З'єднання магнію були відомі людині дуже давно. Магнезитом (грецькою Magnhsia oliqV) називали м'який білий, милий на дотик мінерал (мильний камінь, або тальк), який знаходили в районі Магнезії у Фессалії. При прожарюванні цього мінералу отримували білий порошок, який почали називати білою магнезією.
У 1695 Н.Гро, випаровуючи мінеральну воду Епсомського джерела (Англія), отримав сіль, що мала гіркий смак і проносну дію (MgSO 4 ·7H 2 O). Через кілька років з'ясувалося, що при взаємодії з содою або поташом ця сіль утворює пухкий білий порошок, такий же, який утворюється при прожарюванні магнезиту.
У 1808 англійський хімік і фізик Гемфрі Деві при електролізі злегка зволоженої білої магнезії з окисом ртуті як катод отримав амальгаму нового металу, здатного утворювати білу магнезію. Його назвали магнієм. Деві отримав забруднений метал, а чистий магній був виділений лише у 1829 році французьким хіміком Антуаном Бюссі (Bussy Antoine) (1794–1882).
Розповсюдження магнію в природі та його промислове вилучення.
Магній є в кристалічних гірських породах у вигляді нерозчинних карбонатів або сульфатів, а також у менш доступній формі у вигляді силікатів. Оцінка його загального змісту істотно залежить від геохімічної моделі, що використовується, зокрема, від вагових відносин вулканічних і осадових гірських порід. Наразі використовуються значення від 2 до 13,3%. Можливо, найбільш прийнятним є значення 2,76%, яке за поширеністю ставить магній шостим після кальцію (4,66%) перед натрієм (2,27%) та калієм (1,84%).
Великі області суші, такі як Доломітові Альпи в Італії, складаються переважно з мінералу доломіту MgCa(CO 3 ) 2 . Там зустрічаються і осадові мінерали магнезит MgCO 3 , епсоміт MgSO 4 · 7H 2 O, карналіт K 2 MgCl 4 · 6H 2 O, лангбейніт K 2 Mg 2 (SO 4) 3 .
Поклади доломіту є у багатьох інших районах, у тому числі в Московській та Ленінградській областях. Багаті родовища магнезиту знайдені на Середньому Уралі та в Оренбурзькій області. У районі Солікамська розробляється найбільше родовище карналіту. Силікати магнію представлені базальтовим мінералом олівіном (Mg, Fe) 2 (SiO 4), мильним каменем (тальк) Mg 3 Si 4 O 10 (OH) 2 , азбестом (хризотил) Mg 3 Si 2 O 5 (OH) 4 і слюдою. Шпінель MgAl 2 O 4 відноситься до дорогоцінного каміння.
Велика кількість магнію міститься у водах морів та океанів та в природних розсолах ( см. ХІМІЯ ГІДРОСФЕРИ). У деяких країнах вони є сировиною для отримання магнію. За вмістом у морській воді з металевих елементів він поступається лише натрію. У кожному кубометрі морської води міститься близько 4 кг магнію. Магній є й у прісній воді, обумовлюючи, поряд із кальцієм, її жорсткість.
Магній завжди міститься у рослинах, оскільки входить до складу хлорофілів.
Характеристика простої речовини та промислове отримання металевого магнію.
Магній – сріблясто-білий блискучий метал, порівняно м'який, пластичний та ковкий. Його міцність та твердість мінімальні за поширеністю для литих зразків, вище – для пресованих.
У звичайних умовах магній стійкий до окиснення за рахунок утворення міцної оксидної плівки. Водночас він активно реагує з більшістю неметалів, особливо при нагріванні. Магній спалахує в присутності галогенів (за наявності вологи), утворюючи відповідні галогеніди, і горить сліпуче яскравим полум'ям на повітрі, перетворюючись на оксид MgO і нітрид 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
Незважаючи на невисоку температуру плавлення (650 ° С), магнію розплавити на повітрі неможливо.
При дії водню під тиском 200 атм при 150° магній утворює гідрид MgH 2 . З холодною водою магній не реагує, але з окропу витісняє водень і утворює гідроксид Mg(OH) 2:
Mg + 2H 2 O = Mg(OH) 2 + H 2
Після закінчення реакції величина рН (10,3) насиченого розчину гідроксиду магнію, що утворився, відповідає рівновазі:
В останньому випадку утворювальну суміш монооксиду вуглецю та парів магнію необхідно швидко охолоджувати інертним газом для запобігання зворотній реакції.
Світове виробництво магнію наближається до 400 тис. т на рік. Головними виробниками є США (43%), країни СНД (26%) та Норвегія (17%). Останніми роками різко збільшує експорт магнію Китай. У Росії одним з найбільших виробників магнію є титано-магнієвий комбінат у Березниках (Пермська обл.) і Солікамський магнієвий завод. Виробництво магнію розгортається також у р. Азбест.
Магній – найлегший конструкційний матеріал, що використовується у промислових масштабах. Його густина (1,7 г см -3) становить менше двох третин густини алюмінію. Сплави магнію важать вчетверо менше від сталі. Крім того, магній чудово обробляється і може бути відлитий і перероблений будь-якими стандартними методами металообробки (прокатка, штампування, волочіння, кування, зварювання, паяння, клепка). Тому його основна сфера застосування – як легкий конструкційний метал.
