Химическая формула магния. Физические свойства магния. Получение магния и история открытия

Магний – лёгкий серебристо-белый металл, блестящий, но тускнеющий на воздухе из-за образования защитной оксидной плёнки на его поверхности. Химическая формула магния – Mg. 12 - атомный номер магния в периодической системе химических элементов Д.И. Менделеева.

Магний довольно распространён в земной коре. Опережают магний в этом плане только кислород, кремний, алюминий, железо и кальций. В природе он встречается в виде соединений. Важнейшие минералы, содержащие магний – магнезит MgCO 3 и двойная соль доломит CaMg 2 . Огромные запасы магния содержатся в морях и океанах в виде MgCl 2 . Науке известно около 1500 минералов. И почти 200 из них содержат магний.

Получение магния

Как же был открыт магний?

В 1695 г. английский врач Крю проводил анализы минеральной воды из источника поблизости города Эпсом. При упаривании этой воды на стенках сосуда образовалась белая соль c горьким вкусом. Эта соль обладала лечебными свойствами. Аптекари называли эту соль английской или эпсонской. Позже соль получила название белой магнезии из-за своего сходства с белым порошком, который получали, прокаливая минерал, обнаруженный вблизи греческого города Магнезии.

Металл магний впервые удалось получить в 1808 г. британскому химику Хемфри Дэви. Дэви подвергал электролизу смесь белой магнезии и окиси ртути. В результате он получил сплав ртути и неизвестного металла. Выделив металл, Дэви предложил назвать его магнием. Но магний, полученный Дэви, содержал примеси. Чистый, без примесей, магний удалось получить только в 1829 г. французскому химику Антуану Бюсси.

Химические свойства магния

Магний – активный металл. И как все активные металлы, он хорошо горит. В обычных условиях его поверхность защищена оксидной плёнкой. Но при нагревании до 600 градусов плёнка разрушается, и магний реагирует с кислородом. Продукт горения магния – оксид магния, белый порошок.

2Mg + O 2 = 2MgO

При горении выделяется много тепла и света. Причём по своему спектральному анализу свет при горении магния почти такой же, как солнечный свет. Это свойство использовали первые фотографы более 100 лет назад. Горение магниевого порошка с добавками перманганата калия или нитрата бария освещало объект фотографирования, что позволяло делать чёткие снимки в закрытом помещении, где освещение было недостаточным.

Магний вступает в реакцию с водой только при нагревании. В результате этой реакции выделяется водород.

Mg + 2H 2 O = Mg(OH) 2 + H 2

Горит магний и в среде углекислого газа.

2Mg + C O 2 = 2MgO + C

С галогенами магний взаимодействует при комнатной температуре.

Mg + Br 2 = MgBr 2

С серой магний вступает в реакцию только при нагревании, образуя сульфид магния.

Mg + S = MgS

В реакцию со щелочами магний не вступает.

Получение магния

Металлический магний получают электротермическим или электролитическим способом.

В первом случае магнезит или доломит, находящиеся в реакционном аппарате, прокаливают. В результате получают окись магния MgO. Затем окись магния восстанавливается алюминием, кремнием или углем. Так получают чистый магний.

Но основным промышленным способом получения магния является электролитический. В специальных ваннах-электролизёрах находится расплав хлорида магния MgCl2. В результате электролиза на железном катоде выделяется магний, а на графитовом аноде собираются ионы хлора. Расплавленный магний собирают и разливают по формам. Затем магний проходит очистку от примесей.

Применение магния

Способность магния легко взаимодействовать с кислородом позволяет использовать его в производстве стали для удаления кислорода, растворённого в расплавленных металлах. Магниевый порошок применяется в ракетостроении как высококалорийное горючее. Высокоочищенный магний используют в производстве полупроводников.

