит MgSO 4 ·7H 2 O и гексагидрат MgSO 4 ·6H 2 O.
В медицине используется гептагидрат сульфата магния MgSO 4 ·7H 2 O, широко известный под названиями английская или горькая соль. Это соединение обладает слабительным действием. При внутримышечных или внутривенных вливаниях сульфат магния снимает судорожное состояние, уменьшает спазмы сосудов.
Сульфат магния применяют в текстильной и бумажной промышленности как протраву при крашении, а также в качестве утяжелителя хлопка и шелка и наполнителя бумаги. Он служит сырьем для получения оксида магния.
Нитрат магния Mg(NO 3) 2 представляют собой бесцветные гигроскопичные кристаллы. Растворимость в воде при 20° С составляет 73,3 г на 100 г. Из водных растворов кристаллизуется гексагидрат. Выше 90° С он обезвоживается до моногидрата. Затем происходит отщепление воды с частичным гидролизом и разложение до оксида магния. Этот процесс используется при синтезе оксида магния особой чистоты. Из нитрата магния получают нитраты других металлов, а также различные соединения магния. Кроме того, нитрат магния входит в состав сложных удобрений и пиротехнических смесей.
Перхлорат магния Mg(ClO 4) 2 образует очень гигроскопичные бесцветные кристаллы. Он хорошо растворим в воде (99,6 г на 100 г) и органических растворителях. Из водных растворов кристаллизуется гексагидрат. Концентрированные растворы перхлората магния в органических растворителях и его сольваты с молекулами восстановителей взрывоопасны.
Частично гидратированный перхлорат магния, содержащий 2–2,5 молекул воды, выпускают под коммерческим названием «ангидрон». Для получения безводного перхлората магния его сушат в вакууме при 200–300° С. Его используют как осушитель газов. Он поглощает не только пары воды, но и аммиак, пары спиртов, ацетона и других полярных веществ.
Перхлорат магния применяют в качестве катализатора ацилирования по реакции Фриделя – Крафтса, а также как окислитель в микроанализе.
Фторид магния MgF 2 мало растворим в воде (0,013 г в 100 г при 25° С). Он встречается в природе в виде минерала селаита. Получают фторид магния взаимодействием сульфата или оксида магния с фтороводородной кислотой или хлорида магния с фторидом калия или аммония.
Фторид магния входит в состав флюсов, стекол, керамики, эмалей, катализаторов, смесей для получения искусственной слюды и асбеста. Кроме того, он является оптическим и лазерным материалом.
Хлорид магния MgCl 2 является одной из наиболее промышленно важных солей магния. Его растворимость составляет 54,5 г на 100 г воды при 20° С. Концентрированные водные растворы хлорида магния растворяют оксид магния. Из полученных растворов кристаллизуются MgCl 2 ·mMg(OH) 2 ·nH 2 O. Эти соединения входят в состав магнезиальных цементов.
Хлорид магния образует кристаллогидраты с 1, 2, 4, 6, 8 и 12 молекулами воды. С ростом температуры число молекул кристаллизационной воды уменьшается.
В природе хлорид магния встречается в виде минералов бишофита MgCl 2 ·6H 2 O, хлормагнезита MgCl 2 , а также карналлита. Он содержится в морской воде, рапе соляных озер, некоторых подземных рассолах.
Безводный хлорид магния используют в производстве металлического магния и оксида магния, гексагидрат – для получения магнезиальных цементов. Водный раствор хлорида магния применяют как хладагент и антифриз. Он служит средством против обледенения летных полей аэродромов, железнодорожных рельсов и стрелок, а также против смерзания угля и руд. Раствором хлорида магния пропитывают древесину для придания ей огнестойкости.
Бромид магния MgBr 2 хорошо растворим в воде (101,5 г на 100 г при 20° С). Из водных растворов кристаллизуется от –42,7 до 0,83° С в виде декагидрата, при более высокой температуре – в виде гексагидрата. Он образует многочисленные кристаллосольваты, такие как MgB 2 ·6ROH (R = Me, Et, Pr), MgBr 2 ·6Me 2 CO, MgBr 2 ·3Et 2 O, а также аммины MgBr 2 ·n NH 3 (n = 2–6).