Магнієві сплави зазвичай містять понад 90% магнію, а також 2–9% алюмінію, 1–3% цинку та 0,2–1% марганцю. Збереження міцності за високої температури (до 450° З) помітно поліпшується при сплавленні з рідкісноземельними металами (наприклад, празеодимом і неодимом) чи торієм. Ці сплави можна використовувати для корпусів автомобільних двигунів, а також фюзеляжів та шасі літаків. Магній застосовують не тільки в авіації, а й для виготовлення сходів, містків у доках, вантажних платформ, транспортерів та підйомників, а також у виробництві фотографічного та оптичного обладнання.
У промисловий алюміній додають до 5% магнію для покращення механічних властивостей, зварюваності та стійкості до корозії. Магній також застосовують для катодного захисту інших металів від корозії, як поглинач кисню та відновник при виробництві берилію, титану, цирконію, гафнію та урану. Суміші магнію порошку з окислювачами використовують у піротехніці для приготування освітлювальних і запальних складів.
З'єднання магнію.
Переважна ступінь окислення (+2) для магнію обумовлена його електронною конфігурацією, енергіями іонізації та розмірами атома. Ступінь окислення (+3) неможлива, тому що третя енергія іонізації становить для магнію 7733 кДж моль -1. Ця енергія набагато вища, ніж можна компенсувати утворенням додаткових зв'язків, навіть якщо вони будуть переважно ковалентними. Причини нестійкості сполук магнію в ступені окислення (+1) менш очевидні. Оцінка ентальпії утворення таких сполук показує, що вони повинні бути стійкими по відношенню до їх складових елементів. Причиною того, що сполуки магнію(I) не стійкі, є набагато більш високе значення ентальпії утворення сполук магнію(II), що повинно призвести до швидкого та повного диспропорціювання:
Mg(к) + Cl 2 (г) = MgCl 2 (к);
D Н° обр = -642 кДж / (моль MgCl 2)
2Mg(к) + Cl 2 (г) = 2MgCl(к);
D Н° обр = -250 кДж / (2 моль MgCl)
2MgCl(к) = Mg(к) + MgCl 2(к);
D Н° диспроп = -392 кДж / (2 моль MgCl)
Якщо буде знайдено шлях синтезу, який ускладнить диспропорціонування, такі сполуки, можливо, будуть отримані. Є деякі докази утворення частинок магнію(I) при електролізі на магнієвих електродах. Так, при електролізі NaCl на магнієвому аноді виділяється водень, а кількість магнію, втрачена анодом, відповідає заряду +1,3. Аналогічно при електролізі водного розчину Na 2 SO 4 кількість водню, що виділився відповідає окисленню води іонами магнію, заряд яких відповідає +1,4.
Більшість солей магнію добре розчиняються у воді. Процес розчинення супроводжується незначним гідролізом. Отримані розчини мають слабокислотне середовище:
2+ + H 2 O + + H 3 O +
З'єднання магнію з багатьма неметалами, у тому числі з вуглецем, азотом, фосфором, сіркою незворотно гідролізуються водою.
Гідрид магніюскладу МgН 2 являє собою полімер з містковими атомами водню. Координаційне число магнію у ньому дорівнює 4. Така будова призводить до різкого зниження термічної стійкості сполуки. Гідрид магнію легко окислюється киснем повітря та водою. Ці реакції супроводжуються великим виділенням енергії.
Нітрід магнію Mg 3 N 2 . Утворює жовтуваті кристали. При гідролізі нітриду магнію утворюється гідрат аміаку:
Mg 3 N 2 + 8H 2 O = 3Mg(OH) 2 + 2NH 3 ·H 2 O
Якщо гідроліз нітриду магнію проводити у лужному середовищі, гідрат аміаку не утворюється, а виділяється газоподібний аміак. Гідроліз у кислотному середовищі призводить до утворення катіонів магнію та амонію:
Mg 3 N 2 + 8H 3 O + = 3Mg 2+ + 2NH 4 + + 8H 2 O
Магнію оксид MgO називають паленою магнезією. Його одержують випалом магнезиту, доломіту, основного карбонату магнію, гідроксиду магнію, а також прожарюванням бішофіту MgCl 2 ·6H 2 O в атмосфері водяної пари.
Реакційна здатність оксиду магнію залежить від температури отримання. Оксид магнію, приготований при 500-700 ° С, називають легкою магнезією. Він легко реагує з розведеними кислотами та водою з утворенням відповідних солей або гідроксиду магнію, поглинає діоксид вуглецю та вологу з повітря. Оксид магнію, отриманий при 1200-1600 ° С носить назву важкої магнезії. Він характеризується кислотостійкістю та водостійкістю.
Оксид магнію широко використовується як жаростійкий матеріал. Він відрізняється одночасно високою теплопровідністю та хорошими електроізолюючими властивостями. Тому ця сполука застосовується в ізолюючих радіаторах для місцевого нагріву.
Більш легкі сорти магнезій використовують для приготування магнезіального цементу та будівельних матеріалів на його основі, а також як вулканізуючий агент у гумовій промисловості.
Гідроксид магнію Mg(OH) 2 утворює безбарвні кристали. Розчинність цієї сполуки невелика (210 -4 моль/л при 20° С). Його можна перевести в розчин дією солей амонію:
Mg(OH) 2 + 2NH 4 Cl = MgCl 2 + 2NH 3 ·H 2 O
Гідроксид магнію термічно нестійкий і при нагріванні розкладається:
Mg(OH) 2 = MgO + H 2 O
У промислових масштабах гідроксид магнію одержують осадженням вапном з морської води та природних розсолів.
Гідроксид магнію є м'якою основою, яка у вигляді водного розчину (магнезіальне молоко) широко використовується для зниження кислотності шлункового соку. При цьому, незважаючи на м'якість, Mg(OH) 2 нейтралізує кислоти у 1,37 разів більше, ніж гідроксид натрію NaOH та у 2,85 разів більше, ніж гідрокарбонат натрію NaHCO 3 .
