ИСТОРИЯ

ЗАЙМЕМСЯ
ХИМИЕЙ


Название: Магний (magnesium)
Порядковый номер: 12
Группа: ii
Период: 3
Электронное строение: 3s2
Атомная масса: 24,305
Электроотрицательность: 1,31
Температура плавления: 648,8?С
Температура кипения: 1090?С
Плотность (г/см3): 1,738
Характерные степени окисления: +2
Цвет элемента: Серебристо-белый
Кем открыт: Гемфри Дэви
Год открытия: 1808
Страна открытия: Англия
Кристалическая структура:
гексагональная

Магний (лат. magnesium), mg, химический элемент ii группы периодической системы Менделеева, атомный номер 12, атомная масса 24,305. Природный М. состоит из трёх стабильных изотопов: 24 mg (78,60% ), 25 mg (10,11%) и 26 mg (11,29%). М. открыт в 1808 Г. Дэви , который подверг электролизу с ртутным катодом увлажнённую магнезию (давно известное вещество); Дэви получил амальгаму, а из неё после отгонки ртути — новый порошкообразный металл, названный магнием. В 1828 французский химик А. Бюсси восстановлением расплавленного хлорида М. парами калия получил М. в виде небольших шариков с металлическим блеском.

Распространение в природе. М. — характерный элемент мантии Земли, в ультраосновных породах его содержится 25,9% по массе. В земной коре М. меньше, средний кларк его 1,87%; преобладает М. 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 М. многочисленны — силикаты, карбонаты, сульфаты, хлориды и другие. Более половины из них образовались в биосфере — на дне морей, озёр, в почвах и т. д.; остальные связаны с высокотемпературными процессами.

В биосфере наблюдается энергичная миграция и дифференциация М.; здесь главная роль принадлежит физико-химическим процессам — растворению, осаждению солей, сорбции М. глинами. М. слабо задерживается в биологическом круговороте на континентах и с речным стоком поступает в океан. В морской воде в среднем 0,13% М. — меньше, чем натрия, но больше всех других металлов. Морская вода не насыщена М. и осаждения его солей не происходит. При испарении воды в морских лагунах в осадках вместе с солями калия накапливаются сульфаты и хлориды М. В илах некоторых озёр накапливается доломит (например, в озере Балхаш). В промышленности М. получают в основном из доломитов, а также из морской воды.

Физические и химические свойства. Компактный М. — блестящий серебристо-белый металл, тускнеющий на воздухе вследствие образования на поверхности окисной плёнки. М. кристаллизуется в гексагональной решётке, а = 3,2028 å, с = 5,1998 å. Атомный радиус 1,60 å, ионный радиус mg 2+ 0,74 å. Плотность М. 1,739 г/см 3 (20 °С); t пл 651 °С; t kип 1107 °С. Удельная теплоёмкость (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 ) . М. парамагнитен, удельная магнитная восприимчивость + 0,5?10 -6 , М. — относительно мягкий и пластичный металл; его механические свойства сильно зависят от способа обработки. Например, при 20 °С свойства соответственно литого и деформированного М. характеризуются следующими величинами: твёрдость 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 7 (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%.

Конфигурация внешних электронов атома М. 3s 2 . Во всех стабильных соединениях М. двухвалентен. В химияеском отношении М. — весьма активный металл. Нагревание до 300—350 °c не приводит к значительному окислению компактного М., так как поверхность его защищена окисной плёнкой, но при 600—650 °c М. воспламеняется и ярко горит, давая магния окись и отчасти нитрид mg 3 n 2 . Последний получается и при нагревании М. около 500 °С в атмосфере азота. С холодной водой, не насыщенной воздухом, М. почти не реагирует, из кипящей медленно вытесняет водород; реакция с водяным паром начинается при 400 °c. Расплавленный М. во влажной атмосфере, выделяя из h 2 o водород, поглощает его; при застывании металла водород почти полностью удаляется. В атмосфере водорода М. при 400—500 °c образует mgh 3 .

М. вытесняет большинство металлов из водных растворов их солей; стандартный электродный потенциал mg при 25 °С — 2,38 в. С разбавленными минеральными кислотами М. взаимодействует на холоду, но в плавиковой кислоте не растворяется вследствие образования защитной плёнки из нерастворимого фторида mgf 2 . В концентрированной h 2 so 4 и смеси её с hno 3 М. практически нерастворим. С водными растворами щелочей на холоду М. не взаимодействует, но растворяется в растворах гидрокарбонатов щелочных металлов и солей аммония. Едкие щёлочи осаждают из растворов солей М. гидроокись mg(oh) 2 , растворимость которой в воде ничтожна. Большинство солей М. хорошо растворимо в воде, например магния сульфат ; мало растворимы mgf 2 , mgco 3, mg 3 (po 4 ) 2 и некоторые двойные соли.

