Химические свойства магния и его соединений. Суточная потребность в магнии

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 (MgSO 4 ·7H 2 O). 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(CO 3) 2 . Там встречаются и осадочные минералы магнезит MgCO 3 , эпсомит MgSO 4 ·7H 2 O, карналлит K 2 MgCl 4 ·6H 2 O, лангбейнит K 2 Mg 2 (SO 4) 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 (SiO 4), мыльным камнем (тальк) Mg 3 Si 4 O 10 (OH) 2 , асбестом (хризотил) Mg 3 Si 2 O 5 (OH) 4 и слюдой. Шпинель MgAl 2 O 4 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 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

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 MgH 2 . С холодной водой магний не реагирует, но из кипящей воды вытесняет водород и образует гидроксид Mg(OH) 2:

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

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

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.

Магний – самый легкий конструкционный материал, используемый в промышленных масштабах. Его плотность (1,7 г см –3) составляет менее двух третей плотности алюминия. Сплавы магния весят вчетверо меньше стали. Кроме того, магний прекрасно обрабатывается и может быть отлит и переделан любыми стандартными методами металлообработки (прокатка, штамповка, волочение, ковка, сварка, пайка, клепка). Поэтому его основная область применения – в качестве легкого конструкционного металла.

Магниевые сплавы обычно содержат более 90% магния, а также 2–9% алюминия, 1–3% цинка и 0,2–1% марганца. Сохранение прочности при высокой температуре (до 450° С) заметно улучшается при сплавлении с редкоземельными металлами (например, празеодимом и неодимом) или торием. Эти сплавы можно использовать для корпусов автомобильных двигателей, а также фюзеляжей и шасси самолетов. Магний применяют не только в авиации, но и для изготовления лестниц, мостков в доках, грузовых платформ, транспортеров и подъемников, а также в производстве фотографического и оптического оборудования.

В промышленный алюминий добавляют до 5% магния для улучшения механических свойств, свариваемости и устойчивости к коррозии. Магний также применяют для катодной защиты других металлов от коррозии, как поглотитель кислорода и восстановитель при производстве бериллия, титана, циркония, гафния и урана. Смеси порошка магния с окислителями используют в пиротехнике для приготовления осветительных и зажигательных составов.

Соединения магния.

Преобладающая степень окисления (+2) для магния обусловлена его электронной конфигурацией, энергиями ионизации и размерами атома. Степень окисления (+3) невозможна, так как третья энергия ионизации составляет для магния 7733 кДж моль –1 . Эта энергия гораздо выше, чем можно компенсировать образованием дополнительных связей, даже если они будут преимущественно ковалентными. Причины неустойчивости соединений магния в степени окисления (+1) менее очевидны. Оценка энтальпии образования таких соединений показывает, что они должны быть устойчивыми по отношению к составляющим их элементам. Причиной того, что соединения магния(I) не устойчивы, является гораздо более высокое значение энтальпии образования соединений магния(II), что должно привести к быстрому и полному диспропорционированию:

Mg(к) + Cl 2 (г) = MgCl 2 (к);

DН ° обр = –642 кДж/(моль MgCl 2)

2Mg(к) + Cl 2 (г) = 2MgCl(к);

DН ° обр = –250 кДж/(2 моль MgCl)

2MgCl(к) = Mg(к) + MgCl 2 (к);

DН ° диспроп = –392 кДж/(2 моль MgCl)

Если будет найден путь синтеза, который затруднит диспропорционирование, такие соединения, возможно, будут получены. Имеются некоторые доказательства образование частиц магния(I) при электролизе на магниевых электродах. Так, при электролизе NaCl на магниевом аноде выделяется водород, а количество магния, потерянное анодом, соответствует заряду +1,3. Аналогично при электролизе водного раствора Na 2 SO 4 количество выделившегося водорода соответствует окислению воды ионами магния, заряд которых соответствует +1,4.

Большинство солей магния хорошо растворяются в воде. Процесс растворения сопровождается незначительным гидролизом. Полученные растворы имеют слабокислотную среду:

2+ + H 2 O + + H 3 O +

Соединения магния со многими неметаллами, в том числе с углеродом, азотом, фосфором, серой необратимо гидролизуются водой.

Гидрид магния состава МgН 2 представляет собой полимер с мостиковыми атомами водорода. Координационное число магния в нем равно 4. Такое строение приводит к резкому снижению термической устойчивости соединения. Гидрид магния легко окисляется кислородом воздуха и водой. Эти реакции сопровождаются большим выделением энергии.

Нитрид магния Mg 3 N 2 . Образует желтоватые кристаллы. При гидролизе нитрида магния образуется гидрат аммиака:

Mg 3 N 2 + 8H 2 O = 3Mg(OH) 2 + 2NH 3 ·H 2 O

Если гидролиз нитрида магния проводить в щелочной среде, гидрат аммиака не образуется, а выделяется газообразный аммиак. Гидролиз в кислотной среде приводит к образованию катионов магния и аммония:

Mg 3 N 2 + 8H 3 O + = 3Mg 2+ + 2NH 4 + + 8H 2 O

Магния оксид MgO называют жженой магнезией. Его получают обжигом магнезита, доломита, основного карбоната магния, гидроксида магния, а также прокаливанием бишофита MgCl 2 ·6H 2 O в атмосфере водяного пара.

