Магний (Mg, Magnesium)
История магния
Магний в виде металла был впервые получен Гемфри Дэви в 1808 году. Английский химик проводил процесс электролиза между влажной смесью белой магнезии и оксидом ртути, в результате чего получил сплав ртути с неизвестным металлом (амальгаму). После выгонки ртути Дэви получил новое вещество – порошок металла, который был назван магнием (calorizator). Через два десятилетия, в 1828 году француз А.Бюсси получил чистый металлический магний.
Общая характеристика магния
Магний является элементом главной подгруппы II группы III периода периодической системы химических элементов Д.И. Менделеева, имеет атомный номер 12 и атомную массу 24,305. Принятое обозначение – Mg (от латинского Magnesium).
Нахождение в природе
По количеству содержания в земной коре магний занимает 8-е место среди минеральных веществ, он очень распространён. Природными источниками магния являются морская вода, ископаемые минеральные отложения и рассолы.
Физические и химические свойства
Магний является лёгким и ковким металлом, его цвет – серебристо-белый с явным металлическим блеском. В обычном состоянии покрыт плёнкой оксида магния, которую можно разрушить, нагрев металл до 600-650˚С. Магний сгорает, выделяя ослепительно белое пламя и образуя оксид и нитрид магния.
Суточная потребность в магнии
Суточная потребность в магнии зависит от возраста, пола и физического состояния человека. Для здорового взрослого человека составляет от 400 до 500 мг.
Продукты питания богатые магнием
В продуктах питания содержится различное количество магния, расположим их по мере убывания содержания полезного микроэлемента:
Усвояемость магния
Всасывание органических соединений магния в основном происходит в двенадцатиперстной и толстой кишках, при чрезмерном употреблении кофеина, алкоголя и калия организм теряет значительную часть магния с мочой.
Взаимодействие с другими
Для организма важен баланс между кальцием и магнием, потому что именно эти минералы отвечают за нормальное состояние костной ткани и зубов. В аптечных витаминно-минеральных комплексах количество кальция и магния содержится в оптимальных количествах.
Натрий, магний и фосфор регулируют процессы в нервной системе и отвечают за мышечную активность. Обменные процессы магния в организме происходят с помощью витаминов В6, D, Е и калия.
Признаки нехватки магния
Нехватку магния в организме могут вызвать болезни почек, расстройство желудка, приём мочегонных средств и некоторых контрацептивов, чрезмерное увлечение алкоголем и кофеином. Признаками нехватки магния считают бессонницу, раздражительность, головокружения, нарушения сердцебиения и скачки кровяного давления, частые головные боли, чувство усталости, мерцающие точки перед глазами, судороги, мышечные спазмы, выпадение волос.
Признаки избытка магния
Признаками избытка магния считают:
Полезные свойства магния и его влияние на организм
Магний важен для эффективного функционирования нервов и мышц, важен для превращения сахара крови в энергию. Магний поддерживает здоровое состояние зубов, помогает предупредить отложения кальция, камни в почках и желчном пузыре, приносит облегчение при несварении. Организм человека содержит приблизительно 21 г магния.
Магний нормализует деятельность сердечно-сосудистой и эндокринной систем организма, функции головного мозга, оказывает помощь при выведении токсинов и тяжёлых металлов.
Применение магния в жизни
Соединения магния (сплавы) используются в самолётостроении и автомобильном производстве из-за прочности и лёгкости магниевых сплавов. Магний применяется как химический источник тока, в медицине, военном деле, в фотографии.
МАГНИЙ — огненный металл
Тем, что название «магний» существует в мире химии, мы обязаны учебнику «Основания чистой химии» русского химика Гесса. Много русских химиков зубрили науку по этой книге — она была переиздана семь раз.
Пейте минералку
История открытия нашего героя начинается на английском курорте. Там скучающие химики решили исследовать, чем же их лечат. Из минеральной воды (горькой, но регулирующей пищеварение) выделили соль — горькую или английскую. Опыты продолжили, в результате почти одновременно Фарадей и Бюсси получили магний.
Этот металл серебристо-белого цвета можно добыть из почти любого булыжника под ногами, хотя для промышленного применения этот метод навряд ли пригоден.
Каков он, «вспыльчивый металл»
Наш герой — элемент второй группы периодической системы Менделеева. Латинское название Magnesium, атомный номер 12.
Магний теперь относится к щелочноземельным металлам. Однако раньше он таким не считался — его гидроксид не является щелочью, хотя раствор в присутствии фенолфталеина (индикатор) окрашивается в слабо-розовый цвет. Полноценные щелочи с фенолфталеином окрашиваются в густой малиновый цвет.
