Mg - Магній

МАГНИЙ (лат. Magnesium), Mg (читається «магній»), хімічний елемент II А групи третього періоду періодичної системи Менделєєва, атомний номер 12, атомна маса 24,305. Природний магній складається з трьох стабільних нуклідів: 24Mg (78,60% по масі), 25Mg (10,11%) і 26Mg (11,29%). Електронна конфігурація нейтрального атома 1s22s2p63s2, згідно з якою магній в стабільних з'єднаннях двухвалентен (ступінь окислення +2). Проста речовина магній - легкий, сріблясто-білий блискучий метал.

Магній відноситься до лужноземельних металів

Фізичні та хімічні властивості: металевий магній володіє гексагональної кристалічною решіткою. Температура плавлення 650 ° C, температура кипіння 1105 ° C, щільність 1,74 г / см3 (магній - дуже легкий метал, легше тільки кальцій і лужні метали ). Стандартний електродний потенціал магнію Mg / Mg2 + дорівнює -2,37В. В ряду стандартних потенціалів він розташований за натрієм перед алюмінієм.

Поверхня магнію покрита щільною плівкою оксиду MgO, при звичайних умовах надійно захищає метал від подальшого руйнування. Тільки при нагріванні металу до температури вище приблизно 600 ° C він загоряється на повітрі. Горить магній з випусканням яскравого світла, по спектрального складу близького до сонячного. Тому раніше фотографи при недостатньому освітленні проводили зйомку в світлі палаючої стрічки магнію. При горінні магнію на повітрі утворюється пухкий білий порошок оксиду магнію MgO:

2Mg + O2 = 2MgO.

Одночасно з оксидом утворюється і нітрид магнію Mg3N2:

3Mg + N2 = Mg3N2.

C холодною водою магній не реагує (або, точніше, реагує, але вкрай повільно), а з гарячою водою він вступає у взаємодію, причому утворюється пухкий білий осад гідроксиду магнію Mg (OH) 2:

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

Якщо стрічку магнію підпалити і опустити в склянку з водою, то горіння металу триває. При цьому виділяється при взаємодії магнію з водою водень негайно загоряється на повітрі. Горіння магнію триває і в атмосфері вуглекислого газу:

2Mg + CO2 = 2MgO + C.

Здатність магнію горіти як в воді, так і в атмосфері вуглекислого газу істотно ускладнює гасіння пожеж, при яких горять конструкції з магнію або його сплавів.

Оксид магнію MgO є білий пухкий порошок, що не реагує з водою. Раніше його називали паленою магнезією або просто магнезією. Цей оксид має основні властивості, він реагує з різними кислотами, наприклад:

MgO + 2HNO3 = Mg (NO3) 2 + H2O.

Відповідає цому оксиду підставу Mg (OH) 2 - середньої сили, але в воді практично нерозчинні. Його можна отримати, наприклад, додаючи луг до розчину якої-небудь солі магнію:

2NaOH + MgSO4 = Mg (OH) 2 + Na2SO4.

Так як оксид магнію MgO при взаємодії з водою лугів не утворює, а підстава магнію Mg (OH) 2 лужними властивостями не володіє, магній, на відміну від своїх «співгрупниками» - кальцію, стронцію і барію, не відноситься до числа лужноземельних металів.

Металевий магній при кімнатній температурі реагує з галогенами, наприклад, з бромом:

Mg + Br2 = MgBr2.

При нагріванні магній вступає у взаємодію із сіркою, даючи сульфід магнію:

Mg + S = MgS.

Якщо в інертному атмосфері прожарювати суміш магнію і коксу, то утворюється карбід магнію складу Mg2C3 (слід зазначити, що найближчий сусід магнію по групі - кальцій - в аналогічних умовах утворює карбід складу СаС2). При розкладанні карбіду магнію водою утворюється гомолог ацетилену - пропін С3Н4:

Mg2C3 + 4Н2О = 2Mg (OH) 2 + С3Н4.

Тому Mg2C3 можна назвати пропіленідом магнію.

У поведінці магнію є риси подібності з поведінкою лужного металу літію (приклад діагонального подібності елементів у таблиці Менделєєва). Так, магній, як і літій, реагує з азотом (реакція магнію з азотом протікає при нагріванні), в результаті утворюється нітрид магнію:

3Mg + N2 = Mg3N2.

Як і нітрид літію, нітрид магнію легко розкладається водою:

Mg3N2 + 6Н2О = 3Mg (ОН) 2 + 2NН3.

Схожість з літієм проявляється у магнію і в тому, що його карбонат MgCO3 і фосфат Mg3 (PO4) 2 в воді погано розчинні, як і відповідні солі літію.

З кальцієм магній зближує те, що присутність у воді розчинних гідрокарбонатів цих елементів обумовлює жорсткість води. Як і в разі гідрокарбонату кальцію, жорсткість, викликана гідрокарбонатом магнію Mg (HCO3) 2, - тимчасова. При кип'ятінні гідрокарбонат магнію Mg (HCO3) 2 розкладається і в осад випадає його основний карбонат - гідроксокарбонат магнію (MgOH) 2CO3:

2Mg (HCO3) 2 = (MgOH) 2CO3 + 3CO2 + Н2О.

Практичне застосування до сих пір має перхлорат магнію Mg (ClO4) 2, енергійно взаємодіє з парами води, добре осушуючий повітря або інший газ, що проходить через його шар. При цьому утворюється міцний кристаллогидрат Mg (ClO4) 2 · 6Н2О. Ця речовина можна знову збезводнити, нагріваючи в вакуумі при температурі близько 300 ° C. За властивості осушувача перхлорат магнію отримав назву «ангідрон».

