Магній

МОСКОВСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ УНІВЕРСИТЕТ ЇМ. М. В. ЛОМОНОСОВА.

БІОЛОГІЧНИЙ ФАКУЛЬТЕТ.

Магний Автор: студент групи 104 Георгій Олександрович Базыкин.

Москва, 17 грудня 1996 р. Магній — одне із найбільш поширених у земної корі елементів, він займає VI місці після кисню, кремнію, алюмінію, заліза і кальцію. У літосфері (по А.П.Виноградову) зміст магнію становить 2,1%. У природі магній трапляється тільки як сполук. Він входить до складу багатьох мінералів: карбонатів, силікатів та інших. До найважливіших з цих мінералів ставляться, зокрема, вуглекислі карбонатні породи, що утворюють величезні масиви суші і навіть цілі гірські хребти — магнезит MgCO3 і доломіт MgCO3(CaCO3. Під верствами різних наносних порід що з покладами кам’яною солі відомі колосальні поклади чи іншого легкорозчинного магнийсодержащего мінералу — карналлита MgCl2(KCl (6H2O (в Соликамске, наприклад, пласти карналлита досягають потужності до 100 м). З іншого боку, у багатьох мінералах магній тісно пов’язані з кремнеземом, створюючи, наприклад, оливин [(Mg, Fe)2SiO4] і рідше зустрічається форстерит (Mg2SiO4). Інші магнийсодержащие мінерали — це бруцит Mg (OH)2, кизерит MgSO4, эпсонит MgSO4(7H2O, каїніт MgSO4(KCl (3H2O. На Землі магній легко утворює водні силікати (тальк, азбест та інших.), прикладом яких може служити зміїний 3MgO (2SiO2(2H2O. З відомих науці 1500 мінералів близько 200 (більш 13%) містять магній. Проте природні сполуки магнію широко зустрічаються й у розчиненому вигляді. Крім різних мінералів і гірничих порід, 0,13% магнію як MgCl2 постійно зберігають у водах океану (його запаси тут невичерпні - близько 6(1016 т) й у солоних озерах і джерелах. У рослинних і тварин організмах магній міститься у кількостях порядку сотої частки відсотка, а склад хлорофілу входить до 2% Mg. Загальне зміст цього елемента у живу речовину Землі оцінюється величиною порядку 1011 тонн. Коли магнію припиняється зростання та розвитку рослин. Накопичується він переважно у насінні. Запровадження магнієвих сполук, у грунт помітно підвищує врожайність деяких культурних рослин (наприклад, свеклы).

Металевий магній уперше отримано у 1828 р. А. Бюсси. Основний спосіб отримання магнію — електроліз розплавленого карналлита чи MgCl2. Металевий магній має важливого значення для народного господарства. Він використовується під час виготовлення надлегких сплавів для авіаційної, і ракетної техніки, як легуючий компонент в алюмінієвих сплавах, як восстановитель при магниетермическом отриманні металів (титану, цирконію і т.п.), у виробництві високоміцного «магнієвого» чавуну зі включеним графітом. Інші сполуки магнію — окис, карбонат, сульфат тощо. — вкрай необхідні під час виготовлення вогнетривких матеріалів, цементів і інших будівельних материалов.

Магній кристалізується в гексагональную плотноупакованную грати, на кожної осередку якої - по 6 атомів, їх 3 — в вершинах в центрі базисних граней, а 3 — в центрах трьох тригональных призм. Зайняті і вільні призми чередуются.

Фізичні і хімічні свойства.

Магній — сріблисто-білий блискучий метал, порівняно м’який і пластичний, хороший провідник тепла і електрики. На повітрі він покривається тонкої оксидной плівкою, придающей йому матовий колір. Кристалічна решітка магнію належить до гексагональної системе.

|Атомный радіус, (|1,6 | |Радіус іона Mg2+, (|0,74 | |Енергія іонізації, ев, для Mg0 (Mg+ |7,64 | | для Mg+ (Mg2+ |15,03 | |Щільність (20 oC), г/см3 |1,739 | |Температура плавлення., oC |651 | |Температура кипіння, oC |1107 | |Теплота плавлення, кал/г-атом |2100 | |Теплота випаровування, кал/г-атом |31 000 | |Теплота сублімації (при 25 oC), кал/г-атом |35 000 | |Питома теплоємність (20 oC), кал/г-град |0,248 | |Теплопровідність (20 oC), кал/см (сек. град |0,37 | |Питома електричне опір, Ом (см |4,5(10−6 | |Поперечне перетин захоплення теплових електронів, барн |0,059 | |Електропровідність (Hg=1) |22 |.