Його використовують також для отримання оксиду магнію, рафінування цукру, очищення води в котельних установках як компонент зубних паст.
Карбонат магнію MgCO 3 утворює безбарвні кристали. Він зустрічається у природі у безводному вигляді (магнезит). Крім того, відомі пента-, три-і моногідрати карбонату магнію.
Розчинність карбонату магнію без діоксиду вуглецю становить близько 0,5 мг/л. У присутності надлишку діоксиду вуглецю та води карбонат магнію перетворюється на розчинний гідрокарбонат, а при кип'ятінні відбувається зворотний процес. З кислотами карбонат та гідрокарбонат взаємодіють з виділенням діоксиду вуглецю та утворенням відповідних солей. При нагріванні карбонат магнію, не плавлячись, розкладається:
MgCO 3 = MgO + CO 2
Цей процес використовують для одержання оксиду магнію. Крім того, природний карбонат магнію є вихідною сировиною для отримання металевого магнію та його сполук. Його використовують також як добрива і зниження кислотності грунтів.
Пухкий порошок карбонату магнію засипають між подвійними стінками сховищ для рідкого кисню. Ця теплоізоляція дешева та надійна.
Сульфат магнію MgSO 4 відомий у безводному стані, а також у вигляді різних гідратів. У природі зустрічаються кізерит MgSO 4 · H 2 O, епсоміт MgSO 4 · 7H 2 O та гексагідрат MgSO 4 · 6H 2 O.
У медицині використовується гептагідрат сульфату магнію MgSO 4 ·7H 2 O, широко відомий під назвами англійська або гірка сіль. Ця сполука має проносну дію. При внутрішньом'язових або внутрішньовенних вливаннях сульфат магнію знімає судомний стан, зменшує спазми судин.
Сульфат магнію застосовують у текстильній та паперовій промисловості як протраву при фарбуванні, а також як обтяжувач бавовни та шовку та наповнювача паперу. Він є сировиною для отримання оксиду магнію.
Нітрат магнію Mg(NO 3) 2 являють собою безбарвні гігроскопічні кристали. Розчинність у воді при 20 ° С становить 73,3 г на 100 г. З водних розчинів кристалізується гексагідрат. Вище 90 ° З він зневоднюється до моногідрату. Потім відбувається відщеплення води з частковим гідролізом та розкладання до оксиду магнію. Цей процес використовується для синтезу оксиду магнію особливої чистоти. З нітрату магнію одержують нітрати інших металів, а також різні сполуки магнію. Крім того, нітрат магнію входить до складу складних добрив та піротехнічних сумішей.
Перхлорат магнію Mg(ClO 4) 2 утворює дуже гігроскопічні безбарвні кристали. Він добре розчинний у воді (99,6 г на 100 г) та органічних розчинниках. З водних розчинів кристалізується гексагідрат. Концентровані розчини перхлорату магнію в органічних розчинниках та його сольвати з молекулами відновників вибухонебезпечні.
Частково гідратований перхлорат магнію, що містить 2–2,5 молекули води, випускають під комерційною назвою «ангідрон». Для отримання безводного перхлорату магнію його сушать у вакуумі при 200-300 ° С. Його використовують як осушувач газів. Він поглинає як пари води, а й аміак, пари спиртів, ацетону та інших полярних речовин.
Перхлорат магнію застосовують як каталізатор ацилювання за реакцією Фріделя – Крафтса, а також як окислювач у мікроаналізі.
Фторид магнію MgF 2 мало розчинний у воді (0,013 г 100 г при 25° С). Він зустрічається у природі у вигляді мінералу селаїту. Отримують фторид магнію взаємодією сульфату або оксиду магнію з фтороводородною кислотою або магнію хлориду з фторидом калію або амонію.
Фторид магнію входить до складу флюсів, скла, кераміки, емалей, каталізаторів, сумішей для отримання штучної слюди та азбесту. Крім того, він є оптичним та лазерним матеріалом.
Хлорид магнію MgCl 2 є одним із найбільш промислово важливих солей магнію. Його розчинність становить 54,5 г на 100 г води при 20 ° С. Концентровані водні розчини магнію хлориду розчиняють оксид магнію. З отриманих розчинів кристалізуються MgCl 2 ·mMg(OH) 2 ·nH 2 O. Ці сполуки входять до складу магнезіальних цементів.
Хлорид магнію утворює кристалогідрати з 1, 2, 4, 6, 8 і 12 молекулами води. Зі зростанням температури число молекул кристалізаційної води зменшується.
У природі хлорид магнію зустрічається у вигляді мінералів бішофіту MgCl 2 ·6H 2 O, хлормагнезиту MgCl 2 а також карналіту. Він міститься у морській воді, рапі соляних озер, деяких підземних розсолах.
Безводний хлорид магнію використовують у виробництві металевого магнію та оксиду магнію, гексагідрат – для одержання магнезіальних цементів. Водний розчин магнію хлориду застосовують як холодоагент і антифриз. Він служить засобом проти зледеніння льотних полів аеродромів, залізничних рейок та стрілок, а також проти змерзання вугілля та руд. Розчином магнію хлориду просочують деревину для надання їй вогнестійкості.
Бромід магнію MgBr 2 добре розчинний у воді (101,5 г на 100 г при 20 ° С). З водних розчинів кристалізується від -42,7 до 0,83 ° С у вигляді декагідрату, при вищій температурі - у вигляді гексагідрату. Він утворює численні кристалосольвати, такі як MgB 2 ·6ROH (R = Me, Et, Pr), MgBr 2 ·6Me 2 CO, MgBr 2 ·3Et 2 O, а також аміни MgBr 2 · n NH 3 ( n = 2–6).