Реакционная способность оксида магния зависит от температуры его получения. Оксид магния, приготовленный при 500–700° С, называют легкой магнезией. Он легко реагирует с разбавленными кислотами и водой с образованием соответствующих солей или гидроксида магния, поглощает диоксид углерода и влагу из воздуха. Оксид магния, полученный при 1200–1600° С носит название тяжелой магнезии. Он характеризуется кислотостойкостью и водостойкостью.

Оксид магния широко используется как жаростойкий материал. Он отличается одновременно высокой теплопроводностью и хорошими электроизолирующими свойствами. Поэтому это соединение применяется в изолирующих радиаторах для местного нагрева.

Более легкие сорта магнезий используют для приготовления магнезиального цемента и строительных материалов на его основе, а также в качестве вулканизирующего агента в резиновой промышленности.

Гидроксид магния Mg(OH) 2 образует бесцветные кристаллы. Растворимость этого соединения невелика (2·10 –4 моль/л при 20° С). Его можно перевести в раствор действием солей аммония:

Mg(OH) 2 + 2NH 4 Cl = MgCl 2 + 2NH 3 ·H 2 O

Гидроксид магния термически неустойчив и при нагревании разлагается:

Mg(OH) 2 = MgO + H 2 O

В промышленных масштабах гидроксид магния получают осаждением известью из морской воды и природных рассолов.

Гидроксид магния является мягким основанием, которое в виде водного раствора (магнезиальное молоко) широко используется для снижения кислотности желудочного сока. При этом, несмотря на мягкость, Mg(OH) 2 нейтрализует кислоты в 1,37 раз больше, чем гидроксид натрия NaOH и в 2,85 раз больше, чем гидрокарбонат натрия NaHCO 3 .

Его используют также для получения оксида магния, рафинирования сахара, очистки воды в котельных установках, в качестве компонента зубных паст.

Карбонат магния MgCO 3 образует бесцветные кристаллы. Он встречается в природе в безводном виде (магнезит). Кроме того, известны пента-, три- и моногидраты карбоната магния.

Растворимость карбоната магния в отсутствие диоксида углерода составляет около 0,5 мг/л. В присутствии избытка диоксида углерода и воды карбонат магния переходит в растворимый гидрокарбонат, а при кипячении происходит обратный процесс. С кислотами карбонат и гидрокарбонат взаимодействуют с выделением диоксида углерода и образованием соответствующих солей. При нагревании карбонат магния, не плавясь, разлагается:

MgCO 3 = MgO + CO 2

Этот процесс используют для получения оксида магния. Кроме того, природный карбонат магния является исходным сырьем для получения металлического магния и его соединений. Его используют также в качестве удобрений и для снижения кислотности почв.

Рыхлый порошок карбоната магния засыпают между двойными стенками хранилищ для жидкого кислорода. Эта теплоизоляция дешева и надежна.

Сульфат магния MgSO 4 известен в безводном состоянии, а также в виде различных гидратов. В природе встречаются кизерит MgSO 4 ·H 2 O, эпсомит MgSO 4 ·7H 2 O и гексагидрат MgSO 4 ·6H 2 O.

В медицине используется гептагидрат сульфата магния MgSO 4 ·7H 2 O, широко известный под названиями английская или горькая соль. Это соединение обладает слабительным действием. При внутримышечных или внутривенных вливаниях сульфат магния снимает судорожное состояние, уменьшает спазмы сосудов.

Сульфат магния применяют в текстильной и бумажной промышленности как протраву при крашении, а также в качестве утяжелителя хлопка и шелка и наполнителя бумаги. Он служит сырьем для получения оксида магния.

Нитрат магния Mg(NO 3) 2 представляют собой бесцветные гигроскопичные кристаллы. Растворимость в воде при 20° С составляет 73,3 г на 100 г. Из водных растворов кристаллизуется гексагидрат. Выше 90° С он обезвоживается до моногидрата. Затем происходит отщепление воды с частичным гидролизом и разложение до оксида магния. Этот процесс используется при синтезе оксида магния особой чистоты. Из нитрата магния получают нитраты других металлов, а также различные соединения магния. Кроме того, нитрат магния входит в состав сложных удобрений и пиротехнических смесей.

Перхлорат магния Mg(ClO 4) 2 образует очень гигроскопичные бесцветные кристаллы. Он хорошо растворим в воде (99,6 г на 100 г) и органических растворителях. Из водных растворов кристаллизуется гексагидрат. Концентрированные растворы перхлората магния в органических растворителях и его сольваты с молекулами восстановителей взрывоопасны.

Частично гидратированный перхлорат магния, содержащий 2–2,5 молекул воды, выпускают под коммерческим названием «ангидрон». Для получения безводного перхлората магния его сушат в вакууме при 200–300° С. Его используют как осушитель газов. Он поглощает не только пары воды, но и аммиак, пары спиртов, ацетона и других полярных веществ.

Перхлорат магния применяют в качестве катализатора ацилирования по реакции Фриделя – Крафтса, а также как окислитель в микроанализе.

Фторид магния MgF 2 мало растворим в воде (0,013 г в 100 г при 25° С). Он встречается в природе в виде минерала селаита. Получают фторид магния взаимодействием сульфата или оксида магния с фтороводородной кислотой или хлорида магния с фторидом калия или аммония.