Комплексные соединения магния . В водных растворах ион магния существует в виде аквакомплекса 2+ . В неводных растворителя, например в жидком аммиаке, ион магния образует комплексы с молекулами растворителя. Из таких растворов обычно кристаллизуются сольваты солей магния. Известно несколько галогенидных комплексов типа MX 4 2– , где Х – галогенид-анион.
Среди комплексных соединений магния особое значение имеют хлорофиллы, являющиеся модифицированными порфириновыми комплексами магния. Они являются жизненно важными для фотосинтеза в зеленых растениях.
Магнийорганические соединения . Для магния получены многочисленные соединения, содержащие связи металл – углерод. Особенно много исследований посвящено реактивам Гриньяра RMgX (X = Cl, Br, I).
Реактивы Гриньяра – самые важные металлоорганические соединения магния и, вероятно, наиболее используемые металлоорганические реагенты. Это связано с легкостью их получения и синтетической разносторонности. Установлено, что в растворе эти соединения могут содержать разнообразные химические частицы, находящиеся в подвижном равновесии.
Реактивы Гриньяра обычно получают медленным добавлением органического галогенида к взвеси магниевых стружек в соответствующем растворителе при интенсивном перемешивании и полном отсутствии воздуха и влаги. Реакция обычно начинается медленно. Она может быть инициирована маленьким кристалликом иода, который разрушает защитный слой на поверхности металла.
Реактивы Гриньяра широко применяются для синтеза спиртов, альдегидов, кетонов, карбоновых кислот, эфиров и амидов и, вероятно, являются самыми важными реагентами для создания связей углерод–углерод, а также связей между атомами углерода и других элементов (азот, кислород, сера и т.д.).
Соединения R 2 Mg обычно разлагаются при нагревании. В кристаллическом состоянии они имеют структуру линейных полимеров с мостиковыми алкильными группами. Соединение MgMe 2 представляет собой нелетучий полимер, устойчивый до ~250° С, не растворимый в углеводородах и лишь немного растворимый в эфире. Соединение MgEt 2 и более высокие гомологи очень похожи на MgMe 2 , но они разлагаются при более низкой температуре (175–200° С), образуя соответствующий алкен и MgH 2 по реакции, обратной их получению. Похож на них и MgPh 2 ; он не растворим в бензоле, растворяется в эфире с образованием мономерного комплекса MgPh 2 ·2Et 2 O и разлагается при 280° С с образованием Ph 2 и металлического магния.
Зеленые листья растений содержат хлорофиллы, которые представляют собой магнийсодержащие порфириновые комплексы, участвующие в фотосинтезе.
Магний также тесно вовлечен в биохимические процессы в организмах животных. Ионы магния необходимы для инициирования ферментов, отвечающих за превращения фосфатов, для переноса нервного импульса и для метаболизма углеводов. Они также участвуют в сокращении мышц, которое инициируется ионами кальция.
Несколько лет назад ученые Миннесотского университета в США установили, что яичная скорлупа тем прочнее, чем больше она содержит магния.
В организме взрослого человека массой 65 кг содержится около 20 г магния (в основном, в виде ионов). Большая его часть сосредоточена в костях. Во внутриклеточной жидкости присутствуют комплексы магния с АТФ и AДФ.
Суточная потребность в этом элементе составляет 0,35 г. При однообразном питании, нехватке зеленых овощей и фруктов, а также при алкоголизме нередко возникает дефицит магния. Особенно богаты магнием абрикосы, персики и цветная капуста. Есть он и в обычной капусте, картофеле, помидорах.
Статистика утверждает, что у жителей районов с более теплым климатом спазмы кровеносных сосудов случаются реже, чем у северян. Считают, что причиной этого являются особенности питания в холодных краях. Они едят меньше фруктов и овощей, а, значит, получают меньшее количество магния.
Исследования французских биологов показали, что в крови уставших людей содержится меньше магния, чем у отдохнувших. Считают, что диета, богатая магнием должна помочь медикам в борьбе с таким серьезным недугом, как переутомление.