Комплексні сполуки магнію. У водних розчинах іон магнію існує у вигляді аквакомплексу 2+. У неводних розчинниках, наприклад в рідкому аміаку, іон магнію утворює комплекси з молекулами розчинника. З таких розчинів зазвичай кристалізуються сольвати солей магнію. Відомо кілька галогенідних комплексів типу MX 4 2-, де Х - галогенід-аніон.
Серед комплексних сполук магнію особливе значення мають хлорофіли, модифіковані порфіриновими комплексами магнію. Вони є життєво важливими для фотосинтезу у зелених рослинах.
Магнійорганічні сполуки. Для магнію отримані численні сполуки, що містять зв'язок метал – вуглець. Особливо багато досліджень присвячено реактивам Гриньяра RMgX (X=Cl, Br, I).
Реактиви Гриньяра – найважливіші металоорганічні сполуки магнію і, мабуть, найбільш використовувані металоорганічні реагенти. Це з легкістю їх отримання і синтетичної різнобічності. Встановлено, що у розчині ці сполуки можуть містити різноманітні хімічні частки, що у рухливому рівновазі.
Реактиви Гриньяра зазвичай отримують повільним додаванням органічного галогеніду до суспензії магнієвих стружок у відповідному розчиннику при інтенсивному перемішуванні та повній відсутності повітря та вологи. Реакція зазвичай починається повільно. Вона може бути ініційована маленьким кристалом йоду, який руйнує захисний шар на поверхні металу.
Реактиви Гриньяра широко застосовуються для синтезу спиртів, альдегідів, кетонів, карбонових кислот, ефірів і амідів і, ймовірно, є найважливішими реагентами для створення зв'язків вуглець-вуглець, а також зв'язків між атомами вуглецю та інших елементів (азот, кисень, сірка тощо) .д.).
З'єднання R 2 Mg зазвичай розкладаються під час нагрівання. У кристалічному стані вони мають структуру лінійних полімерів з містковими алкільними групами. З'єднання MgMe 2 являє собою нелетючий полімер, стійкий до ~250° С, не розчинний у вуглеводнях і лише розчинний в ефірі. З'єднання MgEt 2 і більш високі гомологи дуже схожі на MgMe 2 але вони розкладаються при більш низькій температурі (175-200 ° С), утворюючи відповідний алкен і MgH 2 по реакції, зворотній їх отриманню. Схожий на них і MgPh 2; він не розчинний у бензолі, розчиняється в ефірі з утворенням мономерного комплексу MgPh 2 ·2Et 2 O і розкладається при 280° З утворенням Ph 2 і металевого магнію.
Біологічна роль магнію.
Зелене листя рослин містить хлорофіли, які являють собою магнійвмісні порфіринові комплекси, що беруть участь у фотосинтезі.
Магній також тісно залучений до біохімічних процесів в організмах тварин. Іони магнію необхідні для ініціювання ферментів, що відповідають за перетворення фосфатів, для перенесення нервового імпульсу та для метаболізму вуглеводів. Вони також беруть участь у скороченні м'язів, що ініціюється іонами кальцію.
Декілька років тому вчені Міннесотського університету в США встановили, що яєчна шкаралупа тим міцніша, чим більше вона містить магнію.
В організмі дорослої людини масою 65 кг міститься близько 20 г магнію (переважно у вигляді іонів). Більшість його зосереджена в кістках. У внутрішньоклітинній рідині присутні комплекси магнію з АТФ та AДФ.
Добова потреба у цьому елементі становить 0,35 г. При одноманітному харчуванні, нестачі зелених овочів та фруктів, а також при алкоголізмі нерідко виникає дефіцит магнію. Особливо багаті на магній абрикоси, персики і цвітна капуста. Є він і у звичайній капусті, картоплі, помідорах.
Статистика стверджує, що у жителів районів із теплішим кліматом спазми кровоносних судин трапляються рідше, ніж у жителів півночі. Вважають, що причиною цього є особливості харчування у холодних краях. Вони їдять менше фруктів і овочів, отже, отримують менше магнію.
Дослідження французьких біологів показали, що у крові втомлених людей міститься менше магнію, ніж відпочивших. Вважають, що дієта, багата на магній повинна допомогти медикам у боротьбі з такою серйозною недугою, як перевтома.
Олена Савінкіна
Магній - широко поширений у природі метал, що має величезне біогенне значення для людини. Він є складовою великої кількості різних мінералів, морської води, гідротермальних вод.
Властивості
Сріблястий блискучий метал, дуже легкий та пластичний. Немагнітний, має високу теплопровідність. За нормальних умов на повітрі покривається оксидною плівкою. При нагріванні понад 600 ° С метал горить із виділенням великої кількості тепла та світла. Горить у вуглекислому газі та активно реагує з водою, тому його марно гасити традиційними способами.
Магній не взаємодіє з лугами, реагує із кислотами з виділенням водню. Стійкий до галогенів та їх сполук; наприклад, не взаємодіє з фтором, плавиковою кислотою, сухим хлором, йодом, бромом. Чи не руйнується під впливом нафтопродуктів. Магній малостійкий до корозії, цей недолік виправляють додаванням до металу невеликих кількостей титану, марганцю, цинку, цирконію.