У чистого магния плотноупакованная гексагональная кристаллическая структура.
Строение атома указывает на принадлежность к металлам. Электронная формула элемента — 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2. То есть, на внешнем энергетическом уровне у магния болтается пара электронов, в любой момент готовая «свалить налево» — вступить в реакцию с другим элементом. Кое-кто еще помнит, что свойство металлов на внешнем уровне иметь от 1 до 3 электронов.
И чем же наш герой не металл?
Некоторые характеристики магния:
| Свойство металла | Данные |
| Атомная масса | 24,304 г/моль |
| Степени окисления | 0; +2 |
| Плотность | 1,74 г/см3 |
| Температура плавления | 650оС |
| Теплопроводность | (300 K) 156 Вт/(м·К) |
| Температура кипения | 1090 оС |
| Ковалентный радиус | 136 пм |
|---|---|
| Радиус иона | 66 (+2e) пм |
| Электроотрицательность | 1,31 (шкала Полинга) |
| Электродный потенциал | −2,37 В |
| Степени окисления | 0; +2 |
| Энергия ионизации (первый электрон) | 737,3 (7,64) кДж/моль (эВ) |
Химия магниевых реакций
Вспомним школьные годы. Немного химии во время карантина не повредит.
Итак, химические свойства нашего героя:
Как он горит!
Немного найдется металлов, горящих на воздухе, и наш герой — один из них. Подожгите магниевую стружку, и вспыхнет яркий, жгучий огонь. Еще бы не жгучий, его температура более 3000 градусов. Только не зажигайте магний на песке. Металл прореагирует с диоксидом кремния в песке, и будет гореть веселее. Потому затушить «магниевый» пожар песочком не получится.
Горящий магний можно использовать как факел в темноте. Пара грамм магния — и даже в самую черную ночь все будет видно в радиусе 5-7 метров.
Подожгите металл в луже, и увидите мощную вспышку. Здесь образуется гидроксид магния (Mg(OH)2) и водород, который многократно усилит мощность огня.
Кстати, головная боль пожарных — магний нельзя тушить водой. От этого огонь разгорится еще больше. Углекислотный огнетушитель тоже не вариант, ведь наш необыкновенный герой в присутствии углекислого газа хорошо горит, образуя уголь и оксид магния:
2Мg + CO2 = C + 2MgO
Минералы, месторождения
Наш герой настолько активен в химическом отношении (просто-таки «неразборчив в связях»), что его нахождение в природе в чистом виде практически невозможно.
Природные источники магния — минералы:
Даже из морской воды можно добывать огненный металл. Самосадочные озера (вода в них называется рапой), содержат большое количество минеральных солей, в том числе магния.
Крупнейшая российская группа месторождений — Саткинское — (разведано 14 штук) находится в Челябинской области, рядом с городом Сатка. Тут сосредоточены магнезиальные руды высокой чистоты.
Получение чистого металла
Промышленное получение металла возможно двумя способами:
В первом способе необходимы обезвоженные хлориды магния, натрия, калия. Их смешивают в электролитической ванне, в расплаве происходит восстановления магния.
Чистый металл сливают, добавляя в ванну сырье. В черновом металле содержится до 2% примесей. При необходимости еще не остывший магний рафинируют, доводя чистоту почти до идеальной — 99,999%.
Во втором способе в качестве сырья предпочтительно использовать доломит с добавлением кокса. Возможно использование морской воды. Смесь разогревают до 2100 градусов, пары магния отгоняются и конденсируются.
Польза и вред добавок
Чистый магний ковкий, легкий металл. Только есть у металла свойство — подверженность коррозии. Потому чистый металл используют редко, в отличие от его сплавов. Для сплавов магния очень важны добавки алюминия, циркония, цинка.
Алюминий делает сплав прочнее и удобнее для литейных работ.
Количество лигатуры важно для качеств сплава:
Свойства цинка в сплавах подобны алюминиевым:
Если в сплаве есть вредные примеси (никель, железо), то лигатура цинка повысит коррозионную стойкость.
Кремний повысит способность к литью, но в присутствии железа уменьшит устойчивость к ржавчине.
Никель и железо примеси вредные, они делают сплав подверженным ржавчине.
Сплавы магния делят на деформируемые (МА) и литейные (МЛ); последние применяются значительно чаще. В сплав МЦИ добавляют медь, железо, цинк, никель. Эта смесь металлов хороша при вибронагрузках.
Магний в нашей жизни
Металл и его сплавы нашли широкое применение в разных сферах жизни.
