Также по теме

МАГНИЙ

МАГНИЙ (Magnesium) Mg, химический элемент 2-й (IIa) группы Периодической системы. Атомный номер 12, относительная атомная масса 24,305. Природный магний состоит из трех природных изотопов 24Mg (78,60%), 25Mg (10,11%) и 26Mg (11,29%). Степень окисления +2, очень редко +1.

История открытия элемента.

Соединения магния были известны человеку очень давно. Магнезитом (по-гречески Magnhsia oliqV) называли мягкий белый, мылкий на ощупь минерал (мыльный камень, или тальк), который находили в районе Магнезии в Фессалии. При прокаливании этого минерала получали белый порошок, который стали именовать белой магнезией.

В 1695 Н.Гро, выпаривая минеральную воду Эпсомского источника (Англия), получил соль, обладавшую горьким вкусом и слабительным действием (MgSO4·7H2O). Спустя несколько лет выяснилось, что при взаимодействии с содой или поташом эта соль образует белый рыхлый порошок, такой же, какой образуется при прокаливании магнезита.

В 1808 английский химик и физик Гемфри Дэви при электролизе слегка увлажненной белой магнезии с окисью ртути в качестве катода получил амальгаму нового металла, способного образовывать белую магнезию. Его назвали магнием. Дэви получил загрязненный металл, а чистый магний был выделен лишь в 1829 французским химиком Антуаном Бюсси (Bussy Antoine) (1794–1882).

Распространение магния в природе и его промышленное извлечение.

Магний есть в кристаллических горных породах в виде нерастворимых карбонатов или сульфатов, а также (в менее доступной форме) в виде силикатов. Оценка его общего содержания существенно зависит от используемой геохимической модели, в частности, от весовых отношений вулканических и осадочных горных пород. Сейчас используются значения от 2 до 13,3%. Возможно, наиболее приемлемым является значение 2,76%, которое по распространенности ставит магний шестым после кальция (4,66%) перед натрием (2,27%) и калием (1,84%).

Большие области суши, такие как Доломитовые Альпы в Италии состоят преимущественно из минерала доломита MgCa(CO3)2. Там встречаются и осадочные минералы магнезит MgCO3, эпсомит MgSO4·7H2O, карналлит K2MgCl4·6H2O, лангбейнит K2Mg2(SO4)3.

Залежи доломита есть во многих других районах, в том числе в Московской и Ленинградской областях. Богатые месторождения магнезита найдены на Среднем Урале и в Оренбургской области. В районе г.Соликамска разрабатывается крупнейшее месторождение карналлита. Силикаты магния представлены базальтовым минералом оливином (Mg,Fe)2(SiO4), мыльным камнем (тальк) Mg3Si4O10(OH)2, асбестом (хризотил) Mg3Si2O5(OH)4 и слюдой. Шпинель MgAl2O4 относится к драгоценным камням.

Большое количество магния содержится в водах морей и океанов и в природных рассолах (см. ХИМИЯ ГИДРОСФЕРЫ). В некоторых странах именно они являются сырьем для получения магния. По содержанию в морской воде из металлических элементов он уступает только натрию. В каждом кубометре морской воды содержится около 4 кг магния. Магний есть и в пресной воде, обусловливая, наряду с кальцием, ее жесткость.

Магний всегда содержится в растениях, так как входит в состав хлорофиллов.

Характеристика простого вещества и промышленное получение металлического магния.

Магний – серебристо-белый блестящий металл, сравнительно мягкий, пластичный и ковкий. Его прочность и твердость минимальны по распространенности для литых образцов, выше – для прессованных.

В обычных условиях магний устойчив к окислению за счет образования прочной оксидной пленки. Вместе с тем он активно реагирует с большинством неметаллов, особенно при нагревании. Магний воспламеняется в присутствии галогенов (при наличии влаги), образуя соответствующие галогениды, и горит ослепительно ярким пламенем на воздухе, превращаясь в оксид MgO и нитрид Mg3N2:

2Mg(к) + O2(г) = 2MgO(к); DG° = –1128 кДж/моль

3Mg(к) + N2(т) = Mg3N2(к); DG° = –401 кДж/моль

Несмотря на невысокую температуру плавления (650° С), расплавить магний на воздухе невозможно.

При действии водорода под давлением 200 атм при 150° С магний образует гидрид MgH2 . С холодной водой магний не реагирует, но из кипящей воды вытесняет водород и образует гидроксид Mg(OH)2:

Mg + 2H2O = Mg(OH)2 + H2

По окончании реакции величина рН (10,3) образовавшегося насыщенного раствора гидроксида магния отвечает равновесию:

Mg(OH)2(т) Mg2+ + 2OH; ПР = 6,8·10–12

Оксидная пленка на поверхности магния не устойчива в слабокислотной среде, поэтому магний разрушается под действием горячего концентрированного раствора хлорида аммония:

Mg + 2NH4Cl = MgCl2 + 2NH3 + H2

При действии водяного пара продуктами являются оксид или гидроксид магния и водород.

Магний легко реагирует с кислотами, давая соответствующие соли:

Mg + 2H3O+ = Mg2+ + H2 + 2H2O

Холодные концентрированные азотная и серная кислоты пассивируют магний. Он устойчив также к действию фтороводорода и фтороводородной кислоты благодаря образованию защитной пленки фторида магния.

Аммиак взаимодействует с магнием при повышенной температуре с образованием нитрида магния. Метанол реагирует с магнием при 200° С с образованием метилата магния Mg(OMe)2, а этанол (активированный следовыми количествами иода) взаимодействует подобным образом уже при комнатной температуре. Алкил- и арилгалогениды RX вступают в реакцию с магнием с образованием реактивов Гриньяра RMgX.

Магний производится в больших количествах электролизом расплава смеси хлоридов магния, калия и натрия или кремнийтермическим восстановлением. Для электролитического процесса используется или расплавленный безводный хлорид магния MgCl2 (при 750° С), или (при несколько более низкой температуре) частично гидратированный хлорид магния, выделенный из морской воды. Содержание хлорида магния в расплаве составляет 5–8%. При снижении концентрации уменьшается выход магния по току, а при ее повышении – увеличивается расход электроэнергии. 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.

Полученный магний, содержащий около 0,1% примесей, очищают переплавкой с флюсами, зонной плавкой или возгонкой в вакууме.

В кремнийтермическом процессе используется прокаленный доломит и ферросилиций при пониженном давлении и температуре 1150° С. В качестве восстановителя применяют также карбид кальция при 1280–1300° С (карбидотермический способ) или углерод выше 2100° С (карбидотермический способ):

MgO + C Mg + CO

В последнем случае образующую смесь монооксида углерода и паров магния необходимо быстро охлаждать инертным газом для предотвращения обратной реакции.

Мировое производство магния приближается к 400 тыс. т в год. Главными производителями являются США (43%), страны СНГ (26%) и Норвегия (17%). В последние годы резко наращивает экспорт магния Китай. В России одним из крупнейших производителей магния являются титано-магниевый комбинат в г.Березники (Пермская обл.) и Соликамский магниевый завод. Производство магния разворачивается также в г. Асбест.