Магній необхідний для здоров'я серцево-судинної та нервової систем, для синтезу білків та засвоєння організмом глюкози, жирів та амінокислот. Оротат магнію (вітамін В13) відіграє важливу роль в обміні речовин, нормалізує серцеву діяльність, перешкоджає відкладенню холестерину на стінках судин, збільшує працездатність організму спортсменів, не поступаючись ефективністю стероїдним препаратам.
Отримують магній у різний спосіб, з природних мінералів і морської води.
Застосування
Більшість магнію, що видобувається, використовується для виробництва магнієвих конструкційних сплавів, затребуваних в авіаційній, автомобільній, атомній, хімічній, нафтопереробній промисловості, в приладобудуванні. Магнієві сплави відрізняються легкістю, міцністю, високою питомою жорсткістю, гарною оброблюваністю. Вони немагнітні, добре відводять тепло, мають у 20 разів більшу стійкість до вібрації, ніж легована сталь. Магнієві сплави застосовуються виготовлення резервуарів для зберігання бензину і нафтопродуктів, деталей атомних реакторів, відбійних молотків, пневмотруб, вагонів; ємностей та насосів для роботи з плавиковою кислотою, для зберігання брому та йоду; корпусів ноутбуків та фотоапаратів.
- Магній широко використовується для отримання деяких металів методом відновлення (ванадій, цирконій, титан, берилій, хром тощо); для надання сталі та чавуну найкращих механічних характеристик, для очищення алюмінію.
- У чистому вигляді входить до складу багатьох напівпровідників.
- У хімічній промисловості порошковий магній використовують для осушення органічних речовин, наприклад спирту, аніліну. Магнійорганічні сполуки застосовують у складному хімічному синтезі (наприклад, отримання вітаміну А).
- Порошок магнію затребуваний у ракетній техніці як висококалорійне паливо. У військовій справі - при виробництві освітлювальних ракет, боєприпасів, що трасують, запальних бомб.
- Чистий магній та його сполуки йдуть на виготовлення хімічних потужних джерел струму.
- Окис магнію застосовується для виготовлення тиглів та металургійних печей, вогнетривкої цегли, при виготовленні синтетичної гуми.
- Кристали фториду магнію потрібні в оптиці. 
- Гідрид магнію є твердим порошком, що містить великий відсоток водню, який легко отримати нагріванням. Речовина використовується як «сховище» водню.
- Нині рідше, але раніше порошок магнію широко використовувався у хімічних фотоспалахах.
- З'єднання магнію використовують для відбілювання та протруювання тканин, для виготовлення теплоізоляційних матеріалів, особливих сортів цегли.
- Магній входить до складу багатьох лікарських засобів як внутрішнього, так і зовнішнього (бішофіт) застосування. Його використовують як протисудомний, проносний, седативний, серцевий, протиспазматичний засіб, для регуляції кислотності шлункового соку, як антидот при отруєнні кислотами, як шлунковий засіб, що дезінфікує, для лікування травм і суглобів.
- Магній стеарат використовується у фармацевтичній та косметичній промисловості як наповнювач таблеток, пудри, кремів, тіней; у харчовій промисловості застосовується як харчова добавка Е470, що запобігає спостереженню продуктів.
У хімічному магазині «ПраймКемікалсГруп» ви можете купити хімічний магній та його різні сполуки – магній стеарат, бішофіт магній хлористий, магній вуглекислий та інші, а також широкий спектр хімічних реактивів, лабораторного посуду та інших товарів для лабораторій та виробництва. Ціни та рівень сервісу вам сподобаються!
МАГНІЙ
План:
1. Характеристика елемента.
2. Отримання магнію.
3. Властивості магнію.
3.1. Фізичні властивості магнію.
3.2. Хімічні властивості магнію.
4. З'єднання магнію.
4.1. Неорганічні сполуки
4.2. Магнійорганічні сполуки
5. Природні сполуки магнію
6. Визначення магнію у ґрунтах, у воді
7. Біологічне значення магнію
8. Області застосування магнію
9. Жорсткість води
10. Практична робота «Визначення жорсткості води»
1. Характеристика елемента
Назва "магнезія"зустрічається вже III столітті н.е., хоча цілком ясно, яке речовина воно позначає. Довгий час магнезит – карбонат магнію – помилково ототожнювали з вапняком – карбонатом кальцію. Слово магнезія походить від назви одного з грецьких міст - Магнесії. До XVIII століття сполуки магнію вважали різновидами кальцієвих чи натрієвих солей. Відкриття магнію сприяло вивчення складу мінеральних вод. У 1695 році англійський лікар Крю повідомив, що їм виділена з води епсомського мінерального джерела сіль, що має лікувальні властивості, і незабаром було доведено її індивідуальний характер. Потім стали відомі інші сполуки магнію. Карбонат магнію отримав назву "біла магнезія", на відміну від "чорної магнезії" - оксиду марганцю. Звідси й співзвучність назв металів, виділених згодом із цих сполук.
Вперше магній був отриманий Деві (XIX ст) з окису магнію. Бюссі, Лібіх, Девільс, Карон та ін отримували магній дією парів калію або натрію на хлористий магній.
У 1808 р. англійський хімік Г. Деві електролізом зволоженої суміші магнезії та оксиду ртуті отримав амальгаму невідомого металу, якому дав назву "магнезії", що досі збереглося в багатьох країнах. У Росії з 1831 прийнято назву "магній". У 1829 р. французький хімік А. Бюссі отримав магній, відновлюючи його розплавлений хлорид калієм. Наступний крок до промислового отримання зробив М. Фарадей. У 1830 році він вперше отримав магній електролізом розплавленого хлористого магнію.
Промислове виробництво магнію електролітичним способом зроблено Німеччині кінці ХІХ ст. Перед Другої світової війни почалося освоєння термічних способів отримання магнію.
