Магний в чистом виде. Магний — важный металл для промышленности и жизни человека

Mg — Магний

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 p 6 3s 2 , согласно которой магний в стабильных соединениях двухвалентен (степень окисления +2). Простое вещество магний — легкий, серебристо-белый блестящий металл.

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). Стандартный электродный потенциал магния Mg/Mg 2+ равен –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.

Оксид магния 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:

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 (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(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, 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.

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. Металлический магний впервые получил в 1808 английский химик Г. Дэви. 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 с ртутью. После отгонки ртути остался порошок нового металла, который Дэви назвал магнием.

Магний 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 (8-е место). 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.

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.

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.

Преобладающий промышленный способ получения магния - электролиз расплава смеси MgCl 2

MgCl 2 Mg 2+ 2Cl -

Mg 2+ +2e Mg 0 2Cl - -2e Cl 2 0

2MgCl 2 2Mg+ 2Cl 2

расплава

в безводных MgCl 2 , KCl, NaCl. Для получения расплава исполь­зуют обезвоженный карналлит или бимофит, а также MgCl 2 , полученный хлорированием MgO или как отход при производстве Ti.

Температура электролиза 700-720 о С, аноды графитовые, катоды стальные. Со­держание MgCl 2 в расплаве 5-8 %, при снижении концентрации до 4 % уменьшается выход магния по току, при повышении концентрации MgCl 2 вы­ше 8 % увеличивается расход электроэнергии. Для обеспечения оптимально­го содержания MgCl 2 периодически отбирают часть отработанного электро­лита и добавляют свежий карналлит или MgCl 2 . Жидкий магний всплывает на поверхность электролита, откуда его отбирают вакуумным ковшом. Изв­лекаемый магниевый сырец содержит 0,1% примесей. Для очистки от неме­таллических примесей магний переплавляют с флюсами - хлоридами или фторидами K,Ba,Na,Mg. Глубокую очистку осуществляют перегонкой в вакуу­ме, зонной плавкой, электролитическим рафинированием. В результате по­лучают магний чистотой 99,999 %.

Кроме магния при электролизе получают также Cl 2 . В термических спосо­бах получения магния сырьем служит магнезит или доломит, из которых прокаливанием получают MgO.2Mg+O 2 =2MgO . В реторных или вращающих печах с графитовыми или угольными нагревателями оксид восстанавливают до металла кремнием (силиконотермический способ) или CaC 2 (карбидотермический способ) при 1280-1300 о С, либо углеродом (карботермический способ) при темпратуре выше 2100 о С. В карботермическом способе (MgO+C Mg+CO) образующуяся смесь CO и паров магния быстро охлаждают при выходе из печи инертным газом для предотвращения обратной реакции с магнием.

Свойства магния.

Физические свойства магния.

Магний - серебристо-белый блестящий металл, сравнительно мягкий и пластичный, хороший проводник тепла и электричества. Почти в 5 раз легче меди, в 4,5 раза легче железа; даже алюминий в 1,5 раза тяжелее магния. Плавится магний при темпратуре 651 о С, но в обычных усло­виях расплавить его довольно трудно: нагретый на воздухе до 550 о С он вспыхивает и мгновенно сгорает ослепительно ярким пламенем. По­лоску магниевой фольги легко поджечь обыкновенной спичкой, а в атмос­фере хлора магний самовозгорается даже при комнатной температуре. При горении магния выделяется большое количество ультрафиолетовых лучей и тепла - чтобы нагреть стакан ледяной воды до кипения, нужно сжечь все­го 4 г магния.

Магний расположен в главной подгрупп второй группы периодической сис­темы элементов Д.И. Менделеева. Порядковый номер его - 12, атомный вес - 24,312. Электронная конфигурация атома магния в невозбужденном сос­тоянии 1S 2 2S 2 P 6 3S 2 ; валентными являются электроны наружного слоя, в соответствии с этим магний проявляет валентность II. В тесной связи со строением электронных оболочек атома магния находится его реакционная способность. Из-за наличия на внешней оболочке только двух электронов атом магния склонен легко отдавать их для получения устойчивой восьми­электронной конфигурации; поэтому магний в химическом отношении очень активен.