Фторид магния входит в состав флюсов, стекол, керамики, эмалей, катализаторов, смесей для получения искусственной слюды и асбеста. Кроме того, он является оптическим и лазерным материалом.

Хлорид магния MgCl 2 является одной из наиболее промышленно важных солей магния. Его растворимость составляет 54,5 г на 100 г воды при 20° С. Концентрированные водные растворы хлорида магния растворяют оксид магния. Из полученных растворов кристаллизуются MgCl 2 ·mMg(OH) 2 ·nH 2 O. Эти соединения входят в состав магнезиальных цементов.

Хлорид магния образует кристаллогидраты с 1, 2, 4, 6, 8 и 12 молекулами воды. С ростом температуры число молекул кристаллизационной воды уменьшается.

В природе хлорид магния встречается в виде минералов бишофита MgCl 2 ·6H 2 O, хлормагнезита MgCl 2 , а также карналлита. Он содержится в морской воде, рапе соляных озер, некоторых подземных рассолах.

Безводный хлорид магния используют в производстве металлического магния и оксида магния, гексагидрат – для получения магнезиальных цементов. Водный раствор хлорида магния применяют как хладагент и антифриз. Он служит средством против обледенения летных полей аэродромов, железнодорожных рельсов и стрелок, а также против смерзания угля и руд. Раствором хлорида магния пропитывают древесину для придания ей огнестойкости.

Бромид магния MgBr 2 хорошо растворим в воде (101,5 г на 100 г при 20° С). Из водных растворов кристаллизуется от –42,7 до 0,83° С в виде декагидрата, при более высокой температуре – в виде гексагидрата. Он образует многочисленные кристаллосольваты, такие как MgB 2 ·6ROH (R = Me, Et, Pr), MgBr 2 ·6Me 2 CO, MgBr 2 ·3Et 2 O, а также аммины MgBr 2 ·n NH 3 (n = 2–6).

Комплексные соединения магния . В водных растворах ион магния существует в виде аквакомплекса 2+ . В неводных растворителя, например в жидком аммиаке, ион магния образует комплексы с молекулами растворителя. Из таких растворов обычно кристаллизуются сольваты солей магния. Известно несколько галогенидных комплексов типа MX 4 2– , где Х – галогенид-анион.

Среди комплексных соединений магния особое значение имеют хлорофиллы, являющиеся модифицированными порфириновыми комплексами магния. Они являются жизненно важными для фотосинтеза в зеленых растениях.

Магнийорганические соединения . Для магния получены многочисленные соединения, содержащие связи металл – углерод. Особенно много исследований посвящено реактивам Гриньяра RMgX (X = Cl, Br, I).

Реактивы Гриньяра – самые важные металлоорганические соединения магния и, вероятно, наиболее используемые металлоорганические реагенты. Это связано с легкостью их получения и синтетической разносторонности. Установлено, что в растворе эти соединения могут содержать разнообразные химические частицы, находящиеся в подвижном равновесии.

Реактивы Гриньяра обычно получают медленным добавлением органического галогенида к взвеси магниевых стружек в соответствующем растворителе при интенсивном перемешивании и полном отсутствии воздуха и влаги. Реакция обычно начинается медленно. Она может быть инициирована маленьким кристалликом иода, который разрушает защитный слой на поверхности металла.

Реактивы Гриньяра широко применяются для синтеза спиртов, альдегидов, кетонов, карбоновых кислот, эфиров и амидов и, вероятно, являются самыми важными реагентами для создания связей углерод–углерод, а также связей между атомами углерода и других элементов (азот, кислород, сера и т.д.).

Соединения R 2 Mg обычно разлагаются при нагревании. В кристаллическом состоянии они имеют структуру линейных полимеров с мостиковыми алкильными группами. Соединение MgMe 2 представляет собой нелетучий полимер, устойчивый до ~250° С, не растворимый в углеводородах и лишь немного растворимый в эфире. Соединение MgEt 2 и более высокие гомологи очень похожи на MgMe 2 , но они разлагаются при более низкой температуре (175–200° С), образуя соответствующий алкен и MgH 2 по реакции, обратной их получению. Похож на них и MgPh 2 ; он не растворим в бензоле, растворяется в эфире с образованием мономерного комплекса MgPh 2 ·2Et 2 O и разлагается при 280° С с образованием Ph 2 и металлического магния.

Биологическая роль магния.

Зеленые листья растений содержат хлорофиллы, которые представляют собой магнийсодержащие порфириновые комплексы, участвующие в фотосинтезе.

Магний также тесно вовлечен в биохимические процессы в организмах животных. Ионы магния необходимы для инициирования ферментов, отвечающих за превращения фосфатов, для переноса нервного импульса и для метаболизма углеводов. Они также участвуют в сокращении мышц, которое инициируется ионами кальция.

Несколько лет назад ученые Миннесотского университета в США установили, что яичная скорлупа тем прочнее, чем больше она содержит магния.

В организме взрослого человека массой 65 кг содержится около 20 г магния (в основном, в виде ионов). Большая его часть сосредоточена в костях. Во внутриклеточной жидкости присутствуют комплексы магния с АТФ и AДФ.