Елена Савинкина
ОПРЕДЕЛЕНИЕ
Магний - двенадцатый по счету элемент Периодической системы. Металл. Расположен в третьем периоде,II группеA подгруппе.
Порядковый номер равен 12. Заряд ядра равен +12. Атомный вес - 24,132 а.е.м.
Магний расположен в третьем периоде, значит, он имеет три оболочки, одна из которых внешняя, содержащая валентные электроны. Атом магния имеет положительно заряженное ядро (+12), в котором имеется 12 протонов и 12 нейтронов (разница между атомным весом и порядковым номером). По орбитам вокруг ядра движутся 12 электронов.
Рис. 1. Схематичное изображение строения атома магния.
Электронную конфигурацию атома магния можно записать двояко:
12Mg) 2) 8) 2 ;
1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 .
Магний относится к семейству s-элементов. Энергетическая диаграмма атома магния (на ней изображаются только валентные электроны) имеет вид:
В результате химического взаимодействия магний теряет свои валентные электроны, т.е. является их донором, и превращается в положительно заряженный ион (Mg 2+):
Mg 0 -2e → Mg 2+ ;
В соединениях магний проявляет степень окисления +2.
ПРИМЕР 1
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. Металлический магний впервые получил в 1808 английский химик Г. Дэви. Магний, полученный Дэви, был довольно грязным, чистый металлический магний получен впервые в 1828 французским химиком А. Бюсси.
Магний - один из десяти наиболее распространенных элементов земной коры. В ней содержится 2,35% магния по массе. Из-за высокой химической активности в свободном виде магний не встречается, а входит в состав множества минералов - силикатов, алюмосиликатов, карбонатов, хлоридов, сульфатов и др. Так, магний содержат широко распространенные силикаты оливин (Mg,Fe) 2 и серпентин Mg 6 (OH) 8 .
Важное практическое значение имеют такие магнийсодержащие минералы, как асбест, магнезит, доломит
MgCO 3 CaCO 3 , бишофит
MgCl 2 6H 2 O, карналлит
KCl MgCl 2 6H 2 O, эпсомит MgSO 4 7H 2 O, каинит KCl MgSO 4 3H 2 O, астраханит Na 2 SO 4 MgSO 4 4H 2 O и др.
Магний содержится в морской воде (4% Mg в сухом остатке), в природных рассолах, во многих подземных водах.
Обычный промышленный метод получения металлического магния - это электролиз расплава смеси безводных хлоридов магния MgCl 2 , натрия NaCl и калия KCl. В этом расплаве электрохимическому восстановлению подвергается хлорид магния.
Другой способ получения магния - термический. В этом случае для восстановления оксида магния при высокой температуре используют кокс или кремний. Применение кремния позволяет получать магний из такого сырья, как доломит CaCO 3 ·MgCO 3 , не проводя предварительного разделения магния и кальция. С участием доломита протекают реакции:
CaCO 3 ·MgCO 3 = CaO + MgO + 2CO 2 ,
2MgO + 2CaO + Si = Ca 2 SiO 4 + 2Mg.
Для получения магния используют не только минеральное сырье, но и морскую воду. Чистота рафинированного магния достигает 99,999% и выше.
Магний - серебристо-белый блестящий металл, сравнительно мягкий и пластичный, хороший проводник тепла и электричества. Плотность магния??? г/см 3 , он почти в 5 раз легче меди, в 4,5 раза легче железа; даже алюминий в 1,5 раза тяжелее магния. Температура плавления???°C, температура кипения???°C.
Отношение к воздуху и кислороду при обычных условиях: ...
При нагревании: ...
С холодной водой магний почти не взаимодействует, но при нагревании разлагает ее с выделением водорода. В этом отношении он занимает промежуточное положение между бериллием, который вообще с водой не реагирует и кальцием, легко с ней взаимодействующим.
В электрохимическом ряду напряжений магний стоит значительно левее водорода и активно реагирует с разбавленными кислотами с образованием солей. В этих реакциях есть у магния особенности. Он не растворяется во фтороводородной, концентрированной серной и в смеси серной и в смеси азотной кислот, растворяющей другие металлы почти столь же эффективно, как "царская водка" (смесь HCl и HNO 3). Не взаимодействует с растворами щелочей.