На воздухе магний окисляется, но образующаяся при этом окисная пленка предохраняет металл от дальнейшего окисления. Нормальный электронный потенциал магния в кислой среде равен -2,37в, в щелочной - 2,69в. В разбавленных кислотах магний растворяется уже на холоде. Во фтористо­водородной кислоте нерастворим вследствие образования пленки из труд­норастворимого в воде фторида MgF 2 ; в концентрированной серной кислоте почти нерастворим. Магний легко растворяется при действии растворов солей аммония. Растворы щелочей на него не действуют. Магний поступает в лаборатории в виде порошка или лент. Если поджечь магниевю ленту, то она быстро сгорает с ослепительной вспышкой, развивая высокую темпера­туру. Магниевые вспышки применяют в фотографии, в изготовлении освети­тельных ракет. Температура кипения магния 1107 о С, плотность = 1,74 г/см 3 , радиус атома 1,60 НМ.

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. 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. Особенно интенсивно идет реакция с водяным паром, нагретым выше 380 о С:

Mg 0 (тв)+H 2 + O(газ) Mg +2 O(тв)+H 2 0 (газ).

Поскольку продуктом этой реакции является водород ясно, что тушение горящего магния водой недопустимо: может произойти образование гремучей смеси водорода с кислородом и взрыв. Нельзя потушить горящий магний и углекислым газом: магний восстанавливает его до свободного углерода

2Mg 0 + C +4 O 2 2Mg +2 O+C 0 ,

Прекратить к горящему магнию доступ кислорода можно засыпав его пес­ком, хотя и с оксидом кремния (IV) магний взаимодействует, но со зна­чительно меньшим выделением теплоты:

2Mg 0 + Si +4 O 2 =2Mg +2 O+Si 0

этим и определяется возможность использования песка для тушения крем­ния. Опасность возгорания магния при интенсивном нагреве одна из при­чин, по которым его использование как технического материала ограниче­на.

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). Устойчивость магния к растворе­нию во фтороводородной кислоте объясняется просто: поверхность магния покрывается нерастворимой во фтороводородной кислоте пленкой фторида магния MgF 2 . Устойчивость магния к достаточно концентрированной серной кислоте и смеси ее с азотной кислотой объяснить сложнее, хотя и в этом случае причина кроется в пассивации поверхности магния. С растворами щелочей и гидроксида аммония магний практически не взаимодействует. А вот с растворами аммонийных солей реакция хотя и медленно, но происхо­дит:

2NH + 4 +Mg=Mg 2+ + 2NH 3 + H 2

Удивительного в этой реакции нет. Эта реакция та же по существу, что и реакция вытеснения металлами водорода из кислот. В одном из определе­ний кислотой называют вещество, диссоциирующее с образованием ионов водорода. Именно так может диссоциировать и ион NH4:

NH 4 + NH 3 +H +

Mg 0 + 2HCl=Mg +2 Cl 2 +H 0 2

2H + +Mg Mg 2+ + H 0 2

При нагревании магния в атмосфере галогенов происходит воспламенение и образование галоидных солей.

Причина воспламенения - очень большое тепловыделение, как и в случае реакции магния с кислородом. Так при образовании 1 моль хлорида магния из магния и хлора выделяется 642 КДж. При нагревании магний соединяется с серой (MgS), и с азотом (Mg 3 N 2). При повышенном давлении и нагревании с водородом магний обра­зует гидрид магния

Mg 0 + H 2 0 Mg +2 H 2 - .

Большое сродство магния к хлору позволило создать новое металлургичес­кое производство - "магниетермию" - получение металлов в результате реакции

MeCln+0,5nMg=Me+0,5nMgCl 2

этим методом получают металлы, играющие очень важную роль в современ­ной технике - цирконий, хром, торий, бериллий. Легкий и прочный "ме­талл космической эры" - титан практически весь получают таким способом.

Сущность производства сводится к следующему: при получении металли­ческого магния электролизом расплава хлорида магния в качестве побоч­ного продукта образуется хлор. Этот хлор используют для получения хло­рида титана (IV) TiCl 4 , который магнием восстанавливается до металли­ческого титана

Ti +4 Cl 4 + 2Mg 0 Ti 0 +2Mg +2 Cl 2

Образовавшийся хлорид магния вновь используется для производства маг­ния и т.д. На основе этих реакций работают титаномагниевые комбинаты. Попутно с титаном и магнием получают при этом и другие продукты, та­кие, как бертолетову соль KClO 3 , хлор, бром и изделия - фибролитовые и ксилитовые плиты, о которых будет сказано ниже. В таком комплексном производстве степень использования сырья, рентабельность производства высока, а масса отходов не велика, что особенно важно для охраны окру­жающей среды от загрязнений.

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

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).