Суточная потребность в этом элементе составляет 0,35 г. При однообразном питании, нехватке зеленых овощей и фруктов, а также при алкоголизме нередко возникает дефицит магния. Особенно богаты магнием абрикосы, персики и цветная капуста. Есть он и в обычной капусте, картофеле, помидорах.

Статистика утверждает, что у жителей районов с более теплым климатом спазмы кровеносных сосудов случаются реже, чем у северян. Считают, что причиной этого являются особенности питания в холодных краях. Они едят меньше фруктов и овощей, а, значит, получают меньшее количество магния.

Исследования французских биологов показали, что в крови уставших людей содержится меньше магния, чем у отдохнувших. Считают, что диета, богатая магнием должна помочь медикам в борьбе с таким серьезным недугом, как переутомление.

Елена Савинкина

Преобладающий промышленный способ получения магния - электролиз расплава смеси MgCl 2

MgCl 2 Mg 2+ 2Cl -

Mg 2+ +2e Mg 0 2Cl - -2e Cl 2 0

2MgCl 2 2Mg+ 2Cl 2

расплава

в безводных MgCl 2 , KCl, NaCl. Для получения расплава используют обезвоженный карналлит или бимофит, а также MgCl 2 , полученный хлорированием MgO или как отход при производстве Ti.

Температура электролиза 700-720 о С, аноды графитовые, катоды стальные. Содержание MgCl 2 в расплаве 5-8 %, при снижении концентрации до 4 % уменьшается выход магния по току, при повышении концентрации MgCl 2 выше 8 % увеличивается расход электроэнергии. Для обеспечения оптимального содержания MgCl 2 периодически отбирают часть отработанного электролита и добавляют свежий карналлит или MgCl 2 . Жидкий магний всплывает на поверхность электролита, откуда его отбирают вакуумным ковшом. Извлекаемый магниевый сырец содержит 0,1% примесей. Для очистки от неметаллических примесей магний переплавляют с флюсами - хлоридами или фторидами K,Ba,Na,Mg. Глубокую очистку осуществляют перегонкой в вакууме, зонной плавкой, электролитическим рафинированием. В результате получают магний чистотой 99,999 %.

Кроме магния при электролизе получают также Cl 2 . В термических способах получения магния сырьем служит магнезит или доломит, из которых прокаливанием получают MgO.2Mg+O 2 =2MgO . В реторных или вращающих печах с графитовыми или угольными нагревателями оксид восстанавливают до металла кремнием (силиконотермический способ) или CaC 2 (карбидотермический способ) при 1280-1300 о С, либо углеродом (карботермический способ) при темпратуре выше 2100 о С. В карботермическом способе (MgO+C Mg+CO) образующуяся смесь CO и паров магния быстро охлаждают при выходе из печи инертным газом для предотвращения обратной реакции с магнием.

Свойства магния.

Физические свойства магния.

Магний - серебристо-белый блестящий металл, сравнительно мягкий и пластичный, хороший проводник тепла и электричества. Почти в 5 раз легче меди, в 4,5 раза легче железа; даже алюминий в 1,5 раза тяжелее магния. Плавится магний при темпратуре 651 о С, но в обычных условиях расплавить его довольно трудно: нагретый на воздухе до 550 о С он вспыхивает и мгновенно сгорает ослепительно ярким пламенем. Полоску магниевой фольги легко поджечь обыкновенной спичкой, а в атмосфере хлора магний самовозгорается даже при комнатной температуре. При горении магния выделяется большое количество ультрафиолетовых лучей и тепла - чтобы нагреть стакан ледяной воды до кипения, нужно сжечь всего 4 г магния.

Магний расположен в главной подгрупп второй группы периодической системы элементов Д.И. Менделеева. Порядковый номер его - 12, атомный вес - 24,312. Электронная конфигурация атома магния в невозбужденном состоянии 1S 2 2S 2 P 6 3S 2 ; валентными являются электроны наружного слоя, в соответствии с этим магний проявляет валентность II. В тесной связи со строением электронных оболочек атома магния находится его реакционная способность. Из-за наличия на внешней оболочке только двух электронов атом магния склонен легко отдавать их для получения устойчивой восьмиэлектронной конфигурации; поэтому магний в химическом отношении очень активен.

На воздухе магний окисляется, но образующаяся при этом окисная пленка предохраняет металл от дальнейшего окисления. Нормальный электронный потенциал магния в кислой среде равен -2,37в, в щелочной - 2,69в. В разбавленных кислотах магний растворяется уже на холоде. Во фтористоводородной кислоте нерастворим вследствие образования пленки из труднорастворимого в воде фторида MgF 2 ; в концентрированной серной кислоте почти нерастворим. Магний легко растворяется при действии растворов солей аммония. Растворы щелочей на него не действуют. Магний поступает в лаборатории в виде порошка или лент. Если поджечь магниевю ленту, то она быстро сгорает с ослепительной вспышкой, развивая высокую температуру. Магниевые вспышки применяют в фотографии, в изготовлении осветительных ракет. Температура кипения магния 1107 о С, плотность = 1,74 г/см 3 , радиус атома 1,60 НМ.

Химические свойства магния.

