№12 Магний

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. Металлический магний впервые получил в 1808 английский химик Г. Дэви. Магний, полученный Дэви, был довольно грязным, чистый металлический магний получен впервые в 1828 французским химиком А. Бюсси.

Нахождение в природе, получение:

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 (Mg,Fe)₂[SiO₄] и серпентин Mg₆(OH)₈[Si₄O₁₀].
Важное практическое значение имеют такие магнийсодержащие минералы, как асбест, магнезит, доломит MgCO₃•CaCO₃, бишофит MgCl₂•6H₂O, карналлит KCl•MgCl₂•6H₂O, эпсомит MgSO₄•7H₂O, каинит KCl•MgSO₄•3H₂O, астраханит Na₂SO₄•MgSO₄•4H₂O и др.
Магний содержится в морской воде (4% Mg в сухом остатке), в природных рассолах, во многих подземных водах.
Обычный промышленный метод получения металлического магния - это электролиз расплава смеси безводных хлоридов магния MgCl₂, натрия NaCl и калия KCl. В этом расплаве электрохимическому восстановлению подвергается хлорид магния.
Другой способ получения магния - термический. В этом случае для восстановления оксида магния при высокой температуре используют кокс или кремний. Применение кремния позволяет получать магний из такого сырья, как доломит CaCO₃·MgCO₃, не проводя предварительного разделения магния и кальция. С участием доломита протекают реакции:
CaCO₃·MgCO₃ = CaO + MgO + 2CO₂, 2MgO + 2CaO + Si = Ca₂SiO₄ + 2Mg.
Для получения магния используют не только минеральное сырье, но и морскую воду. Чистота рафинированного магния достигает 99,999% и выше.

Физические свойства:

Магний - серебристо-белый блестящий металл, сравнительно мягкий и пластичный, хороший проводник тепла и электричества. Плотность магния ??? г/см³, он почти в 5 раз легче меди, в 4,5 раза легче железа; даже алюминий в 1,5 раза тяжелее магния. Температура плавления ???°C, температура кипения ???°C.

Химические свойства:

Отношение к воздуху и кислороду при обычных условиях: ...
При нагревании: ...
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.
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 HNO₃). Не взаимодействует с растворами щелочей.

Важнейшие соединения:

Оксид магния, MgO: ???.
При хранении на воздухе оксид магния постепенно поглощает влагу и CO₂, переходя в Mg(OH)₂ и в MgCO₃
Пероксид магния, MgO₂: получен взаимодействием свежеосажденной Mg(OH)₂ с 30%-ной H₂O₂. Бесцветное микрокристаллическое вещество, малорастворимое в воде и постепенно разлагающееся при хранении на воздухе.
Гидроксид магния, Mg(OH)₂: белый, очень малорастворим в воде. Помимо кислот, он растворим в растворах солей аммония (что важно для аналитической химии). Встречается в природе (минерал брусит).
Соли магния. Большинство солей магния хорошо растворимо в воде. Растворы содержат бесцветные ионы Mg²⁺, которые сообщают жидкости горький вкус. Заметно гидролизуются водой только при нагревании раствора.
Большинство солей выделяется из растворов в виде кристаллогидратов (напр. MgCl₂*6H₂O, MgSO₄*7H₂O). MgSO₄*7H₂O в природе образует минерал "горькая соль".
При нагревании кристаллогидратов галоидных солей образуются труднорастворимые в воде основные соли.
К малорастворимым солям магния относится MgF₂ (растворимость 0,08г/л), карбонат магния. Последний может быть получен реакцией обмена только при одновременном присутствии в растворе большого избытка CO₂, в противном случае осаждаются основные соли. Примером такой соли может служить "белая магнезия" - основная соль приблизительного состава 3MgCO₃*Mg(OH)₂*3H₂O

Применение:

Основная часть добываемого магния используется для получения различных легких 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.
Для защиты от коррозии водонагревателей и отопительных котлов находят применение магниевые аноды, представляющие из себя стальные стержни с нанесенным на них слоем магниевого сплава. В этом случае разрушается сам анод, а не стенки водонагревателя (протекторная защита).
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 + TiO₂ = 2MgO + Ti   или   2Mg + UF₄ = 2MgF₂ + U.
Широкое применение находят многие соединения магния, особенно его оксид, карбонат и сульфат. Так, горькая соль применяется в текстильной и бумажной промышленности, а также в медицине.

В человеческом организме количество магния составляет всего несколько десятых или сотых долей процента, однако он играет немаловажную роль в процессах жизнедеятельности. Магний усиливает процессы обмена углеводов в мышцах, регулирует обмен кальция; поэтому из-за недостатка магния развивается остеопороз и воспалительно-дистрофические заболевания опорно-двигательного аппарата.
Недостаточное количество магния в крови - признак переутомления или стрессового состояния. Доказано, что недостаток магния в организме способствует заболеванию инфарктом миокарда. В организм поступает с пищей, но при этом усваивается менее 40% магния, так как его соединения плохо всасываются кишечником.

Основным производителем этого металла в мире является Китай, который «монополизировал» мировой рынок. В 2007 году производство китайского магния достигло 260 тысяч тонн. В России производство сосредоточено в Пермском крае (25 тыс.т/год). В 2004 году создано ОАО «Русский магний» для строительства завода по производству магния в Асбесте (Свердловская область), но в настоящее время проект заморожен.

Алиуллов Андрей
ХФ ТюмГУ, 581 группа, 2011 г.