Анодом в таких батареях служит магний. В качестве катода применяют:
Огнеупорные материалы необходимы для футеровки металлургических печей, тиглей.
Дешевым и качественным сырьем для этого могут быть минералы магния:
В военном деле магний «освещает темные места». А проще, из него делают светозвуковые и светошумовые боеприпасы (патроны, гранаты, снаряды). До конца не убьет, но оглушит и дезориентирует.
Применяют в антитеррористических операциях, при освобождении заложников, разгоне противозаконных сборищ (при массовых беспорядках).
Зажигательные бомбы, трассирующие пули, ракеты сигнальные и осветительные — везде используется яркое горение металла.
Препараты магния необходимы в медицине. Недостаток макроэлемента губителен для сердечно-сосудистой системы. Ишемическая болезнь, артериальная гипертония, аритмии — каждая из этих болезней усугубляется дефицитом магния.
Недостаток нескольких граммов металла плохо отражается на наших нервах (депрессии, мигрени, головокружения, тревога, раздражительность).
Специалисты фирмы Тойота разработали аккумуляторную батарею (на основе серно-магниевых элементов). Показатели у аккумулятора завидные. Загвоздка в том, что в батарее происходит саморазряд (катод электрохимически восстанавливается, образуются полисульфидные анионы, переходящие в раствор). Пока эта проблема не будет решена, серно-магниевые аккумуляторы специалистам только снятся.
Магний металлический обладает сильными восстановительными свойствами. Его используют для получения бериллия, ванадия, хрома. Металл используют как лигатуру в сталях и чугуне.
Все шире применяют магнийорганические соединения в химическом синтезе галогенопроизводных, спиртов, углеводородов.
Где еще применяют соединения магния
Бесцветные кристаллы фторида магния используют в специальной оптике (вещество прозрачно в диапазонах от ультрафиолетового до инфракрасного.
Стеарат магния — пищевая добавка Е470. Используют в косметической, пищевой промышленности, в фармации.
Магниевые сплавы применяют в изготовлении отбойных молотков, в атомной и нефтяной промышленности.
Стоимость огненного металла
Цена первичного магния (МГ90):
Лом металла и магнийсодержащих элементов будет стоить от 35 до 50 рублей за килограмм.
Мне 42 года и я специалист в области минералогии. Здесь на сайте я делюсь информацией про камни и их свойства — задавайте вопросы и пишите комментарии!
Характеристика металла Магний, свойства, применение и цена
Наука давно дала утвердительный ответ на вопрос о том, магний это металл, или нет. Неоспоримым является и тот факт, что он обладает важным биогенным значением для человека. Этот металл часто встречается в природе, входит в состав различных минералов, геотермальной и морской воды.
История открытия
Магний (Mg) учеными был открыт в результате случайных опытов в 1695 году. Ученые-химики выделили из целебных вод Эпсомского природного источника, который находится в Великобритании, горькую соль. Полученная соль оказывала на человеческий организм воздействие легкого слабительного средства, и долго назначалась в соответствующих целях. Это вещество изначально получило наименование «магнезия».
В 1798 году малоизвестный химик Антон фон Рупрехт сумел выделить из «горькой соли» методом восстановления углем новый элемент, обозначив его как «австрий». Через некоторое время удалось выяснить что «австрий» фактически представляет собой магний с обилием железистых примесей.
Следующая цепочка открытий магния последовала в начале 19 века. В 1808 г. британский химик Гемфри Дэви методом электролиза влажной смеси магнезии и оксида ртути получил агрегацию нового металла, назвав его «магнезиум». Примечательно, что это название до нашего времени принято в некоторых странах.
В 1829 г. химик из Франции А. Бюсси выделил магний путем восстановления расплавленного хлорида металлическим калием. В 1830 г. М. Фарадей сумел добыть магний методом электролиза нагретого до температуры плавления хлорида магния.
Источники магния на планете
Кларк магния входит в список наиболее распространенных в природе элементов. Огромное количество этого природного элемента в виде солей и их отложений находится в озерной и морской воде. Среди минералов по процентному содержанию данного элемента лидируют:
Карналлит является материалом осадочного происхождения, встречается повсеместно на планете. Доломит тоже относится к осадочным породам, и является сырьём для добычи магния.
В природе магниевая руда представляет собой, помимо магнезита и доломита, эвапориты, а также магнезиальные и калийно-магнезиальные карбонаты. К природным источникам кроме того относят воду морей и соленых озер.
В самородном виде магний без примесей не распространен, однако в 1991 году был найден в зоне Восточной Сибири (в древних отложениях реки Чоны), а также в отложения лавы на территории Таджикистана.
