Прошило пустоту…

До мелочей всё вспомнил я –

Всю жизнь свою не ту!

Владимир Ногин

 

Магний – Mg (лат. Magnesium) — элемент главной подгруппы второй группы, третьего периода периодической системы химических элементов Д.И. Менделеева, с атомным номером 12.Простое вещество магний -лёгкий, ковкий металл серебристо-белого цвета. Один из распространенных в земной коре элементов. При горении выделяется большое количество света и тепла.

 

История.

Название "магнезия" встречается в III веке до нашей эры. Хотя неясно, к какому веществу оно относилось. Слово магнезия происходит от названия одного из Греческих городов - Магнесии. До 18-го века соединения магния рассматривались как разновидности солей кальция или натрия.

Открытие магния способствовало изучение состава минеральных вод. В 1695 году английский врач Крю сообщил, что у него есть соль, обладающая целебными свойствами из воды Эпсомского минерального источника, и ее индивидуальный характер вскоре был доказан. Затем стали известны и другие соединения магния. Карбонат магния получил название "белая магнезия", в отличие от "черной магнезии " - оксида марганца. Отсюда созвучие названий металлов, впоследствии выделенных из этих соединений. Магний был впервые получен английским химиком Гемфри Деви (XIX век) из оксида магния. Бюсси, Либих, Девилс, Карон и другие получали магний воздействием паров калия или натрия на хлорид магния.

В 1808 году Деви электролизировал увлажненную смесь магнезии и оксида ртути с получением амальгамы неизвестного металла, которой он дал название "магнезия", сохранившееся до сих пор во многих странах. С 1831 года в России было принято название "магний". В 1829 году французский химик А. Бюсси получил магний, восстановив его расплавленным хлоридом с калием. Следующий шаг к промышленному производству сделал М. Фарадей. В 1830 году он впервые получил магний электролизом расплавленного хлорида магния.

Нахождение в природе.

Магний является одним из самых распространенных элементов в земной коре; он занимает 6-е место после кислорода, кремния, алюминия, железа и кальция. В литосфере содержание магния составляет 2,1%. В природе магний встречается только в виде соединений. Его запасы во много раз превышают запасы таких металлов, как медь, никель, цинк. Благодаря своей высокой химической активности магний в земной коре содержится не в свободном состоянии, а в виде соединений. Он входит в состав многих минералов: карбонатов, силикатов и др. К наиболее важным из этих минералов относятся, в частности, карбонатные породы, которые образуют огромные массы на суше и даже целые горные хребты магнезит MgCO₃ и доломит MgCO₃×CaCO_3. Под слоями различных аллювиальных пород наряду с отложениями каменной соли известны колоссальные залежи и другие легкорастворимые магнийсодержащие минералы - карналлит MgCl₂×KCL×6H₂O,. Кроме того, во многих минералах магний тесно связан с кремнеземом, образуя, например, оливин (Mg, Fe)₂[SiO₄]. На поверхности Земли магний легко образует водные силикаты (тальк, асбест и др.), примером одного из которых является серпентин H₄Mg₃Si₂O₉ , вообще из 1500 известных минералов около 200 (более 13%) содержат магний. Известно, что природные соединения магния широко встречаются в растворенном виде. Помимо различных минералов и горных пород, 0,13% магния в виде MgCl₂ постоянно содержится в водах океана (его запасы здесь практически неисчерпаемы) и в соленых озерах и родниках. В растительных и животных организмах магний содержится в количествах порядка сотых долей процента.

 

Химические свойства.

Химические свойства магния очень своеобразны. Он легко забирает кислород и хлор из большинства элементов, не боится едких щелочей, соды, керосина, бензина и минеральных масел. Магний практически не взаимодействует с холодной водой, но при нагревании он разлагается с выделением водорода. В этом отношении он занимает промежуточное положение между бериллием, который вообще не реагирует с водой, и кальцием, который легко взаимодействует с ней. Реакция с водяным паром особенно интенсивна.

Mg⁰(тв)+H₂⁺O(газ) = Mg⁺²O(тв)+H₂⁰ (газ).