При нагревании М. реагирует с галогенами, давая галогениды; с влажным хлором уже на холоду образуется mgcl 2 . При нагревании М. 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 mg3p 2 и другие бинарные соединения. М. — сильный восстановитель; при нагревании вытесняет другие металлы (be, al, щелочные) и неметаллы (В, si, С) из их окислов и галогенидов. М. образует многочисленные металлоорганические соединения, определяющие его большую роль в органическом синтезе. М. сплавляется с большинством металлов и является основой многих технически важных лёгких сплавов.

Получение и применение. В промышленности наибольшее количество М. 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 М., всплывающий на поверхность электролита, периодически извлекается из катодного пространства, отделённого от анодного перегородкой, не доходящей до дна ванны. В состав чернового М. входят до 2% примесей; его рафинируют в тигельных электрических печах под слоем флюсов и разливают в изложницы. Лучшие сорта первичного М. содержат 99,8% mg. Последующая очистка М. проводится сублимацией в вакууме: 2—3 сублимации повышают чистоту М. до 99,999%. Анодный хлор после очистки используется для получения безводного mgcl 2 из магнезита , тетрахлорида титана ticl 4 из двухокиси tio 2 и других соединений.

Другие способы получения М. — металлотермический и углетермический. По первому брикеты из прокалённого до полного разложения доломита и восстановителя (ферросилиция или силикоалюминия) нагревают при 1280—1300 °С в вакууме (остаточное давление 130—260 н/м 2 , то есть 1—2 мм рт. ст. ) . Пары М. 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 М. нагревают в электропечах выше 2100 °С; пары М. отгоняют и конденсируют.

Важнейшая область применения металлического М. — производство сплавов на его основе. Широко применяют М. в металлотермических процессах получения трудновосстанавливаемых и редких металлов (ti, zr, hf, u и других), используют М. для раскисления и десульфурации металлов и сплавов. Смеси порошка М. с окислителями служат как осветительные и зажигательные составы. Широкое применение находят соединения М.

Лит.: Стрелец Х. Л., Тайц А. Ю., Гуляницкий Б. С., Металлургия магния, 2 изд., М., 1960; ulbmann encykiop a die der technischen chemie, 3 aufl., bd 12, m u nch. — В., 1960.

В. Е. Плющев.

Магний в организме. М. — постоянная часть растительных и животных организмов (в тысячных — сотых долях процента). Концентраторами М. являются некоторые водоросли, накапливающие до 3% М. (в золе), некоторые фораминиферы — до 3,5%, известковые губки — до 4%. М. входит в состав зелёного пигмента растений — хлорофилла (в общей массе хлорофилла растений Земли содержится около 100 млрд. т М.), а также обнаружен во всех клеточных органеллах растений и рибосомах всех живых организмов. М. активирует многие ферменты, вместе с кальцием и марганцем обеспечивает стабильность структуры хромосом и коллоидных систем в растениях, участвует в поддержании тургорного давления в клетках. М. стимулирует поступление фосфора из почвы и его усвоение растениями, в виде соли фосфорной кислоты входит в состав фитина . Недостаток М. в почвах вызывает у растений мраморность листа, хлороз растений (в подобных случаях используют магниевые удобрения ). Животные и человек получают М. с пищей. Суточная потребность человека в М. — 0,3—0,5 г ; в детском возрасте, а также при беременности и лактации эта потребность выше. Нормальное содержание М. в крови — примерно 4,3 мг% ; при повышенном содержании наблюдаются сонливость, потеря чувствительности, иногда паралич скелетных мышц. В организме М. накапливается в печени, затем значительная его часть переходит в кости и мышцы. В мышцах М. участвует в активировании процессов анаэробного обмена углеводов. Антагонистом М. в организме является кальций. Нарушение магниево-кальциевого равновесия наблюдается при рахите, когда М. из крови переходит в кости, вытесняя из них кальций. Недостаток в пище солей М. нарушает нормальную возбудимость нервной системы, сокращение мышц. Крупный рогатый скот при недостатке М. в кормах заболевает так называемой травяной тетанией (мышечные подёргивания, остановка роста конечностей). Обмен М. у животных регулируется гормоном паращитовидных желёз, понижающим содержание М. в крови, и проланом, повышающим содержание М. Из препаратов М. в медицинской практике применяют: сульфат М. (как успокаивающее, противосудорожное, спазмолитическое, слабительное и желчегонное средство), магнезию жжёную ( магния окись ) и карбонат М. (как щёлочи, лёгкое слабительное).

Г. Я. Жизневская.

cкачать реферат по теме: "Магний".

Назад



(С) Дистанционный творческий конкурс-проект "Моя Веб-страница", 2005
(С) Хмелев Алексей, 2005
http://www.eidos.ru/project/all/web/index.htm