Характеристика магния
Твердое вещество Mg входит во вторую группу элементов периодической таблицы Менделеева, имеет атомный номер 12, по-латыни называется Magnesium.
С некоторых пор магний входит в группу щелочноземельных металлов. В чистом виде химический элемент магний обладает плотноупакованной гексагональной кристаллической структурой.
Строение атома объясняет, почему магний металл. Им свойственно иметь на внешнем уровне от 1 до 3 электронов, а конфигурация магния содержит пару свободных электронов.
Принадлежность к металлам подтверждают и некоторые характеристики вещества:
Состав магния включает три природных изотопа, валентность Mg 2. В обычных условиях агрегатное состояние магния — обычное твердое тело. Магний относится к категории активных с химической точки зрения элементов, поскольку быстро поддается окислению. Образовавшаяся на поверхности окись в виде пленки MgO не отличается защитными качествами. С ростом температуры реакция образования пленки ускоряется. Степень окисления колеблется от 0 до +2.
Физические свойства магния
В первую очередь необходимо ответить на вопрос, какого цвета магний — серебристо-белый оттенок с характерным металлам блеском. Как правило, его поверхность покрыта оксидной пленкой, защищающей материал от дальнейшего окисления. Пленка не устойчива, при нагреве до 600 градусов она пропадает, а сам магний горит цветом яркого белого факела. Следует знать, что температура огня при сжигании стружки магния достигает 3 тысяч градусов, (тогда как температура плавления магния составляет 650 градусов).
Не рекомендуется поджигать магний в песке. Начнет реакция металла с диоксидом кремния, которая усилит процесс горения. По этой причине потушить горящий магний речным песочком не получится.
При горении металл дает достаточно много тепла и света. Всего один-два грамма материла достаточно, чтобы осветить участок радиусом до 7 метров в кромешной тьме.
К особенностям этого удивительного металла относят и тот факт, что горение его нельзя потушить при помощи воды. Горение усилится в результате реакции образования гидроксида натрия Mg(OH)2 и водорода. В дополнение темы необходимо упомянуть и о бесполезности огнетушителя с углекислотой при тушении. Углекислый газ усилит горение, в результате произойдет образование оксида магния и угля. Эффективны при тушении порошковые огнетушители.
Высока скорость воспламенения магния, при попытке поджечь металл вручную ожога избежать не удастся.
На горящий магний необходимо смотреть сквозь защитные очки, иначе слишком яркий свет может вызвать ожог сетчатки глаза. Магний представляет собой легкий и пластичный металл с отличной теплопроводностью. Он хорошо поддается механической обработке (резанию, прессованию, прокатке). Небольшой удельный вес материала объясняется его малой плотностью.
Учитывая температуру воспламенения магния, имеются определенные сложности при плавлении и розливе как чистого металла, так и его сплавов. Требуется четкое соблюдение технологии выполнения работ и требований техники безопасности, поскольку магниевая пыль и мелкая стружка способны загореться самостоятельно при температуре ниже 600 градусов (фактически, стружку магния можно поджечь обычной бытовой спичкой). К примеру, магниевые отливки перед отправкой на термообработку тщательно очищают от заусенцев, стружки и мельчайшей пыли.
Важно знать, что физические свойства магния заметно отличаются в условиях высоких и низких температур. Плотность материала снижается при нагревании до 600 градусов на 6%, а в расплавленном виде составляет всего 1,58 г/см3. Ряд физических характеристик изменяются при нагреве вполне предсказуемо, но некоторые результаты экспериментов еще требуют научного объяснения.
В дополнение описания удивительного металла необходимо отметить, что стружка серебристо-белого металла нередко имеет черный цвет. По этой причине при определении металла необходимо применить спектральный анализ или провести несложную химическую реакцию.
Химические свойства магния
В перечень химических свойств необходимо включить характерную реакцию магния на обработку его паром. При температуре водного пара выше 400 градусов металл растворяется с активным выделением водорода. На обработку теплой водой металл при этом не реагирует. Примечательно, что при плавлении магния в условиях высокой влажности водород исчезает по мере застывания металла.
Определить магний путем химической реакции несложно. Несмотря на то, что металл не растворяется в воде, раствор фенолфталеина в его присутствии сразу придает воде розовый оттенок. Магний устойчив к воздействию на него:
Удивительную способность этого материала притягивать хлор и кислород применяют при восстановлении брома и титана. Кислоты растворяют магний, реакция всегда сопровождается активным выделением кислорода, а порошок этого металла реагирует на воздействие сухими окислителями характерным взрывом.