Оксид магния, MgO
: ???.
При хранении на воздухе оксид магния постепенно поглощает влагу и CO 2 , переходя в Mg(OH) 2 и в MgCO 3
Пероксид магния, MgO 2
: получен взаимодействием свежеосажденной Mg(OH) 2 с 30%-ной H 2 O 2 .
Бесцветное микрокристаллическое вещество, малорастворимое в воде и постепенно разлагающееся при хранении на воздухе.
Гидроксид магния, Mg(OH) 2
: белый, очень малорастворим в воде. Помимо кислот, он растворим в растворах солей аммония (что важно для аналитической химии). Встречается в природе (минерал брусит).
Соли магния
. Большинство солей магния хорошо растворимо в воде. Растворы содержат бесцветные ионы Mg 2+ , которые сообщают жидкости горький вкус. Заметно гидролизуются водой только при нагревании раствора.
Большинство солей выделяется из растворов в виде кристаллогидратов (напр. MgCl 2 *6H 2 O, MgSO 4 *7H 2 O). MgSO 4 *7H 2 O в природе образует минерал "горькая соль
".
При нагревании кристаллогидратов галоидных солей образуются труднорастворимые в воде основные соли.
К малорастворимым солям магния относится MgF 2 (растворимость 0,08г/л), карбонат магния. Последний может быть получен реакцией обмена только при одновременном присутствии в растворе большого избытка CO 2 , в противном случае осаждаются основные соли. Примером такой соли может служить "белая магнезия
" - основная соль приблизительного состава 3MgCO 3 *Mg(OH) 2 *3H 2 O
Основная часть добываемого магния используется для получения различных легких сплавов. В состав этих сплавов, кроме магния, входят, как правило, алюминий, цинк, цирконий. Такие сплавы достаточно прочны и находят применение в самолетостроении, приборостроении и для других целей.
Для защиты от коррозии водонагревателей и отопительных котлов находят применение магниевые аноды, представляющие из себя стальные стержни с нанесенным на них слоем магниевого сплава. В этом случае разрушается сам анод, а не стенки водонагревателя (протекторная защита).
Высокая химическая активность металлического магния позволяет использовать его при магниетермическом получении таких металлов, как титан, цирконий, ванадий, уран и др. При этом магний реагирует с оксидом или фторидом получаемого металла, например:
2Mg + TiO 2 = 2MgO + Ti или 2Mg + UF 4 = 2MgF 2 + U.
Широкое применение находят многие соединения магния, особенно его оксид, карбонат и сульфат. Так, горькая соль применяется в текстильной и бумажной промышленности, а также в медицине.
В человеческом организме количество магния составляет всего несколько десятых или сотых долей процента, однако он играет немаловажную роль в процессах жизнедеятельности. Магний усиливает процессы обмена углеводов в мышцах, регулирует обмен кальция; поэтому из-за недостатка магния развивается остеопороз и воспалительно-дистрофические заболевания опорно-двигательного аппарата.
Недостаточное количество магния в крови - признак переутомления или стрессового состояния. Доказано, что недостаток магния в организме способствует заболеванию инфарктом миокарда. В организм поступает с пищей, но при этом усваивается менее 40% магния, так как его соединения плохо всасываются кишечником.
Основным производителем этого металла в мире является Китай, который «монополизировал» мировой рынок. В 2007 году производство китайского магния достигло 260 тысяч тонн. В России производство сосредоточено в Пермском крае (25 тыс.т/год). В 2004 году создано ОАО «Русский магний» для строительства завода по производству магния в Асбесте (Свердловская область), но в настоящее время проект заморожен.
Алиуллов Андрей
ХФ ТюмГУ, 581 группа, 2011 г.
Магний
МА́ГНИЙ -я; м. [лат. magnium] Химический элемент (Mg), лёгкий ковкий металл серебристо-белого цвета, горящий ярким белым пламенем. Окись магния. Вспышка магния.
◁ Ма́гниевый, -ая, -ое. М-ые руды. М. сплав.