У природі магній зустрічають у вигляді трьох стабільних ізотопів: 24Mg (78,60%), 25Mg (10,11%) і 26Mg (11,29%). Штучно отримано ізотопи з масами 23, 27 і 28.

У періодичної системі елементів магній міститься у головною підгрупі II групи; його порядковий номер — 12, атомний вагу 24,312. Електронна конфігурація невозбужденного атома — 1s22s2p63s2; валентные електрони зовнішнього шару визначають валентність +2 пояснює типовий характер відбудовних реакцій, у яких вступає магній. Будова зовнішніх електронних оболонок атома Mg (3s2) відповідає його нульвалентному стану. Порушення до звичайного двухвалентного (3s3p) вимагає витрати 62 ккал/г-атом.

На зовнішньому електронному рівні атома містяться лише 2 електрона, які легко віддаються для освіти стабільної 8-электронной конфігурації, у результаті утворюються двухвалентные позитивно заряджені іони магнію. Тому хімічно магній дуже активний, надворі окислюється, але що настає у своїй лежить на поверхні окисная плівка почасти перешкоджає подальшому окислению.

Магній поруч із бериллием, кальцієм, стронцієм, барієм і радієм належить до групи щелочноземельных металів. Усі вони теж мають білосріблястий колір (виняток становить барій — він ясно-сірий), усі вони м’які і легкі за (крім радію — він важкий і радіоактивний). Щелочноземельные метали погано проводять електричний струм; майже всі вони нестійкі надворі, активні, легко розчиняються в розбавлених кислотах, при нагріванні енергійно реагують з киснем, воднем, азотом, вуглецем, галогенами, сірої, фосфором та інших.; їх використовують в ролі відновлювачів в промисловому багатьох речовин. Але як конструкционный матеріал із усієї групи широко вживається лише магний.

Пари магнію містять молекули Mg2, енергія дисоціації яких становить 7 ккал/моль.

Стисливість Mg мала, під тиском в 100 тис. ат його обсяг зменшується до 0,85 исходного.

Аллотропические модифікації магнію неизвестны.

На магній не надають помітного дії дистильована вода, фтористоводородная кислота будь-який концентрації, водні розчини фтористих солей, сірка (рідка та газу), сірчанокислий алюміній, сірковуглець, розчини ядучих лугів, вуглекисла луг, сухі вуглеводні, органічні галогенпроизводные, які містять спирту і H2O, безводна C2H5OH, етиловий і оцтовий ефіри, жири й олії, які містять кислот, ароматні з'єднання заліза і мінеральні масла.

Руйнівно діють на магній морська і мінеральну воду, водні розчини HCl, H2SO4, HNO3, H3PO4, кремнефтористоводородные кислоти, водні розчини галоидных солей, сірчистих сполук, NH3, його водні розчини, NxOy, розчини двууглекислой соди, органічні кислоти, водні і спиртові розчини хлорметила і хлорэтила, метиловий спирт, гликоли і гликолевые суміші, багато альдегиды.

При кімнатної температурі надворі компактний магній хімічно стійкий. На поверхні утворюється оксидная плівка, предохраняющая метал від окислення. При нагріванні хімічна активність магнію підвищується. Вважається, що верхній температурний межа стійкості магнію в кисні лежать у інтервалі 350−400 oC.

На повітрі магній воспламеняется за нормальної температури 600−650 oC, у своїй утворюється MgO, частково Mg3N2; при 400−500 oC у атмосфері H2 під тиском утворюється гідрид MgH2. Реакції супроводжуються великим виділенням тепла (щоб нагріти склянку крижаної води до кипіння, досить 4 р магнію) і потужним випромінюванням ультрафиолета.

При нагріванні магній взаємодіє зі галогенами із заснуванням галогенидов; при 500−600 oC при взаємодії із сірою утворюється MgS; при вищої температурі можливо освіту карбідів MgC2 і Mg2C3, силіцидів MgSi і Mg3Si2, фосфида Mg3P2.

Нормальний електродний потенціал магнію у кислому середовищі составляет.

— 2,37 в, в лужної -2,69 в. Магній — сильний восстановитель, може витіснити більшість металів з їхньої солей, H2 із води і кислот.

Холодна вода на магній майже діє, із гарячою водою він повільно взаємодіє зі виділенням водню. У розбавлених кислотах магній розчиняється навіть у холоду. У HF магній не розчиняється, оскільки лежить на поверхні утворюється плівка з важко розчинної у питній воді MgF2; в концентрованої H2SO4 майже растворяется.