Магний – самый лёгкий из металлов. Он в четыре раза легче железа и в полтора раза легче алюминия. В чистом виде магний мягкий и непрочный. Из него нельзя делать технические конструкции. Но механическая прочность магния значительно повышается, если в него добавить цинк, алюминий или марганец. Добавки вводят в небольшом количестве, чтобы не увеличить удельный вес магния. К сожалению, эти сплавы при нагревании теряют свою прочность. Но если к ним добавить цинк, медь, серебро, бериллий, торий, цирконий, титан, то они сохраняют свою механическую прочность даже при повышении температуры. Корпуса из магниевых сплавов можно обнаружить в мобильных телефонах, видеокамерах, ноутбуках. Кроме того, детали из магниевых сплавов поглощают вибрацию в 100 раз лучше алюминия и в 20 раз лучше легированной стали. Поэтому их широко применяют в авиации, автомобилестроении и других областях техники.

МАГНИЙ

План:

1. Характеристика элемента.

2. Получение магния.

3. Свойства магния.

3.1. Физические свойства магния.

3.2. Химические свойства магния.

4. Соединения магния.

4.1. Неорганические соединения

4.2. Магнийорганические соединения

5. Природные соединения магния

6. Определение магния в почвах, в воде

7. Биологическое значение магния

8. Области применения магния

9. Жесткость воды

10. Практическая работа «Определение жесткости воды»

1. Характеристика элемента

Название «магнезия» встречается уже в III веке н.э., хотя не вполне ясно, какое вещество оно обозначает. Долгое время магнезит - карбонат магния - ошибочно отождествляли с известняком - карбонатом кальция. Слово магнезия происходит от названия одного из Греческих городов - Магнесии. До XVIII века соединения магния считали разновидностями кальциевых или натриевых солей. Открытию магния способствовало изучение состава минеральных вод. В 1695 году английский врач Крю сообщил, что им выделена из воды эпсомского минерального источника соль, обладающая лечебными свойствами, и вскоре был доказан её индивидуальный характер. Затем стали известны и другие соединения магния. Карбонат магния получил название "белая магнезия", в отличие от «чёрной магнезии» - оксида марганца. Отсюда и созвучие названий металлов, выделенных впоследствии из этих соединений.

Впервые магний был получен Деви (XIX в.) из окиси магния. Бюсси, Либих, Девильс, Карон и др получали магний действием паров калия или натрия на хлористый магний.

В 1808 г. английский химик Г. Деви электролизом увлажнённой смеси магнезии и оксида ртути получил амальгаму неизвестного металла, которому и дал название "магнезии", сохранившееся до сих пор во многих странах. В России с 1831 года принято название "магний". В 1829 г. Французский химик А. Бюсси получил магний, восстанавливая его расплавленный хлорид калием. Следующий шаг к промышленному получению сделал М. Фарадей. В 1830 г. он впервые получил магний электролизом расплавленного хлористого магния.

Промышленное производство магния электролитическим способом предпринято в Германии в конце XIX в. Перед второй мировой войной началось освоение термических способов получения магния.

В настоящее время наряду с развитием электролитического способа совершенствуются силикотермический и карботермический способы получения магния. На первой стадии развития магниевой промышленности в качестве сырья применяли хлористые соли карналлит, природные рассолы, хлоромагниевые щёлочи калийной промышленности.

Сейчас наряду с хлористыми солями широко используют доломит и магнезит. Большой интерес представляет применение в качестве сырья для производства магния из морской воды. В России электролитический метод получения магния впервые разработал П.П. Федотьев в 1914 г. в Петроградском политехническом институте. В 1931 г. в Ленинграде вступил в строй первый опытный магниевый завод. Промышленное производство магния в СССР начато в 1935 г.

При затрате необходимой энергии один из электронов переходит в P-состояние, т.е. оба электрона становятся неспаренными. Поэтому магний проявляет степень окисления +2.