ма́гний(лат. Magnesium), химический элемент II группы периодической системы. Название от новолат. magnesia - магнезия. Серебристый металл, очень лёгкий и прочный; плотность 1,74 г/см 3 , t пл 650°C. На воздухе покрывается защитной оксидной плёнкой; подожжённая тонкая стружка и порошок магния горят ярким белым пламенем. По распространённости в земной коре занимает среди элементов 8-е место (минералы магнезит, доломит, карналлит). Применяется главным образом в производстве лёгких сплавов, для раскисления и обессеривания некоторых металлов, для восстановления Hf, Ti, U, Zr и других металлов из соединений (металлотермия), как компонент осветительных и зажигательных составов для снарядов и ракет.
МАГНИЙМА́ГНИЙ (лат. Magnesium), Mg (читается «магний»), химический элемент IIА группы третьего периода периодической системы Менделеева (см.
ПЕРИОДИЧЕСКАЯ СИСТЕМА ЭЛЕМЕНТОВ МЕНДЕЛЕЕВА)
, атомный номер 12, атомная масса 24,305. Природный магний состоит из трех стабильных нуклидов (см.
НУКЛИД)
: 24 Mg (78,60% по массе), 25 Mg (10,11%) и 26 Mg (11,29%). Электронная конфигурация нейтрального атома 1s
2
2s
2
p
6
3s
2
, согласно которой магний в стабильных соединениях двухвалентен (степень окисления +2).
Простое вещество магний - легкий, серебристо-белый блестящий металл.
История открытия
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 (см.
МАГНЕЗИТ)
. Металлический магний впервые получил в 1808 английский химик Г. Дэви (см.
ДЭВИ Гемфри)
. Как и в случае других активных металлов - натрия, калия, кальция, для получения металлического магния Дэви использовал электролиз. Электролизу он подвергал увлажненную смесь белой магнезии (в ее состав, судя по всему, входили оксид магния MgO и гидроксид магния Mg(OH) 2) и оксида ртути HgO. В результате Дэви получил амальгаму - сплав нового металла со ртутью. После отгонки ртути остался порошок нового металла, который Дэви назвал магнием.
Магний, полученный Дэви, был довольно грязным, чистый металлический магний получен впервые в 1828 французским химиком А. Бюсси.
Нахождение в природе
Магний - один из десяти наиболее распространенных элементов земной коры. В ней содержится 2,35% магния по массе. Из-за высокой химической активности в свободном виде магний не встречается, а входит в состав множества минералов - силикатов, алюмосиликатов, карбонатов, хлоридов, сульфатов и др. Так, магний содержат широко распространенные силикаты оливин (см.
ОЛИВИН)
(Mg,Fe) 2 и серпентин (см.
СЕРПЕНТИН)
Mg 6 (OH) 8 . Важное практическое значение имеют такие магнийсодержащие минералы, как асбест (см.
АСБЕСТ (минерал))
, магнезит (см.
МАГНЕЗИТ)
, доломит (см.
ДОЛОМИТ)
MgCO 3 ·CaCO 3 , бишофит (см.
БИШОФИТ)
MgCl 2 ·6H 2 O, карналлит (см.
КАРНАЛЛИТ)
KCl·MgCl 2 ·6H 2 O, эпсомит (см.
ЭПСОМИТ)
MgSO 4 ·7H 2 O, каинит (см.
КАИНИТ)
KCl·MgSO 4 ·3H 2 O, астраханит Na 2 SO 4 ·MgSO 4 ·4H 2 O и др. Магний содержится в морской воде (4% Mg в сухом остатке), в природных рассолах, во многих подземных водах.
Получение
Обычный промышленный метод получения металлического магния - это электролиз расплава смеси безводных хлоридов магния MgCl 2 , натрия NaCl и калия KCl. В этом расплаве электрохимическому восстановлению подвергается хлорид магния:
MgCl 2 (электролиз) = Mg + Cl 2 .