Нормальний потенціал магнію дорівнює -2,37 в (у кислому середовищі) і -2,69 в (в лужної среде).Поэтому обидва металу мала б розкладати воду. Проте за звичайній температурі таке розкладання мало відбувається. Ускладнення зумовлені малої розчинність оксиду магнію, утворить захисний шар по поверхні металла.

З водним розчином аміаку магній майже реагує, зате розчинний при дії нею розчинів солей амонію. Реакція у тому випадку йдеться за схемою 2NH4++Mg=Mg2++H2+2NH3.

Розчини лугів на магній не действуют.

Сполуки магния.

Поляризующая здатність іона Mg2+ невисока, а, по величині коефіцієнта поляризації, який кількісно характеризує деформируемость іона, магній поступається більшості металлов.

Тому комплексні сполуки магнію малоустойчивы й утворяться зазвичай лише у лужної среде.

Нижче подані теплоти освіти деяких сполук магнію і берилію, розраховані в Ккал на грамм-эквивалент металла:

| |F |Cl |Br |I |O |P.S |N | |Mg |134 |77 |62 |43 |72 |42 |19 | |Be |134 |77 |62 |43 |72 |42 |19 | |Ставлення Mg/Be |0,90 |0,73 |0,65 |0,47 |1,00 |0,47 |1,21 |.

З даних видно, що теплоти освіти аналогічних похідних берилію і магнію близькі при порівняно малих обсягах металлоидных атомів (F, O, N) і дуже розходяться на великих (Cl, Br, I, P. S). Оскільки сам атом магнію значно більше атома берилію, це свідчить про значної ролі об'ємних співвідношень при освіті аналізованих соединений.

Ядерні відстані в кристалах MgO (т. пл. 2850оС) рівні 1,64 (, а й у їх індивідуальних молекул (в парах) — 1,75 (. Пари MgO сильно диссоциированы на елементи. MgO розчинна у питній воді важче, чим сильніший у неї попередньо прожарена. Таке зниження реакційної здібності зумовлено у разі укрупненням кристалів. При зберіганні надворі магнезія поступово поглинає вологу і CO2, переходячи у Mg (OH)2 й у MgCO3. Окис магнію зрідка є у природі (мінерал периклаз). Одержуваний прокаливанием природного магнезита MgO є вихідним продуктом виготовлення різних вогнетривких виробів і штучних будівельних матеріалів («ксилолит» та інших.) Кашка з замішаної на очищеному бензині окису магнію можна використовувати зі зняттям з папери жирових і масляних плям: нею змазують пляма і 26 дають бензину випаруватися, після чого видаляють сорбировавшую жир окис магния.

У основі ксилолита лежить магнезиальный цемент, отримуваний змішуванням попередньо прокаленной при 800оС окису магнію з 30%-ным водним розчином MgCl2 (на виборах 4 вагу. год. MgO береться 1 вагу. год. безводного MgCl2). У результаті освіти більш-менш довгих ланцюгів типу -Mg-O-Mg-O-Mg- (з гидроксилами чи атомами хлору на кінцях) суміш кілька годин дає білу, дуже міцну і легко полирующуюся масу. При виготовленні ксилолита до початкової суміші домішують тирсу тощо. Крім ксилолита, використовуваного головним чином заради покриття підлог, з урахуванням магнезиального цементу часто готують жорна, точильні камені та т.д.

Білий амфотерный гидроксид магнію дуже малорастворим у питній воді. Розчинена частина Mg (OH)2 диссоциирована на кшталт основи, а є електролітом слабку силу. Осадження Mg (OH)2 у процесі нейтралізації кислого розчину настає при pH=10,5. Гидроксид магнію є у природі (мінерал брусит). Крім кислот, він розчинний в розчинах солей амонію (це важливо для аналітичної хімії). Розчинення, наприклад, в NH4Cl протікає за схемою Mg (OH)2+2NH4Cl (MgCl2+2NH4OH й зумовлено освітою порівняно малодиссоциированного гидроксида аммония.

Для магнію відома аналогічна гидроксиду этоксидная похідна Mg (OC2H5)2. Вона може бути отримана взаємодією амальгами магнію зі спиртом і становить білий порошок, розчинну в спирті і разлагаемый водой.

Взаємодією свежеосажденной Mg (OH)2 з 30%-ной H2O2 отримали перекис магнію MgO2. Це безкольорове микрокристаллическое речовина, малорастворимое у воді й поступово разлагающееся при зберіганні на воздухе.