3S 2 -валентные электроны

1S 2 2S 2 2P 6 3S 1 3P 1

Строение внешней электронной оболочки магния, обладающей структурой 3S 2 , с двумя слабо связанными электронами объясняет восстановительный характер типичных реакций, в которых магний переходит в двухвалентный катион Mg 2+ . Благодаря большому химическому сродству к кислороду, магний способен отнимать кислород у многих окислов и хлор у хлоридов. Это свойство в последнее время используется при магниетермическом получении титана, циркония, урана. При комнатной температуре на воздухе компактный магний химически стоек. На его поверхности образуется окисная пленка, предох­раняющая от окисления. При нагревании химическая активность магния воз­растает. Считается, что верхний температурный предел устойчивости магния в кислороде находится в интервале 350-400 о С. Кипящую воду магний разлагает с выделением водорода.

На магний не оказывает заметного действия дис­тиллированная вода, фтористоводородная кислота любой концентрации, хромовая кислота, водные растворы фтористых солей и др.

Разрушающее действие оказывает на магний морская и минеральная вода, водные растворы соля­ной, серной, азотной, фосфорной, кремнефтористоводородной кислот, вод­ные растворы галоидных солей, сернистых соединений, аммиак и его вод­ные растворы, органические кислоты, гликоли и гликолевые смеси, многи альдегиды.

Магний - один из самых распространенных в земной коре элементов, по распространенности занимает шестое место после кислорода, кремния, алюминия, железа и кальция. Содержание магния в литосфере, по А.П. Ви­ноградову, сотавляет 2,10%. В природе магний встречается исключительно в виде соединений и входит в состав многих минералов: карбонатов, си­ликатов и др. Важнейшими являются следующие из них: магнезит MgCO 3 , доломит MgCO 3 *CaCO 3 , карналлит MgCl 2 *KCL*6H 2 O, бруцит Mg(OH) 2 , кизерит MgSO 4 , эпсонит MgSO 4 *7H 2 O, каинит MgSO 4 *KCl*3H 2 O, оливин (Mg,Fe) 2 , серпентин H 4 Mg 3 Si 2 O 9 .

Природный или естественный маг­ний представляет собой смесь трех устойчивых изотопов 24 Mg -78,6 %, 25 Mg -10,1 %, 26 Mg -11,3 %.

В реакциях магний практически всегда проявляет степень окисления +2 (валентность II). Для того, чтобы перевести атом магния из состояния 3S 2 в реакционноспособное состояние 3S 1 3P 1 , нужно затратить 259 КДж/моль, а при последовательном отрыве электронов, т.е. ионизации Mg до Mg + и Mg +2 , требуется соответственно 737 КДж/моль и 1450 КДж/моль. Магний кристаллизуется в гексагональную плотноупакованную решетку.

2. ПОЛУЧЕНИЕ МАГНИЯ.

Преобладающий промышленный способ получения магния - электролиз расплава смеси MgCl 2

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).

ОПРЕДЕЛЕНИЕ

Магний - двенадцатый элемент Периодической таблицы. Обозначение - Mg от латинского «magnesium». Расположен втретьем периоде, IIА группе. Относится к металлам. Заряд ядра равен 12.

Магний весьма распространен в природе. В больших количествах он встречается в виде карбоната магния, образуя минералы магнезит MgCO 3 и доломит MgCO 3 ×CaCO 3 . Сульфат и хлорид магния входят в состав минералов каинита KCl×MgSO 4 ×3H 2 O и карналлита KCl×MgCl 2 ×6H 2 O. Ион Mg 2+ содержится в морской воде, сообщая ей горький вкус. Общее количество магния в земной коре составляет около 2% (масс.).

В виде простого вещества магний представляет собой серебристо-белый (рис. 1), очень легкий металл. На воздухе он мало изменяется, так как быстро покрывается тонким слоем оксида, защищающего его от дальнейшего окисления.

Рис. 1. Магний. Внешний вид.

Атомная и молекулярная масса магния

Относительной молекулярная масса вещества (M r) - это число, показывающее, во сколько раз масса данной молекулы больше 1/12 массы атома углерода, а относительная атомная масса элемента (A r) — во сколько раз средняя масса атомов химического элемента больше 1/12 массы атома углерода.

Поскольку в свободном состоянии магний существует в виде одноатомных молекул Mg, значения его атомной и молекулярной масс совпадают. Они равны 24,304.