Химические свойства магния довольно своеобразны. Он легко отнимает кислород и хлор у большинства элементов, не боится едких щелочей, соды, керосина, бензина и минеральных масел. С холодной водой магний почти не взаимодействует, но при нагревании разлагает ее с выделением водорода. В этом отношении он занимает промежуточное положение между бериллием, который вообще с водой не реагирует и кальцием, легко с ней взаимодействующим. Особенно интенсивно идет реакция с водяным паром, нагретым выше 380 о С:

Mg 0 (тв)+H 2 + O(газ) Mg +2 O(тв)+H 2 0 (газ).

Поскольку продуктом этой реакции является водород ясно, что тушение горящего магния водой недопустимо: может произойти образование гремучей смеси водорода с кислородом и взрыв. Нельзя потушить горящий магний и углекислым газом: магний восстанавливает его до свободного углерода

2Mg 0 + C +4 O 2 2Mg +2 O+C 0 ,

Прекратить к горящему магнию доступ кислорода можно засыпав его песком, хотя и с оксидом кремния (IV) магний взаимодействует, но со значительно меньшим выделением теплоты:

2Mg 0 + Si +4 O 2 =2Mg +2 O+Si 0

этим и определяется возможность использования песка для тушения кремния. Опасность возгорания магния при интенсивном нагреве одна из причин, по которым его использование как технического материала ограничена.

В электрохимическом ряду напряжений магний стоит значительно левее водорода и активно реагирует с разбавленными кислотами с образованием солей. В этих реакциях есть у магния особенности. Он не растворяется во фтороводородной, концентрированной серной и в смеси серной и в смеси азотной кислот, растворяющей другие металлы почти столь же эффективно, как "царская водка" (смесь HCl и HNO 3). Устойчивость магния к растворению во фтороводородной кислоте объясняется просто: поверхность магния покрывается нерастворимой во фтороводородной кислоте пленкой фторида магния MgF 2 . Устойчивость магния к достаточно концентрированной серной кислоте и смеси ее с азотной кислотой объяснить сложнее, хотя и в этом случае причина кроется в пассивации поверхности магния. С растворами щелочей и гидроксида аммония магний практически не взаимодействует. А вот с растворами аммонийных солей реакция хотя и медленно, но происходит:

2NH + 4 +Mg=Mg 2+ + 2NH 3 + H 2

Удивительного в этой реакции нет. Эта реакция та же по существу, что и реакция вытеснения металлами водорода из кислот. В одном из определений кислотой называют вещество, диссоциирующее с образованием ионов водорода. Именно так может диссоциировать и ион NH4:

NH 4 + NH 3 +H +

Mg 0 + 2HCl=Mg +2 Cl 2 +H 0 2

2H + +Mg Mg 2+ + H 0 2

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

Причина воспламенения - очень большое тепловыделение, как и в случае реакции магния с кислородом. Так при образовании 1 моль хлорида магния из магния и хлора выделяется 642 КДж. При нагревании магний соединяется с серой (MgS), и с азотом (Mg 3 N 2). При повышенном давлении и нагревании с водородом магний образует гидрид магния

Mg 0 + H 2 0 Mg +2 H 2 - .

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

MeCln+0,5nMg=Me+0,5nMgCl 2

этим методом получают металлы, играющие очень важную роль в современной технике - цирконий, хром, торий, бериллий. Легкий и прочный "металл космической эры" - титан практически весь получают таким способом.

Сущность производства сводится к следующему: при получении металлического магния электролизом расплава хлорида магния в качестве побочного продукта образуется хлор. Этот хлор используют для получения хлорида титана (IV) TiCl 4 , который магнием восстанавливается до металлического титана

Ti +4 Cl 4 + 2Mg 0 Ti 0 +2Mg +2 Cl 2

Образовавшийся хлорид магния вновь используется для производства магния и т.д. На основе этих реакций работают титаномагниевые комбинаты. Попутно с титаном и магнием получают при этом и другие продукты, такие, как бертолетову соль KClO 3 , хлор, бром и изделия - фибролитовые и ксилитовые плиты, о которых будет сказано ниже. В таком комплексном производстве степень использования сырья, рентабельность производства высока, а масса отходов не велика, что особенно важно для охраны окружающей среды от загрязнений.

Магний – это щелочноземельный пластичный металл серебристо-белого цвета (см. фото). В периодической таблице Менделеева обозначен как Mg - от лат. Magnesium. Так назывался город в Азии, в районе которого обнаружены залежи магнезита. В конце 17 века в Англии из минеральной воды была добыта соль с горьким вкусом, оказывающая слабительное действие. Ей дали название эпсомской соли. В ее состав и входит магний. А в чистом виде его выделил уже в 1808 году, в той же Англии, сэр Гемфри Дэви.

В природе в очень больших количествах встречается в земной коре в виде минералов (доломита, брусита и магнезита), в морской воде и солевых озерах.

Существует мнение, что химический состав человеческого организма подобен составу мирового океана. Соответственно, магний принимает активнейшее участие в биохимических реакциях любого живого организма.

Действие магния, его роль и функции в организме

Действие микроэлемента заключается в участии в метаболизме организма, и следовательно, магний является одним из основных элементов жизнедеятельности. Он активирует работу более трехсот ферментов и витаминов группы В, участвует в углеводном, белковом и липидном обменах.

Магний называют «металлом жизни», ведь без его действия, то есть без тех функций, что он выполняет в организме станут невозможными многие физиологические процессы. И, в первую очередь, такие важные как функционирование нервной и мышечной тканей. За эти свойства для всех биологов магний стоит в одном ряду с кислородом, углеродом, азотом и водородом – самыми важными элементами во всех живых организмах.