В даний час поряд з розвитком електролітичного способу удосконалюються силікотермічний та карботермічний способи отримання магнію. На першій стадії розвитку магнієвої промисловості як сировину застосовували хлористі солі карналіт, природні розсоли, хлоромагнієві луги калійної промисловості.
Нині поряд із хлористими солями широко використовують доломіт та магнезит. Великий інтерес представляє застосування як сировини для магнію з морської води. У Росії її електролітичний метод отримання магнію вперше розробив П.П. Федотьев у 1914 р. у Петроградському політехнічному інституті. У 1931 р. у Ленінграді почав працювати перший досвідчений магнієвий завод. Промислове виробництво магнію у СРСР розпочато 1935 р.
+12 Mg))) 1S 2 2S 2 2P 6 3S 2 3P 0 – електронна формула нормального атома 282При витраті необхідної енергії одне із електронів перетворюється на P-стан, тобто. обидва електрони стають неспареними. Тому магній виявляє ступінь окиснення +2.
3S 2 -валентні електрони
1S 2 2S 2 2P 6 3S 1 3P 1
- електронна формула збудженого атома+12 Mg +P 12 ,n 0 12 e12
Будова зовнішньої електронної оболонки магнію, що володіє структурою 3S 2 з двома слабо зв'язаними електронами пояснює відновний характер типових реакцій, в яких магній переходить в двовалентний катіон Mg 2+ . Завдяки великій хімічній спорідненості до кисню, магній здатний віднімати кисень у багатьох оксидів та хлор у хлоридів. Ця властивість останнім часом використовується при магнієтермічному одержанні титану, цирконію, урану. При кімнатній температурі на повітрі компактний хімічний магній стійкий. На його поверхні утворюється окисна плівка, що оберігає від окислення. При нагріванні хімічна активність магнію зростає. Вважається, що верхня температурна межа стійкості магнію в кисні знаходиться в інтервалі 350-400 о С. Киплячу воду магній розкладає з виділенням водню.
На магній не має помітної дії дистильована вода, фтористоводнева кислота будь-якої концентрації, хромова кислота, водні розчини фтористих солей та ін.
Руйнівну дію надає на магній морська і мінеральна вода, водні розчини соляної, сірчаної, азотної, фосфорної, кремнефтористоводневої кислот, водні розчини галоїдних солей, сірчистих сполук, аміак та його водні розчини, органічні кислоти, гліколі та гліколеві суміші, багато альде.
Магній - один із найпоширеніших у земній корі елементів, за поширеністю займає шосте місце після кисню, кремнію, алюмінію, заліза та кальцію. Зміст магнію в літосфері, за А.П. Виноградову, становить 2,10%. У природі магній зустрічається виключно у вигляді сполук і входить до складу багатьох мінералів: карбонатів, силікатів та ін. Найважливішими є наступні з них: магнезит MgCO 3 доломіт MgCO 3 (OH) 2 , кізерит MgSO 4 , епсоніт MgSO 4 *7H 2 O, каїніт MgSO 4 *KCl*3H 2 O, олівін (Mg,Fe) 2 , серпентин H 4 Mg 3 Si 2 O 9 .
Природний або природний магній є сумішшю трьох стійких ізотопів 24 Mg -78,6 %, 25 Mg -10,1 %, 26 Mg -11,3 %.
У реакціях магній практично завжди виявляє ступінь окиснення +2 (валентність ІІ). Для того, щоб перевести атом магнію зі стану 3S 2 реакційно стан 3S 1 3P 1 потрібно витратити 259 КДж/моль, а при послідовному відриві електронів, тобто. іонізації Mg до Mg + і Mg +2 потрібно відповідно 737 КДж/моль і 1450 КДж/моль. Магній кристалізується в гексагональну щільноупаковану решітку.
2. ОТРИМАННЯ МАГНІЮ.
Переважний промисловий спосіб отримання магнію - електроліз розплаву суміші MgCl 2
MgCl 2 Mg 2+ 2Cl - До -) А +)Mg 2+ +2 e Mg 0 2Cl - -2 e Cl 2 0
| Магній | |
|---|---|
| Атомний номер | 12 |
| Зовнішній вигляд простої речовини |
легкий, ковкий, сріблясто-білий метал |
| Властивості атома | |
| Атомна маса (Молярна маса) |
24,305 а. е. м. (/моль) |
| Радіус атома | 160 пм |
| Енергія іонізації (Перший електрон) |
737,3 (7,64) кДж/моль (еВ) |
| Електронна конфігурація | 3s 2 |
| Хімічні властивості | |
| Ковалентний радіус | 136 пм |
| Радіус іона | 66 (+2e) пм |
| Електронегативність (за Полінгом) |
1,31 |
| Електродний потенціал | −2,37 В |
| Ступені окислення | 2 |
| Термодинамічні властивості простої речовини | |
| густина | 1,738 г/см³ |
| Молярна теплоємність | 24,90 Дж/(K·моль) |
| Теплопровідність | 156 Вт/(м·K) |
| Температура плавлення | 922 K |
| Теплота плавлення | 9,20 кДж/моль |
| Температура кипіння | 1 363 K |
| Теплота випаровування | 131,8 кДж/моль |
| Молярний обсяг | 14,0 см³/моль |
| Кристалічні грати простої речовини | |
| Структура ґрат | гексагональна |
| Параметри решітки | a=3,210 c=5,21 Å |
| Відношення c/a | 1,624 |
| Температура Дебая | 318 K |
| Mg | 12 |
| 24,305 | |
| 3s 2 | |
| Магній | |
Магній- Елемент головної підгрупи другої групи, третього періоду періодичної системи хімічних елементів, з атомним номером 12. Позначається символом Mg Magnesium. Проста речовина магній (CAS-номер: 7439-95-4) – легкий, ковкий метал сріблясто-білого кольору.