Поскольку продуктом этой реакции является водород, то понятно, что тушение горящего магния водой недопустимо: может произойти взрывоопасная смесь водорода с кислородом и взрыв.

Нельзя тушить горение магния углекислым газом: магний восстанавливает его до свободного углерода

2Mg⁰ + C⁺⁴O₂ =2Mg⁺²O+C⁰

Чтобы предотвратить доступ кислорода воздуха к горящему магнию, очаг возгорания необходимо засыпать песком. Однако при этом следует учитывать, что магний взаимодействует с оксидом кремния (IV), но с гораздо меньшим количеством тепла:

2Mg⁰ + Si⁺⁴O₂=2Mg⁺²O+Si⁰

Это обстоятельство несколько определяет возможность использования песка для тушения магния. Опасность воспламенения магния при интенсивном нагреве является одной из причин, по которой его использование в качестве технического материала ограничено. В ряду стандартных электродных потенциалов магний находится значительно левее водорода и активно реагирует с разбавленными кислотами с образованием солей. В этих реакциях магний имеет свои особенности. Он не растворяется в плавиковой, концентрированной серной и в смеси серной и азотной кислот, которая растворяет другие металлы почти так же эффективно, как" царская водка " (смесь HCl и HNO₃). Устойчивость к растворению магния в плавиковой кислоте объясняется просто: поверхность магния покрывается пленкой фторида магния MgF₂, которая в плавиковой кислоте нерастворима. Устойчивость магния к достаточно концентрированной серной кислоте и ее смеси с азотной кислотой объяснить сложнее, но и в данном случае причина кроется в пассивации поверхности магния. Магний практически не взаимодействует с растворами щелочей и гидроксидом аммония.

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

Mg + Cl₂⁰ = Mg⁺²Cl₂^-

Причиной возгорания является очень большое тепловыделение, как и в случае реакции магния с кислородом. Так, при образовании 1 моля хлорида магния из магния и хлора выделяется 642 кДж. При нагревании магний соединяется с серой (MgS) и азотом (Mg₃N₂). При повышенном давлении и нагревании водородом магний образует гидрид магния

Mg⁰ + H₂⁰ = Mg⁺²H₂^-

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

MeCln+0,5nMg=Me+0,5nMgCl₂

Этот метод позволяет получать металлы, которые играют очень важную роль в современной технике: хром, торий, бериллий. Легкий и прочный "металл космического века" - титан получается именно таким способом. Суть производства заключается в следующем: при получении металлического магния электролизом расплава хлорида магния в качестве побочного продукта образуется хлор. Этот хлор используется для получения хлорида титана (IV) TiCl₄, который в свою очередь при взаимодействии с магнием восстанавливается до металлического титана:

Ti⁺⁴Cl₄ + 2Mg⁰⁼ Ti⁰ + 2Mg⁺²Cl₂

Полученный хлорид магния снова используют для производства магния.

Поляризующая способность иона Mg²⁺ невысокая, а по величине коэффициента поляризации – количественно характеристики деформируемости иона, магний уступает большинству металлов. Поэтому комплексные соединения магния сравнительно малоустойчивы и образуются, как правило, только в щелочной среде.

 

Биологическое значение.

В организме человека количество магния составляет всего несколько десятых или сотых процента, но он играет важную роль в процессах жизнедеятельности. Доказано, что недостаток магния в организме способствует заболеванию инфарктом миокарда.

Французские биологи считают, что магний поможет врачам в борьбе с переутомлением. Исследования показывают, что кровь уставших людей содержит меньше магния, чем здоровых, и даже самые незначительные отклонения “магниевой крови” от нормы не проходят бесследно.

Важно помнить, что в тех случаях, когда человек часто раздражается по какой-либо причине, магний, содержащийся в организме, “выгорает”. Именно это является у нервных, легко возбудимых людей причиной нарушения функционирования сердечной мышцы.

Потребность организма взрослого человека в магнии составляет 300-500 мг / сут. Обычно магний в достаточном количестве поступает с пищей, в случае дефицита его дефицит легче всего восполнить, употребляя минеральную воду. В организме всасывается менее 40% поступающего в него магния, так как его соединения плохо усваиваются кишечником. Магний усиливает обмен углеводов в мышцах, укрепляет кости; если в организме нарушается магниево-кальциевый баланс, то почти весь магний входит в костную ткань, вытесняя оттуда кальций. Это опасно, потому что может привести к рахиту.