Для определения типа металла несложно применить взаимодействие магния с кислотами. Известна разная химическая активность металла при контакте с:
При помещении кусочка металла в азотную кислоту он остается на поверхности в окружении пузырьков бурого газа. В соляной кислоте происходит моментальное растворение с выделением тепла, запаха хлора и пузырьков белого газа.
При погружении в водный раствор серной кислоты кусок магния не тонет, а слабая реакция сопровождается выделением белого газа. В неразбавленной серной кислоте процесс взаимодействия идет очень медленно, и не сопровождается явными признаками.
Уникальная формула металлического магния делает его стойким к воздействию галогенов и их различных соединений. Металл никак не реагирует на йод, фтор, сухой хлор, плавиковую кислоту или бром.
Характерные металлические свойства магния прежде активно использовали фотографы для получения вспышки. Металл в виде порошка наносили на специально предназначенную для этого ленту, и в нужный момент поджигали, получая достаточное для съемки освещение.
Получение магния
В промышленности практикуют две технологии получения этого металла:
Первый вариант требует смешивания в электролитической ванне обезвоженных хлоридов натрия, магния и калия. При расплаве магний восстанавливается. Полученный металл сливают, ванну наполняют снова сырьевой смесью. На выходе магний имеет в своем составе около 2% примеси. При необходимости его несложно дополнительно очистить, добившись почти идеального показателя. Очищают магний сразу, пока он не остыл.
Получение магния вторым методом предполагает использование в качестве исходного материала доломита или соленой (озерной либо морской) воды. Доломит потребуется перемешать с коксом, разогреть до рабочей температуры не менее 2100 градусов. В технологической установке предусмотрено отведение и конденсация магниевых паров.
Применение добавок
Магний в чистом виде легко поддается механической обработке, но крайне неустойчив к коррозии. Именно по этой причине почти не практикуется использование магния в чистом виде. В состав сплавов чаще всего включают:
Пластичность магния возрастает при добавлении 3% алюминия или цинка. При увеличении пропорции добавок сплав приобретает повышенную прочность, не теряя при этом способность к механической обработке.
Добавка кремния заметно улучшает пригодность сплава к изготовлению отливок. Железо и никель снижают устойчивость материала к коррозии. Разнообразные магниевые сплавы делят на:
В современном промышленном производстве литейные более востребованы. Кроме того, для изготовления некоторых деталей применяют сплав магния с цинком, никелем, медью и железом, поскольку этот материал особенно устойчив к вибрационным нагрузкам.
Где используется магний
Металл с необычными свойствами, как и его разнообразные сплавы, нашли широкое применение в жизни современного человека. Говоря о том, где применяется металл магний, необходимо вспомнить в первую очередь его легкий вес.
Применение магния в быту в первую очередь распространяется на детали и корпуса к цифровой технике (фотокамерам, ноутбукам). Именно благодаря этому уникальному металлу современные устройства обладают малым весом.
Большая часть промышленной добычи сырья направлена на применение магния в промышленности. Металл используется в виде различных конструкционных сплавов в:
Сплавы обладают отличной теплопроводностью, прочность и устойчивостью к вибрационным нагрузкам. Они немагнитные, имеют малый собственный вес. Магниевые сплавы активно используют при производстве резервуаров для хранения нефти и продуктов ее перегонки, деталей для атомных установок, технологических насосов, отбойных молотков, ж/д вагонов, трубопроводов.
В советское время изделия из магния можно было найти в автомобиле «Запорожец» и не менее известной всем бензопиле «Дружба» (картер двигателя).
На различных производствах металл в чистом виде применяют для получения чистого алюминия, восстановления редких металлов, повышения технических свойств чугуна и стали.
Металл в виде порошка востребован и в оборонной промышленности благодаря своим уникальным свойствам. Его используют при изготовлении осветительных ракет, трассирующих пуль, свето-шумовых гранат. Кроме того, порошок магния входит в состав горючей смеси для ракет.
В химическом производстве порошок этого металла применяют для удаления влаги из различных веществ органического происхождения (анилина или спирта, к примеру).
Магниево-серные аккумуляторы необходимо отнести к инновационным разработкам, но и на этапе испытаний уже понятно, что они превосходят привычные всем ионно-литиевые по степени емкости. В чистом виде этот металл давно входит в состав различных полупроводников.
Окись металла используют в качестве компонента при производстве резины, некоторых видов огнеупорного кирпича, тиглей, печей на металлургических предприятиях, средств теплоизоляции, химической обработки тканей. Кроме того, магний присутствует в составе лекарственных препаратов и многих косметических средств.