Історія
походження назви
У 1695 році з мінеральної води Епсомського джерела Англіївиділили сіль, що мала гіркий смак і проносну дію. Аптекарі називали її гіркою сіллю, а також англійською або епсомською сіллю. Мінерал епсоміт має склад MgSO 4 · 7H 2 O.
Вперше був виділений у чистому вигляді сером Хемфрі Деві у 1808 році.
Отримання
Звичайний промисловий метод одержання металевого магнію - це електроліз розплаву суміші безводних хлоридів магнію MgCl 2 (бішофіт), натрію NaCl та калію KCl. У цьому розплаві електрохімічному відновленню піддається хлорид магнію:
MgCl 2 (електроліз) = Mg + Cl 2 .
Розплавлений метал періодично відбирають з електролізної ванни, а до неї додають нові порції магнійсодержащей сировини. Так як отриманий таким способом магній містить порівняно багато - близько 0,1% домішок, при необхідності "сировий" магній піддають додатковому очищенню. З цією метою використовують електролітичне рафінування, переплавлення у вакуумі з використанням спеціальних добавок — флюсів, які «забирають» домішки від магнію, або перегонку (сублімацію) металу у вакуумі. Чистота рафінованого магнію досягає 99999% і вище.
Розроблено й інший спосіб отримання магнію – термічний. У цьому випадку для відновлення оксиду магнію за високої температури використовують кокс:
чи кремній. Застосування кремнію дозволяє отримувати магній з такої сировини, як доломіт CaCO 3 ·MgCO 3 не проводячи попереднього поділу магнію і кальцію. За участю доломіту протікають реакції:
CaCO 3 · MgCO 3 = CaO + MgO + 2CO 2
2MgO + CaO + Si = Ca 2 SiO 4 + 2Mg.
Перевага термічного способу у тому, що дозволяє отримувати магній вищої чистоти. Для отримання магнію використовують як мінеральну сировину, а й морську воду.
Фізичні властивості
Магній - дуже легкий, досить крихкий метал, що поступово окислюється на повітрі, перетворюючись на білий оксид магнію. Кристалічна решітка α-форми Ca (стійкою за нормальної температури) гранецентрована кубічна, а = 5,56Å. Атомний радіус 1,97 Å, іонний радіус Ca2+, 1,04 Å. Щільність 1,74 г/см3(20 °C). Вище за 464 °C стійка гексагональна β-форма. t пл = 650 ° C, t кіп = 1105 ° C; температурний коефіцієнт лінійного розширення 22.10–6 (0–300 °C); теплопровідність при 20 °C 125,6 Вт/(м.К) або 0,3 кал/(див.сек.°C); питома теплоємність (0-100 °C) 623,9 дж/(кг.К) або 0,149 кал/(м.°C); питомий електроопір при 20 °C 4,6.10-8 ом.м або 4,6.10-6ом.см; температурний коефіцієнт електроопору 4,57.10-3 (20 °C). Модуль пружності 26 Гн/м2 (2600 кгс/мм2); межа міцності при розтягуванні 60 Мн/м2 (6 кгс/мм2); межа пружності 4 Мн/м² (0,4 кгс/мм²), межа плинності 38 Мн/м² (3,8 кгс/мм²); відносне подовження 50%; твердість по Брінеллю 200-300 Мн / м ² (20-30 кгс / мм ²). Магній досить високої чистоти пластичний, добре пресується, прокочується та піддається обробці різанням.
Хімічні властивості
Суміш порошкового магнію з перманганатом калію KMnO 4 – вибухова речовина! Розпечений магній реагує з водою:
Mg (розкл.) + Н 2 О = MgO + H 2;
Луги на магній не діють, в кислотах він легко розчиняється з виділенням водню:
Mg + 2HCl = MgCl 2 + H 2;
При нагріванні на повітрі магній згоряє, з утворенням оксиду, а також з азотом може утворюватися невелика кількість нітриду:
2Mg + Про 2 = 2MgO;
3Mg + N 2 = Mg 3 N 2
Визначення
Сріблясто-білий, середній за твердістю метал. Середньо поширений у природі. При горінні виділяється велика кількість світла та тепла.
Застосування
Сплави
Сплави на основі магнію є важливим конструкційним матеріалом в авіаційній та автомобільній промисловості завдяки їхній легкості та міцності. Ціни на магній у злитках у 2006 році становили в середньому 3 дол/кг.
Хімічні джерела струму
Магній у вигляді чистого металу, а також його хімічні сполуки (бромід, перхлорат) застосовуються для виробництва дуже потужних резервних електричних батарей (наприклад, магній-перхлоратний елемент, сірчано-магнієвий елемент, хлористосвинцево-магнієвий елемент, хлорсрібно-магнієвий елемент, хлористомідно-магнієвий елемент, магній-ванадієвий елемент та ін), і сухих елементів (марганцево-магнієвий елемент, вісмутисто-магнієвий елемент, магній-м-ДНБ елемент та ін). ХІТ на основі магнію відрізняються дуже високими значеннями питомих енергетичних характеристик та високою розрядною напругою. В останні роки в ряді країн загострилася проблема розробки акумулятора з великим терміном служби, оскільки теоретичні дані дозволяють стверджувати великі перспективи його широкого використання (висока енергія, екологічність, доступність сировини).