Благодаря действию магния происходит терморегуляция организма, обмен натрия, кальция, фосфора и витамина С. Его активная форма – положительные ионы, которые и образуют органические соединения. Эти же ионы регулируют функционирование нервной ткани и мышц, а на клеточном уровне контролирует работу калий-натриевого насоса.

Самое большое количество микроэлемента скапливается в костях, мышцах, печени и тканях нервной системы. В организме не синтезируется, поэтому его источниками являются продукты питания, соль и вода. Оказав полезное действие, магний удаляется продуктами жизнедеятельности кишечника.

Магний играет очень важную роль в организме, ведь он один контролирует всю работу клеток – формирование белка, обмен веществ, деление и очистка. Этот микроэлемент жизненно важен для всех иммунных процессов, в случаях аллергии, стрессов, воспалений действует как противотоксичный и противоанафилактический фактор.

Магний – сильное лекарственное средство от многих заболеваний: инфаркт миокарда, нервные заболевания, склероз, лейкемия и другие онкологические болезни.

В комплексе с витамином В6 он синтезирует лецитин – аминокислоту, которая регулирует количество холестерина. И таким способом магний воздействует на сердце и сосуды.

Итак, подведем итоги действия магния на организм:

Суточная норма - какова потребность организма в элементе?

Суточная норма микроэлемента в среднем составляет 400 мг, а точнее рассчитывается в пропорции 0,05% от общей массы тела. Так, для детей нормой будет принятие 200 мг, для беременных и кормящих женщин – 450-500 мг, а для людей, подвергающимся длительным физическим нагрузкам или тренировкам потребность возрастает до 600 мг.

Недостаток магния в организме - симптомы и причины дефицита

Недостаток микроэлемента в организме приводит к большому разнообразию симптомов, которые многие могут принять за следствия какого-нибудь заболевания.

Есть такое выражение: «Мы то, что мы едим». Ведь получается, что изменив немного свой рацион в ту или иную сторону, мы можем сместить баланс веществ в организме, нанося ему вред или принося пользу. В случае с магнием, это самая верная политика.

Симптомы нехватки микроэлемента:

Довольно много? Одно утешение – одновременно они не проявляются, но даже поодиночке могут доставлять неприятные ощущения. И в первую очередь, все-таки стоит проверить уровень магния в крови, да и других элементов, прежде чем принимать узконаправленное лечение от какой-либо болезни. Лекарство может даже нанести вред.

Кстати, женщины сложнее переносят недостаток магния, что связано с физиологическими и гормональными особенностями. С дефицитом этого элемента как раз и связаны симптомы ПМС – раздражительность, отечность, болезненные явления.

Для женщин также будет важен тот факт, что магний не последний элемент в синтезе коллагена – белка, представляющего основу красоты кожи и упругости сухожилий.

Недостаток может быть вызван неправильным питанием, при дефиците витамина D, алкогольной и наркотической зависимости, при панкреатите и сбоях паращитовидной железы, употреблением гормональных препаратов.

Еще более реальными причинами дефицита магния в современном мире можно назвать увеличенные физические и умственные нагрузки, частые стрессы, «знаменитый» фаст-фуд. А если копнуть глубже, то окажется, что наши земли уже сильно обеднены интенсивными урожаями, металлами, удобрениями органического характера и промышленными токсическими отходами. По результатам исследований Всемирной организации здравоохранения содержание минералов и полезных веществ в продуктах растительного происхождения уменьшилось в 10-20 раз.

Есть интересное наблюдение, что в городах с жесткой водопроводной водой с преобладанием кальция, здоровье у людей в лучшем состоянии, чем при мягкой питьевой воде. У жителей спокойнее ритм сердца, меньше холестерина в сосудах, меньше гипо- и гипертоников. Мало того, в местностях с высоким содержанием магния в почве и воде - рекордно низкий уровень заболеваний онкологического характера.

Кстати, жители городов, особенно мегаполисов живут в постоянном стрессовом состоянии, при котором основная масса магния попросту сгорает, и так появляется цепная реакция, развивающая еще большие стрессы. Т.е. магний расходуется и тем самым вызывает еще большую нехватку. Такое состояние к тому же вызывает большие энергетические потери.

Нехватка магния у детей

Родителям часто кажется, что чем больше ребенок занят учебой и дополнительными факультативами, тем лучше для него же. И мало кто задумывается, что сама школа, спортивные секции и разнообразные кружки способны быстро истощить нервную систему и создать дефицит магния.

Стоит обратить внимание на такие симптомы, как быстрая утомляемость, а соответственно, и проблемы со сном и концентрацией, вялость, капризы, судороги. Все это может служить признаком нехватки микроэлемента.

Избыток магния - симптомы

В отношении человеческого организма очень важно соблюдать меру. В отношении магния, как микроэлемента принцип «чем больше, тем лучше» не самый лучший вариант. Т.к. его избыток также наносит вред, как и нехватка. Первыми признаками являются сонливость, вялость и угнетенное состояние. Это происходит за счет торможения усвоения кальция избытком магния, что вызывает эффект наркоза.

Замедляется сердечный ритм, снижается кровяное давление, жажда, рвота, слабость в мышцах – таковы симптомы интоксикации магнием.