Магний входит в состав хлорофилла и, следовательно, играет незаменимую роль в фотосинтезе и газообмене планеты; общее содержание магния в растительных тканях на Земле, по некоторым оценкам, составляет около 1011 тонн.

Помимо хлорофилла, магний во всех растительных тканях также участвует в образовании жиров. Особенно много магния в соке каучуковых растений. Недостаток магния приводит к уменьшению количества хлорофилла соответственно к бледности и изменению цвета листьев на красный и желтый.

Дефицит магния может быть связан как с ожирением, что можно лечить с помощью инъекций витамина D, так и с отклонениями в метаболизме Витамина D. Диабетики II-го типа имеют повышенный риск дефицита, и составляют 25-38% от общего количества людей, страдающий этим .

 

Магний как лекарство.

Так называемая Соль Эпсома (MgSO₄×7H₂O) используется в качестве слабительного и желчегонного средства. При введении он вызывает состояние, близкое к наркотическому, и используется для борьбы с судорогами, для лечения гипертонии и психического возбуждения.

Водные растворы тиосульфата магния применяют для лечения ожогов и других кожных заболеваний.

Белая магнезия (MgCO₃) входит в состав зубных порошков и присыпок; кроме того, она снижает кислотность желудочного сока.

Жженая магнезия (MgO) также нейтрализует желудочный сок. Кроме того, его применяют внутрь при отравлении кислотой.

 

Применение магния и его соединений

Свойство магния (в виде порошка, проволоки или ленты) гореть белым ослепительным пламенем широко используют в военной технике - для изготовления осветительных и сигнальных ракет, трассирующих пуль и снарядов, зажигательных бомб. Магниевый порошок с окисляющими добавками (нитрат бария, перманганат калия, гипохлорит натрия, хлорат калия и т. д.) применялся (в редких случаях, применяется до сих пор) в фотоделе в химических фотовспышках (магниевая фотовспышка).

Использование магния в аппаратах космической и авиационной

техники, автомобилестроении, различных агрегатах и ответственных

приборах предъявляет особые требования к технологии производства литья из магниевых сплавов. Потребность народного хозяйства в магнии и магниевых сплавах значительно превышает возможность их производства. Это ставит перед металлургами, технологами и разработчиками новые задачи повышения качества литья, вторичного использования лома и стружки, создание безотходных и малоотходных технологий производства.

В последнее время благодаря высокой удельной прочности, хорошей обрабатываемости, коррозионной стойкости всё большую популярность использования в техники приобретают фазовые составляющие многих сплавов на основе Mg – магниды. Область применения магниевых сплавов при введении в их состав небольшого количества магнидов, придающих им определенные физические свойства, существенно расширяется. Так, сплавы магния с редкоземельными металлами представляют значительный практический интерес, поскольку механические свойства магния и его сплавов при повышении температуры могут быть значительно улучшены путем введения небольших количеств редкоземельных металлов. Практический интерес представляют сплавы Mg–Zr, поскольку сравнительно небольшая добавка циркония существенно уменьшает размер зерна магния и таким образом улучшает механические свойства материала. Такие сплавы применяются, например, в качестве материала для оболочек тепловыделяющих элементов реактора с графитовым замедлителем и теплоносителем CO_2. Магниды входят в состав и некоторых промышленных сплавов на основе алюминия.

Благодаря большому химическому сродству к кислороду магний способен отнимать его у многих оксидов, также как и хлор у хлоридов. На этом свойстве магния основана магниетермия, открытая Бекетовым как способ получения других металлов вытеснением их магнием из соединений. Она приобрела большое значение для современной металлургии. В качестве примера можно указать, что магниетермия стала основным способом в производстве таких металлов, как бериллий и титан. С помощью магниетермии были получены такие трудновосстанавливаемые металлы, как ванадий, хром, цирконий и другие. Магний используется для рафинирования вторичного алюминия от примеси магния путем переплавки металла с жидкими хлоридными флюсами, содержащими криолит. В этом случае магний из металлической фазы переходит в солевую в форме фтористого магния.