З'єднання
Гідрид магнію - один з найбільш ємних акумуляторів водню, які застосовуються для його зберігання.
Вогнетривкі матеріали
Оксид магнію MgO застосовується як вогнетривкий матеріал для виробництва тиглів і спеціального футерування металургійних печей.
Перхлорат магнію, Mg(ClO 4) 2 — (ангідрон) застосовується для глибокого осушення газів у лабораторіях, і як електроліт для хімічних джерел струму за участю магнію.
Фторид магнію MgF 2 - у вигляді синтетичних монокристалів застосовується в оптиці (лінзи, призми).
Бромід магнію MgBr 2 - як електроліт для хімічних резервних джерел струму.
Медицина
Оксид та солі магнію застосовується в медицині (аспаркам, сульфат магнію, цитрат магнію, мінерал бішофіт). Бішофітотерапія використовує біологічні ефекти природного магнію в лікуванні та реабілітації широкого кола захворювань, насамперед – опорно-рухового апарату, нервової та серцево-судинної систем.
Світлина
Магнієвий порошок з окислюючими добавками (нітрат барію, нітрат амонію, перманганат калію, гіпохлорит натрію, хлорат калію і т. д.) застосовувався (і застосовується зараз у поодиноких випадках) у фотоділі в хімічних фотоспалахах (магнієвий фотоспалах).
Біологічна роль та токсикологія
Магній - один із важливих біогенних елементів, у значних кількостях міститься в тканинах тварин та рослин. Магній є кофактор багатьох ферментативних реакцій. Магній необхідний перетворення креатину фосфату в АТФ — нуклеотид, що є універсальним постачальником енергії у живих клітинах організму. Тому магній є елементом, який контролює енергетику організму. Магній необхідний всіх етапах синтезу білка. Встановлено також, що 80—90 % сучасних людей страждають на дефіцит магнію. Це може проявлятися по-різному: безсоння, хронічна втома, остеопороз, артрит, фіброміалгія, мігрень, м'язові судоми та спазми, серцева аритмія, запори, передменструальний синдром (ПМС) та інші симптоми та хвороби. А при частому вживанні проносних, алкоголю, великих психічних та фізичних навантажень потреба в магнії збільшується.
До їжі, багатої на магній, належать: кунжут, висівки, горіхи. Магнію зовсім мало у хлібі, молочних, м'ясних та інших повсякденних продуктах харчування сучасної людини. Для отримання добової норми магнію близько 300 мг для жінок і 400 мг для чоловіків необхідно випивати 2-3 літри молока або з'їдати 1,5-2 кг м'яса.
За результатами останніх досліджень виявлено, що цитрат магнію є найбільш засвоюваним магнієвмісним продуктом.
Встановлено, що, щоб засвоїти кальцій, організму необхідний магній. Одним з найбільш біологічно доцільних джерел магнію при транскутанному (надшкірному) всмоктуванні є мінерал бішофіт, який широко використовується з метою медичної реабілітації, фізіотерапії та санаторно-курортного лікування.
Магній, Magnesium, Mg (12)
Назва магнезія зустрічається вже у Лейденському папірусі-Х (Ш ст.). Воно походить, ймовірно, від назви міста в гористій місцевості Фессалії - Магнісія. Магнесійським каменем у давнину називалися магнітний окис заліза, а магнесом - магніт. Ці назви перейшли до латинської та інших мов.
Зовнішня подібність магнітного окису заліза з піролізитом (двоокисом марганцю) призвела до того, що магнезійським каменем, магнетисом і магне стали називати мінерали та руди темного та темно-коричневого забарвлення, а надалі й інші мінерали. В алхімічній літературі слово магнес (Magnes) означало багато речовин, наприклад ртуть, ефіопський камінь, гераклійський камінь. Мінерали, що містять магній, теж були відомі з глибокої давнини (доломит, тальк, азбест, нефрит та ін) і вже тоді знаходили широке застосування. Однак їх вважали не індивідуальними речовинами, а видозмінами інших, відоміших мінералів, найчастіше вапна.
Встановити те що, що у магнийсодержащих мінералах і солях присутній особливе металеве підставу, допомогли дослідження мінеральної води Епсомського джерела в Англії, відкритого в 1618 р. ця сіль помітно відрізняється від інших солей. У XVIII ст. епсомської сіллю займалися багато видні хіміки-аналітики - Бергман, Нейман, Блек та ін. Коли в континентальній Європі були відкриті джерела води, подібної до епсомської, ці дослідження розширилися ще більше. Очевидно, Нейман першим запропонував називати епсомську сіль (карбонат магнію) білою магнезією на відміну чорної магнезії (піролюзиту). Земля білої магнезії (Magnesia alba) під назвою магнезія фігурує у списку простих тіл Лавуазьє, причому синонімом цієї землі Лавуазьє вважає «основу епсомської солі» (base de sel d'Epsom).
У російській літературі початку ХІХ ст. магнезія називалася іноді гіркоземом. У 1808 р. Деві, піддаючи білу магнезію електролізу, отримав трохи нечистого металевого магнію; у чистому вигляді цей метал був отриманий Буссі в 1829 р. Спочатку Деві запропонував назвати новий метал магнієм (Magnium) на відміну від магнезії, яка на той час означала металеву основу піролюзиту (Magnesium). Однак, коли назва чорної магнезії була змінена, Деві вважав за краще називати метал магнезією. Цікаво, що первісна назва магній вціліла лише російською завдяки підручнику Гесса. На початку ХІХ ст. пропонувалися й інші назви - Магнез (Страхів), Магнез, гіркоземій (Щеглов).