А причинами служат: почечная недостаточность, обезвоживание, передозировка препаратов, содержащих магний (особенно при внутривенном введении), термическая обработка и консервация продуктов.

В каких пищевых источниках содержится?

Магний в продуктах питания является компонентом любой пищевой цепочки. Т.е. любую пищу, которая не подвергалась термообработке, можно назвать носителем магния, хоть и в разных количествах. Самыми богатыми на магний являются необработанные злаки (обработка «убивает» до 80% элемента), орехи и бобы. Также хорошим источником можно назвать питьевую воду, при условии, что она содержит много кальция.

Другими пищевыми источниками являются кунжут, зелень, шпинат, крупы, молоко и кисломолочные продукты, морепродукты, говядина, ржаной хлеб, сухофрукты (курага, инжир).

Нелишним будет и прием препаратов магния, но принимать их стоит только лишь после консультации с врачом, который определит необходимость в приеме и дозировку. Хотя часто достаточно изменить принципы питания.

Самыми эффективными стоит назвать добавки в комплексе с оротовой кислотой, они будут полезны гипертоникам, принимающим мочегонные препараты.

Избыток магния очень сложно получить из-за того, что продукты в нашем рационе, чаще всего изначально бедны магнием, благодаря современным «технологиям».

Взаимодействие с другими веществами

Взаимодействуя с другими веществами, магний оказывает два полярных действия: он либо дополняет, либо противоречит. Так, например, витамин В6 помогает ему усвоится, а кальций препятствует всасыванию в ЖКТ (оптимальное соотношение кальция к магнию 2:1).

Также магний снижает эффективность антибиотиков тетрациклинового ряда, препаратов железа и антикоагулянтов, поэтому медики рекомендуют соблюдать минимум трехчасовой интервал между их приемами.

А вот жиры и волокнистая пища уменьшают полезные качества элемента, образовывая неусвояемые соли.

При приеме фолиевой кислоты и витамина D3 вырастает активность ферментов и кальция, а значит и потребность в магнии.

Хорошо помогают микроэлементу усвоиться витамины А, В6, С, D, Е и фосфор в адекватном количестве.

Большое количество сахара вызывает увеличение выделения магния с мочой, вследствие метаболизма инсулина, также как и высокобелковый рацион влияет на организм, которому постоянно нужны новые и качественные стройматериалы (спортсмены, беременные и кормящие женщины).

Дефицит магния вызывается приемом дигиталиса, диуретики (фуросемид).

Не стоит забывать о консультациях специалистов во избежание проблем со здоровьем.

Показания к назначению

Показания к назначению микроэлемента в виде медикаментов:

дефицит магния;
судороги, утомляемость;
психологическая и эмоциональная нестабильность, проблемы со сном;
тахикардия, нарушения работы ЖКТ;
угроза преждевременных родов;
эпилепсия.

Магний - элемент главной подгруппы второй группы, третьего периода с атомным номером 12.

Строение атома:

1) Конфигурация электронного облака 1s 2 | 2s 2 2p 6 3s 2

2) Радиус атома 145 · 10 -12 (Метр)

3) Атомная масса 24.305 (г/моль)

Физические свойства:

1) металл серебристо-белого цвета, обладает металлическим блеском

2) пластичный и ковкий металл, хорошо прессуется, прокатывается и поддаётся обработке резанием.

3) теплопроводность при 20°C - 156 Вт/(м*К)

4) мягкий (твердость магния 2 по шкале Мооса)

5) температура кипения tкип = 1103°C

6) температура плавления металла tпл = 651°C

7) плотность магния при 20°C - 1,737 г./смі

8) цветной металл

9) проводит электричество (удельное электрическое сопротивление проводников (при 20°C) - 4.400 · 10 -8 (Ом · Метр)

10) по магнитным свойствам парамагнетик

Распространение в природе

Магний - это один из самых распространённых элементов земной коры. Главными видами нахождения магнезиального сырья являются:

морская вода - (Mg 0,12-0,13%),

карналлит - MgCl 2 * KCl * 6H 2 O (Mg 8,7%),

бишофит - MgCl 2 * 6H 2 O (Mg 11,9%),

кизерит - MgSO 4 * H 2 O (Mg 17,6%),

эпсомит - MgSO 4 * 7H 2 O (Mg 16,3%),

каинит - KCl * MgSO 4 * 3H 2 O (Mg 9,8%),

магнезит - MgCO 3 (Mg 28,7%),

доломит - CaCO 3 * MgCO 3 (Mg 13,1%),

брусит - Mg(OH) 2 (Mg 41,6%).

Большие области суши, такие как Доломитовые Альпы в Италии состоят преимущественно из минерала доломита. Там встречаются и осадочные минералы - магнезит, эпсомит, карналлит, лангбейнит.

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, мыльным камнем (тальк), асбестом (хризотил) и слюдой. Шпинель относится к драгоценным камням.

Большое количество магния содержится в водах морей и океанов и в природных рассолах. 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.

Химические свойства:

1) конфигурация внешних электронов атома Магния 3s 2

2) во всех стабильных соединениях Магний двухвалентен

3) активный металл

4) радиус атома 145 * 10 -12 (Метр)

5) гексагональная кристаллическая решёткой

6) металлическая кристаллическая решетка

7) металлическая химическая связь

Важнейшие соединения магния и их применение.