Большая химическая активность магния по отношению к кислороду позволяет применять его в качестве раскислителя в производстве стали и цветного литья, а также (в порошкообразном виде) для обезвоживания органических веществ (спирта, анилина и др.).

Важное значение в современной химической технологии получил синтез сложных веществ с помощью магнийорганических соединений. Таким путем был синтезирован, в частности, витамин А.

Высокий электроотрицательный электродный потенциал дал возможность с большим эффектом применять магний в качестве материала для анодов при катодной защите от коррозии стальных и железных сооружений, находящихся во влажном грунте.

Легкая воспламеняемость дисперсного магния и способность его гореть ослепительным белым пламенем долгое время использовалась в фотографии.

Магниевый порошок стали применять также в качестве высококалорийного горючего в современной ракетной технике.

Введение небольшого количества металлического магния в чугун позволило значительно улучшить его механические (в частности, пластические) свойства.

Глубокая очистка магния от примесей, достигнутая в последнее время, позволила использовать его в качестве одного из компонентов при синтезе полупроводниковых соединений.

Многие магниевые детали применяются в настоящее время в самых разных областях электротехники. Небольшой вес изделий, выполненных из магниевых сплавов, явился также важной причиной применения их для изготовления различных бытовых предметов и аппаратуры.

Магниевые детали очень хорошо поглощают вибрацию. Их удельная вибрационная прочность почти в 100 раз больше, чем у лучших алюминиевых сплавов, и в 20 раз больше, чем у легированной стали. Это очень важное свойство при создании разнообразных транспортных средств.

Магниевые сплавы превосходят сталь и алюминий по удельной жесткости и поэтому применяются для изготовления деталей, подвергающихся изгибающим нагрузкам (продольным и поперечным). Магниевые сплавы немагнитны, совершенно не дают искры при ударах и трении, легко обрабатываются резанием (в 6-7 раз легче, чем сталь, в 2-2,5 раза – чем алюминий).

Так, окись магния используют в резиновой промышленности, в производстве цементов, огнеупорного кирпича. Недавно, например, одна из канадских фирм разработала технологию получения нового огнеупорного материала «ньюкона», стойкого к воздействию шлаков, обладающего высокой прочностью и малой пористостью; основным компонентом нового огнеупора служит окись магния высокой чистоты. Перекись магния применяют для отбелки тканей («новозон»). Сернокислый магний MgSO₄ используют в текстильной и бумажной промышленности как протраву при крашении, водный раствор хлорида магния—для приготовления магнезиального цемента, ксилолита и других синтетических материалов. Карбонат магния MgCO₃(углекислый магний) находит применение в производстве теплоизоляционных материалов. И, наконец, еще одно обширное поле деятельности магния — органическая химия. В порошкообразном виде магний используют для обезвоживания таких важных органических веществ, как спирт и анилин. Велико значение и магнийорганических соединений (в них атом магния непосредственно связан с атомом углерода). Эти вещества, в частности алкилмагнийгалогениды (реактив Гриньяра), в состав которых входят и галогены (хлор, бром или иод), широко применяют в синтетической химии. Насколько важна роль этих соединений, можно судить хотя бы по тому, что в 1912 году французский химик Виктор Гриньяр за создание алкилмагнийгалогенидов и разработку синтеза органических соединений был удостоен Нобелевской премии.

 

 

Использованная литература

1. Беляев А.И. История магния. М. Наука, 1974.
2. Некрасов Б.В. Основы общей химии. М. Химия, 1967.
3. Николаев Г.И. Магний служит человеку. М.: Металлургия, 1978.
4. Тихонов В.Н. Аналитическая химия магния. М.: Наука, 1973.
5. http://lifebio.wiki/%D0%BC%D0%B0%D0%B3%D0%BD%D0%B8%D0%B9
6. https://referat.co/referat/1257-himiya-magniy/read?p=13
7. https://himya.ucoz.ru/index/magnij/0-98