Изотопы магния

Известно, что в природе магний может находиться в виде трех стабильных изотопов 24 Mg (23,99%), 25 Mg (24,99%) и 26 Mg (25,98%). Их массовые числа равны 24, 25 и 26 соответственно. Ядро атома изотопа магния 24 Mg содержит двенадцать протонов и двенадцать нейтронов, а изотопов 25 Mg и 26 Mg- такое же количество протонов, тринадцать и четырнадцать нейтронов соответственно.

Существуют искусственные изотопы магния с массовыми числами от 5-ти до 23-х и от 27-ми до 40-ка.

Ионы магния

На внешнем энергетическом уровне атома магния имеется два электрона, которые являются валентными:

1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 .

В результате химического взаимодействия маний отдает свои валентные электроны, т.е. является их донором, и превращается в положительно заряженный ион:

Mg 0 -2e → Mg 2+ .

Молекула и атом магния

В свободном состоянии магний существует в виде одноатомных молекул Mg. Приведем некоторые свойства, характеризующие атом и молекулу магния:

Сплавы магния

Главная область применения металлического магния - это получение на его основе различных легких сплавов. Прибавка к магнию небольших количеств других металлов резко изменяет его механические свойства, сообщая сплаву значительную твердость, прочность и сопротивляемость коррозии.

Особенно ценными свойствами обладают сплавы, называемые электронами. Они относятся к трем системам: Mg-Al-Zn, Mg-Mn и Mg-Zn-Zr. Наиболее широкое применение имеют сплавы системы Mg-Al-Zn, содержащие от 3 до 10% алюминия и от 0,2 до 3% цинка. Достоинством магниевых сплавов является их малая плотность (около 1,8 г/см 3).

Примеры решения задач

ПРИМЕР 1

Магний

МА́ГНИЙ -я; м. [лат. magnium] Химический элемент (Mg), лёгкий ковкий металл серебристо-белого цвета, горящий ярким белым пламенем. Окись магния. Вспышка магния.

◁ Ма́гниевый, -ая, -ое. М-ые руды. М. сплав.

(лат. Magnesium), химический элемент II группы периодической системы. Название от новолат. magnesia - магнезия. Серебристый металл, очень лёгкий и прочный; плотность 1,74 г/см 3 , t пл 650°C. На воздухе покрывается защитной оксидной плёнкой; подожжённая тонкая стружка и порошок магния горят ярким белым пламенем. По распространённости в земной коре занимает среди элементов 8-е место (минералы магнезит, доломит, карналлит). Применяется главным образом в производстве лёгких сплавов, для раскисления и обессеривания некоторых металлов, для восстановления Hf, Ti, U, Zr и других металлов из соединений (металлотермия), как компонент осветительных и зажигательных составов для снарядов и ракет.