Расплавленный металл периодически отбирают из электролизной ванны, а в нее добавляют новые порции магнийсодержащего сырья. Так как полученный таким способом магний содержит сравнительно много - около 0,1% примесей, при необходимости «сырой» магний подвергают дополнительной очистке. С этой целью используют электролитическое рафинирование, переплавку в вакууме с использованием специальных добавок - флюсов, которые «отнимают» примеси от магния, или перегонку (сублимацию) металла в вакууме. Чистота рафинированного магния достигает 99,999% и выше.
Разработан и другой способ получения магния - термический. В этом случае для восстановления оксида магния при высокой температуре используют кокс:
MgO + C = Mg + CO
или кремний. Применение кремния позволяет получать магний из такого сырья, как доломит CaCO 3 ·MgCO 3 , не проводя предварительного разделения магния и кальция. С участием доломита протекают реакции:
CaCO 3 ·MgCO 3 = CaO + MgO + 2CO 2 ,
2MgO + 2CaO + Si = Ca 2 SiO 4 + 2Mg.
Преимущество термического способа состоит в том, что он позволяет получать магний более высокой чистоты. Для получения магния используют не только минеральное сырье, но и морскую воду.
Физические и химические свойства
Металлический магний обладает гексагональной кристаллической решеткой. Температура плавления 650°C, температура кипения 1105°C, плотность 1,74 г/см 3 (магний - очень легкий металл, легче только кальций и щелочные металлы (см.
ЩЕЛОЧНЫЕ МЕТАЛЛЫ)
). Стандартный электродный потенциал магния Mg/Mg 2+ –2,37В. В ряду стандартных потенциалов он расположен за натрием перед алюминием.
Поверхность магния покрыта плотной пленкой оксида MgO, при обычных условиях надежно защищающей металл от дальнейшего разрушения. Только при нагревании металла до температуры выше примерно 600°C он загорается на воздухе. Горит магний с испусканием яркого света, по спектральному составу близкого к солнечному. Поэтому раньше фотографы при недостаточной освещенности проводили съемку в свете горящей ленты магния. При горении магния на воздухе образуется рыхлый белый порошок оксида магния MgO:
2Mg + O 2 = 2MgO.
Одновременно с оксидом образуется и нитрид магния Mg 3 N 2:
3Mg + N 2 = Mg 3 N 2 .
C холодной водой магний не реагирует (или, точнее, реагирует, но крайне медленно), а с горячей водой он вступает во взаимодействие, причем образуется рыхлый белый осадок гидроксида магния Mg(OH) 2:
Mg + 2H 2 O = Mg(OH) 2 + H 2 .
Если ленту магния поджечь и опустить в стакан с водой, то горение металла продолжается. При этом выделяющийся при взаимодействии магния с водой водород немедленно загорается на воздухе. Горение магния продолжается и в атмосфере углекислого газа:
2Mg + CO 2 = 2MgO + C.
Способность магния гореть как в воде, так и в атмосфере углекислого газа существенно усложняет тушение пожаров, при которых горят конструкции из магния или его сплавов. (см.
МАГНИЯ ОКСИД)
Оксид магния (см.
МАГНИЯ ОКСИД)
MgO представляет собой белый рыхлый порошок, не реагирующий с водой. Раньше его называли жженой магнезией или просто магнезией. Этот оксид обладает основными свойствами, он реагирует с различными кислотами, например:
MgO + 2HNO 3 = Mg(NO 3) 2 + H 2 O.
Отвечающее этому оксиду основание Mg(OH) 2 - средней силы, но в воде практически нерастворимо. Его можно получить, например, добавляя щелочь к раствору какой-либо соли магния:
2NaOH + MgSO 4 = Mg(OH) 2 + Na 2 SO 4 .
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:
Mg + S = MgS.
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 СаС 2). 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 (см.
ЛИТИЙ)
(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 (см.
ЖЕСТКОСТЬ ВОДЫ)
. Как и в случае гидрокарбоната кальция (см. ст. К
альций (см.
КАЛЬЦИЙ)
), жесткость, вызванная гидрокарбонатом магния Mg(HCO 3) 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.
Практическое применение до сих пор имеет 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».
Большое значение в органической химии имеют магнийорганические соединения (см.