Велике значення в органічній хімії мають магнійорганіческіе сполуки, що містять зв'язок Mg-C. Особливо важливу роль серед них відіграє так званий реактив Гриньяра - сполуки магнію загальної формули RMgHal, де R - органічний радикал, а Hal = Cl, Br або I. Ці сполуки утворюються в ефірних розчинах при взаємодії магнію та відповідного органічного галоида RHal і використовуються для самих різноманітних синтезів.

Історія відкриття: сполуки магнію були відомі людині з давніх-давен. Латинська назва елемента походить від назви стародавнього міста Магнезія в Малій Азії, в околицях якого є поклади мінералу магнезиту. Металевий магній вперше отримав в 1808 році англійський хімік Г. Деві. Як і в разі інших активних металів - натрію, калію, кальцію, для отримання металевого магнію Деві використовував електроліз. Електролізу він піддавав зволожену суміш білої магнезії (до її складу, судячи з усього, входили оксид магнію MgO і гідроксид магнію Mg (OH) 2) та оксиду ртуті HgO. В результаті Деві отримав амальгаму - сплав нового металу з ртуттю. Після відгону ртуті залишився порошок нового металу, який Деві назвав магнієм.

Магній Деві був досить брудним, чистий металевий магній отриманий вперше в 1828 французьким хіміком А. Бюссі.

Знаходження в природі: магній - один з десяти найбільш поширених елементів земної кори (8-е місце). У ній міститься 2,35% магнію по масі. Через високу хімічної активності у вільному вигляді магній не зустрічається, а входить до складу безлічі мінералів - силікатів, алюмосилікатів, карбонатів, хлоридів, сульфатів і ін. Так, магній містять широко поширені силікати олівін (Mg, Fe) 2 [SiO4] і зміїний Mg6 (OH) 8 [Si4O10]. Важливе практичне значення мають такі магнийсодержащие мінерали, як азбест, магнезит, доломіт MgCO3 · CaCO3, бішофіт MgCl2 · 6H2O, карналлит KCl · MgCl2 · 6H2O, епсоміт MgSO4 · 7H2O, каїніт KCl · MgSO4 · 3H2O, астраханіт Na2SO4 · MgSO4 · 4H2O і ін . Магній міститься в морській воді (4% Mg в сухому залишку), в природних розсолах, в багатьох підземних водах.

звичайний промисловий метод отримання металевого магнію - це електроліз розплаву суміші безводних хлоридів магнію MgCl2, натрію NaCl і калію KCl. У цьому розплаві електрохімічного відновлення піддається хлорид магнію:

MgCl2 (електроліз) = Mg + Cl2.

Розплавлений метал періодично відбирають з електролізної ванни, а в неї додають нові порції магнійсодержащіе сировини. Так як отриманий таким способом магній містить порівняно багато - близько 0,1% домішок, при необхідності «сирий» магній піддають додатковому очищенню. З цією метою використовують електролітичне рафінування, переплавку в вакуумі з використанням спеціальних добавок - флюсів, які «забирають» домішки від магнію, або перегонку (сублімацію) металу у вакуумі. Чистота рафінованої магнію досягає 99,999% і вище.

Розроблено й інший спосіб отримання магнію - термічний. У цьому випадку для відновлення оксиду магнію при високій температурі використовують кокс:

MgO + C = Mg + CO

або кремній. Застосування кремнію дозволяє отримувати магній з такої сировини, як доломіт CaCO3 · MgCO3, не проводячи попереднього поділу магнію і кальцію. За участю доломіту протікають реакції:

CaCO3 · MgCO3 = CaO + MgO + 2CO2,

2MgO + 2CaO + Si = Ca2SiO4 + 2Mg.

Перевага термічного способу полягає в тому, що він дозволяє отримувати магній більш високої чистоти. Для отримання магнію використовують не тільки мінеральну сировину, а й морську воду.

Застосування: основна частина видобутого магнію використовується для отримання різних легких магнієвих сплавів. До складу цих сплавів, крім магнію, входять, як правило, алюміній, цинк, цирконій. Такі сплави досить міцні і знаходять застосування в літакобудуванні, приладобудуванні і для інших цілей.

Висока хімічна активність металевого магнію дозволяє використовувати його при магніетерміческого отриманні таких металів, як титан, цирконій, ванадій, уран і ін. При цьому магній реагує з оксидом або фторидом одержуваного металу, наприклад:

2Mg + TiO2 = 2MgO + Ti.

2Mg + UF4 = 2MgF2 + U.

Широке застосування знаходять багато сполук магнію, особливо його оксид, карбонат і сульфат.

Біологічна роль: магній - біогенний елемент , Постійно присутній в тканинах всіх організмів. Він входить до складу молекули зеленого пігменту рослин - хлорофілу, бере участь в мінеральному обміні, активує ферментні процеси в організмі, підвищує посухостійкість рослин. За участю іонів Mg + здійснюється біолюмінесценція і ряд інших біологічних процесів. Широке практичне застосування знаходять магнієві добрива - доломітове борошно, палена магнезія та ін.

В організм тварин і людини магній надходить з їжею. Добова потреба людини в магнії - 0,3-0,5 г. В організмі середньої людини (маса тіла 70 кг) міститься близько 19 г магнію. Порушення обміну магнію призводять до різних захворювань. У медицині застосовують препарати магнію - його сульфат, карбонат, палену магнезію.

А чи знаєте Ви, що ...