МА́ГНИЙ (лат. Magnesium), Mg (читается «магний»), химический элемент IIА группы третьего периода периодической системы Менделеева (см. ПЕРИОДИЧЕСКАЯ СИСТЕМА ЭЛЕМЕНТОВ МЕНДЕЛЕЕВА) , атомный номер 12, атомная масса 24,305. Природный магний состоит из трех стабильных нуклидов (см. НУКЛИД) : 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.
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 (см. МАГНЕЗИТ) . Металлический магний впервые получил в 1808 английский химик Г. Дэви (см. ДЭВИ Гемфри) . 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 со ртутью. После отгонки ртути остался порошок нового металла, который Дэви назвал магнием.
Магний, полученный 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. 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 (см. ОЛИВИН) (Mg,Fe) 2 и серпентин (см. СЕРПЕНТИН) Mg 6 (OH) 8 . Важное практическое значение имеют такие магнийсодержащие минералы, как асбест (см. АСБЕСТ (минерал)) , магнезит (см. МАГНЕЗИТ) , доломит (см. ДОЛОМИТ) MgCO 3 ·CaCO 3 , бишофит (см. БИШОФИТ) MgCl 2 ·6H 2 O, карналлит (см. КАРНАЛЛИТ) KCl·MgCl 2 ·6H 2 O, эпсомит (см. ЭПСОМИТ) MgSO 4 ·7H 2 O, каинит (см. 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.
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 (см. ЩЕЛОЧНЫЕ МЕТАЛЛЫ) ). Стандартный электродный потенциал магния Mg/Mg 2+ –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. (см. МАГНИЯ ОКСИД)
Оксид магния (см. МАГНИЯ ОКСИД) 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:
Mg + S = MgS.
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 (см. ЛИТИЙ) (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 (см. ЖЕСТКОСТЬ ВОДЫ) . Как и в случае гидрокарбоната кальция (см. ст. К альций (см. КАЛЬЦИЙ) ), 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 (см. 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.
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:
2Mg + TiO 2 = 2MgO + Ti.
2Mg + UF 4 = 2MgF 2 + U.
Широкое применение находят многие соединения магния, особенно его оксид, карбонат и сульфат.
Биологическая роль магния
Магний - биогенный элемент (см. БИОГЕННЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ) , постоянно присутствующий в тканях всех организмов. Он входит в состав молекулы зеленого пигмента растений - хлорофилла (см. ХЛОРОФИЛЛ) , участвует в минеральном обмене, активирует ферментные процессы в организме, повышает засухоустойчивость растений. С участием ионов Mg + осуществляется биолюминесценция (см. БИОЛЮМИНЕСЦЕНЦИЯ) и ряд других биологических процессов. Широкое практическое применение находят магниевые удобрения - доломитовая мука, жженая магнезия и др.
В организм животных и человека магний поступает с пищей. Суточная потребность человека в магнии - 0,3-0,5 г. В организме среднего человека (масса тела 70 кг) содержится около 19 г магния. Нарушения обмена магния приводят к различным заболеваниям. В медицине применяют препараты магния - его сульфат, карбонат, жженую магнезию.

Энциклопедический словарь . 2009 .

Смотреть что такое "магний" в других словарях:

- (ново лат. magnium, от лат. magnesia). Серебристый металл, составляющий основание магнезии. Словарь иностранных слов, вошедших в состав русского языка. Чудинов А.Н., 1910. МАГНИЙ блестящий металл серебристо белого цвета, горит очень ярким белым… … Словарь иностранных слов русского языка

- (Magnesium), Mg, химический элемент II группы периодической системы, атомный номер 12, атомная масса 24,305; относится к щелочно земельным металлам; tпл 650шC. Входит в состав хлорофилла. Магний компонент сплавов, осветительных и зажигательных… … Современная энциклопедия

- (символ Mg), металлический элемент серебристо белого цвета, один из ЩЕЛОЧНОЗЕМЕЛЬНЫХ МЕТАЛЛОВ. Восьмой по распространенности элемент земной коры. Впервые был выделен в 1808 г. Хэмфри ДЭВИ. Необходим в питании человека и животных. Магний всегда… … Научно-технический энциклопедический словарь

Магний - (Magnesium), Mg, химический элемент II группы периодической системы, атомный номер 12, атомная масса 24,305; относится к щелочно земельным металлам; tпл 650°C. Входит в состав хлорофилла. Магний компонент сплавов, осветительных и зажигательных… … Иллюстрированный энциклопедический словарь

МАГНИЙ, см. магнезия. Толковый словарь Даля. В.И. Даль. 1863 1866 … Толковый словарь Даля

- (лат. Magnesium) Mg, химический элемент II группы периодической системы, атомный номер 12, атомная масса 24,305. Название от новолатинского magnesia магнезия. Серебристый металл, очень легкий и прочный; плотность 1,74 г/см³, tпл 650 .С. На… … Большой Энциклопедический словарь

Mg (лат. Magnesium * a. magnesium; н. Magnesium; ф. magnesium; и. magnesio), хим. элемент II группы периодич. системы Менделеева, ат. н. 12, ат. м. 24,312. Природный M. состоит из смеси стабильных изотопов 24Mg (78,6%), 25Mg (10,11%) и… … Геологическая энциклопедия