Гидрид магния MgH 2 . Твердое белое нелетучее вещество. Мало растворим в воде. Разлагает воду и спирты. Распадается на элементы при нагревании. Образуется при взаимодействии магния с водородом при нагревании. Является одним из наиболее ёмких аккумуляторов водорода, применяемых для его хранения.

Оксид (белая магнезия, жженая магнезия) магния MgO . Встречается в природе в виде серовато-зеленых прозрачных октаэдрических кристаллов. Мало растворим в воде, растворяется в спирте, разбавленных кислотах. Можно получить, сжигая магний в кислороде, прокаливанием гидроксида или карбоната магния.

Применяется для изготовления лабораторных изделий (тиглей, лодочек, багетов, трубок для сжигания), огнеупорного кирпича, магнезиального цемента.

Гидроксид магния Mg(OH) 2 . Встречается в природе в виде белого волокнистого вещества, называемого бруситом. Бесцветные тригональные кристаллы со слоистой решеткой. Слабое основание. Растворяется в разбавленных кислотах и солях аммония. Мало растворим в воде. Обезвоживается при нагревании. В промышленности извлекается из морской воды путем осаждения известковым или доломитовым молоком. Можно получить действием гидроксидов щелочных металлов на соли магния.

Используется в качестве пищевой добавки, для связывания диоксида серы, как флокулянт для очистки сточных вод, в качестве огнезащитного средства в термопластических полимерах (полиолефины, ПВХ), как добавка в моющие средства, для получения оксида магния, рафинирования сахара, в качестве компонента зубных паст. В медицине его применяют в качестве лекарства для нейтрализации кислоты в желудке, а также как очень сильное слабительное. В Европейском союзе гидроксид магния зарегистрирован в качестве пищевой добавки E528.

Фторид магния MgF 2 . Бесцветные диамагнитные тетраэдрические кристаллы. Мало растворим в воде и ацетоне, растворяется в растворах фторидов и сульфатов щелочных металлов. Можно получить, сжигая магний в атмосфере фтора или действуя плавиковой кислотой на оксид магния.

Применяется для защиты металлов от коррозии и изготовления матового стекла и керамики.

Хлорид магния MgCl 2 . Бесцветные гексагональные кристаллы со слоистой структурой, очень гигроскопичные. Хорошо растворим в воде, спирте, пиридине, мало растворим в ацетоне. Можно получить, сжигая магний в хлоре, действуя соляной кислотой на металлический магний.

Применяется для электролитического получения металлического магния, для пропитки тканей и древесины, для производства магнезиальных цементов, а также в медицине.

Бромид магния MgBr 2 . Бесцветные гексагональные диамагнитные кристаллы. Растворяется в воде, спирте. Легко присоединяет аммиак, пиридин и этилендиамин. Получают взаимодействием магния и брома при нагревании.

Применяется для получения элементарного брома, бромида серебра и других мало растворимых в воде бромидов.

Иодид магния MgI 2 . Бесцветные кристаллы, очень гигроскопичные. Легко растворяется в воде, спирте, эфире. Получают непосредственным взаимодействием магния и йода или реакцией между хлоридом магния и иодидом аммония.

Используется в некоторых гомеопатических препаратах.

Сульфид магния MgS. Бесцветные кубические кристаллы. Мало растворим в воде. Реагирует с галогенами. Разлагается разбавленными кислотами с образованием солей и выделением сероводорода. Получают взаимодействием магния с серой или сероводородом.

Сульфат магния MgSO 4 . Бесцветные ромбоэдрические диамагнитные кристаллы. Растворяется в воде, спирте и эфире. Можно получить в лаборатории взаимодействием оксида или карбоната магния с серной кислотой. В промышленности получают из морской воды или из природных минералов - карналлита и кизерита.

Применяется для отделки тканей, производства огнестойких тканей и бумаги, при дублении кожи, в качестве протравы в красильной промышленности.

Нитрат магния Mg(NO 3 ) 2 . Бесцветные кристаллы. Растворяется в воде, спирте и концентрированной азотной кислоте. В промышленности получают из природного минерала нитромагнезита. Получают в лаборатории взаимодействием магния, оксида магния или гидроксида магния с разбавленной азотной кислотой.

Магний и его соединения достаточно давно известны людям. Впервые соли магния были получены еще в 1695 году английским врачом. Врач проводил анализ воды из ближайшего источника. При выпаривании жидкости получилась соль с горьковатым привкусом. Аптекари и врачи считали, что полученная в результате реакции соль можно применять в лечебных целях. Соль стали называть белой магнезией.

Однако, относительно чистый магний был получен намного позже. Химик Дэви получил металл (как и другие активные металлы) в результате процесса электролиза. Однако, магний, полученный Г. Дэви в результате реакции, еще нельзя было назвать чистым. Чистый магний был получен Бюсси несколько позже - в 1828 году.

Характеристика магния

Физические свойства

Магний имеет белый цвет, а также обладает характерным блеском. Магний достаточно мягок, имеет хорошую пластичность и ковкость. Элемент имеет относительно небольшую температуру плавления - около 650° С. На открытом воздухе магний тускнеет. Это происходит потому, что на поверхности куска металла образуется оксидная пленка. Магний хорошо горит ярким белым пламенем.