МАГНИЙОРГАНИЧЕСКИЕ СОЕДИНЕНИЯ)
, содержащие связь Mg-C. Особенно важную роль среди них играет так называемый реактив Гриньяра - соединения магния общей формулы RMgHal, где R - органический радикал, а Hal = Cl, Br или I. Эти соединения образуются в эфирных растворах при взаимодействии магния и соответствующего органического галоида RHal и используются для самых разнообразных синтезов.
Применение
Основная часть добываемого магния используется для получения различных легких магниевых сплавов. В состав этих сплавов, кроме магния, входят, как правило, алюминий, цинк, цирконий. Такие сплавы достаточно прочны и находят применение в самолетостроении, приборостроении и для других целей.
Высокая химическая активность металлического магния позволяет использовать его при магниетермическом получении таких металлов, как титан, цирконий, ванадий, уран и др. При этом магний реагирует с оксидом или фторидом получаемого металла, например:
2Mg + TiO 2 = 2MgO + Ti.
2Mg + UF 4 = 2MgF 2 + U.
Широкое применение находят многие соединения магния, особенно его оксид, карбонат и сульфат.
Биологическая роль магния
Магний - биогенный элемент (см.
БИОГЕННЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ)
, постоянно присутствующий в тканях всех организмов. Он входит в состав молекулы зеленого пигмента растений - хлорофилла (см.
ХЛОРОФИЛЛ)
, участвует в минеральном обмене, активирует ферментные процессы в организме, повышает засухоустойчивость растений. С участием ионов Mg + осуществляется биолюминесценция (см.
БИОЛЮМИНЕСЦЕНЦИЯ)
и ряд других биологических процессов. Широкое практическое применение находят магниевые удобрения - доломитовая мука, жженая магнезия и др.
В организм животных и человека магний поступает с пищей. Суточная потребность человека в магнии - 0,3-0,5 г. В организме среднего человека (масса тела 70 кг) содержится около 19 г магния. Нарушения обмена магния приводят к различным заболеваниям. В медицине применяют препараты магния - его сульфат, карбонат, жженую магнезию.
Энциклопедический словарь . 2009 .
Синонимы :- (ново лат. magnium, от лат. magnesia). Серебристый металл, составляющий основание магнезии. Словарь иностранных слов, вошедших в состав русского языка. Чудинов А.Н., 1910. МАГНИЙ блестящий металл серебристо белого цвета, горит очень ярким белым… … Словарь иностранных слов русского языка
- (Magnesium), Mg, химический элемент II группы периодической системы, атомный номер 12, атомная масса 24,305; относится к щелочно земельным металлам; tпл 650шC. Входит в состав хлорофилла. Магний компонент сплавов, осветительных и зажигательных… … Современная энциклопедия
- (символ Mg), металлический элемент серебристо белого цвета, один из ЩЕЛОЧНОЗЕМЕЛЬНЫХ МЕТАЛЛОВ. Восьмой по распространенности элемент земной коры. Впервые был выделен в 1808 г. Хэмфри ДЭВИ. Необходим в питании человека и животных. Магний всегда… … Научно-технический энциклопедический словарь
Магний - (Magnesium), Mg, химический элемент II группы периодической системы, атомный номер 12, атомная масса 24,305; относится к щелочно земельным металлам; tпл 650°C. Входит в состав хлорофилла. Магний компонент сплавов, осветительных и зажигательных… … Иллюстрированный энциклопедический словарь
МАГНИЙ, см. магнезия. Толковый словарь Даля. В.И. Даль. 1863 1866 … Толковый словарь Даля
- (лат. Magnesium) Mg, химический элемент II группы периодической системы, атомный номер 12, атомная масса 24,305. Название от новолатинского magnesia магнезия. Серебристый металл, очень легкий и прочный; плотность 1,74 г/см³, tпл 650 .С. На… … Большой Энциклопедический словарь
Mg (лат. Magnesium * a. magnesium; н. Magnesium; ф. magnesium; и. magnesio), хим. элемент II группы периодич. системы Менделеева, ат. н. 12, ат. м. 24,312. Природный M. состоит из смеси стабильных изотопов 24Mg (78,6%), 25Mg (10,11%) и… … Геологическая энциклопедия