Більшість солей магнію добре розчинно у питній воді. Розчини містять безколірні іони Mg2+, які повідомляють рідини гіркий смак. Солі Mg гидролизуются водою тільки при нагріванні раствора.

Майже всі галоидные солі магнію розпливаються надворі і легкорастворимы у питній воді. Винятком є MgF2, розчинність якого дуже мала (0,08 г/л). Більшість солей виділяється з розчинів як кристаллогидратов (напр. MgCl2(6H2O). За умов їх нагріванні відбувається відщеплення частини галоидоводородной кислоти і є труднорастворимые в воді основні соли.

Нітрат магнію легкорастворим у воді, а й у спирті. Кристалізуються він як Mg (NO3)2(6H2O (т. пл. 90оС). При нагріванні вище температури плавлення нітрат отщепляет як воду, а й HNO3, та був перетворюється на оксид.

Для сульфату магнію характерний легкорастворимый кристаллогидрат MgSO4(7H2O. Він цілком обезвоживается при 200оС. Константа електролітичної дисоціації MgSO4 — 5(103. У природі MgSO4 є у вигляді мінералів гіркою солі MgSO4(7H2O і кизерита MgSO4(H2O. Кизерит може слугуватиме його гарним матеріалом щоб одержати MgO і SO2, т.к. при накаливании з вугіллям розкладається за схемою MgSO4+C+64 ккал=CO+SO2+MgO. Гірка сіль застосовується у текстильної і паперову промисловість, соціальній та медицине.

З сульфатами деяких одновалентных металів MgSO4 образет подвійні солі, звані шениты складу M2[Mg (SO4)2](6H2O, де M — одновалентный катіон. Шенитом K2[Mg (SO4)2](6H2O користуються іноді у ролі калійного мінерального удобрения.

Майже нерозчинний у питній воді нормальний карбонат магнію то, можливо отримано тільки за одночасного присутності в розчині великого надлишку CO2. Інакше глушаться також неростворимые основні солі. Біла магнезія — це основна сіль приблизного складу 3MgCO3(Mg (OH)2(3H2O.

Магниды.

Кристалічні структури магнидов, порівняно з багатьма системами виходячи з інших металів, значно різняться між собою. У першому наближенні все магниды можна розділити на великі группы:

. магниды, мають структури, типові для металів і сплавов;

. магниды, мають структури, типові для іонних чи гетерополярных соединений.

Кордон між тими групами умовна, але, загалом, збільшення атомного номери як у періоді супроводжується послідовним переходом від сполук металевого типу до валентным і іонним соединениям.

Є кілька способів отримання магнидов; найважливішими їх є такі: 1) синтез з компонентів за реакцією загального виду xMe + yMg (MexMgy, реакція здійснюється сплавлением, спеканием (чи гарячим пресуванням), дистиляцією. Цим методом можна одержувати все виявлені на сьогодні магниды подвійних чи багатокомпонентних систем; 2) магниетермическое відновлення (чи відновлення галлоидными соединениями).

MeO + Mg (MeMg + MgO Застосовується у разі, коли пряме сплавлення це не дає позитивного результату; 3) електрохімічний спосіб (электролитическое виділення); 4) термічне розкладання (термолиз) (наприклад, MgB2 800−960 З (MgB4 970 З (MgB6 >1200 C (MgB12).

Застосування магнидов в технике.

Магниды — фазові складові багатьох сплавів з урахуванням Mg, які завдяки високої удільної міцності, хорошою обрабатываемости, коррозионной стійкості широко застосовують у техніці. Магниды входить у склад деяких промислових сплавів з урахуванням алюмінію. Область застосування магнієвих сплавів розширюється під час введення до складу невеликої кількості магнидов, які надають їм певні фізичні властивості. Так, сплави магнію з редкоземельными металами представляють значний практичний інтерес, оскільки механічні властивості магнію і його сплавів у разі підвищення температури може бути значно поліпшено шляхом запровадження невеликих кількостей рідкісноземельних металів. Практичний інтерес представляють сплави Mg-Zr, оскільки порівняно невеличка добавка цирконію істотно зменшує розмір зерна магнію отже покращує механічні властивості матеріалу. Такі сплави застосовуються, наприклад, в ролі матеріалу для оболонок тепловидільних елементів реактора з графітовим замедлителем і теплоносієм CO2.

Історія магния.

Природні магнийсодержащие матеріали магнезит і доломіт здавна використовувались у строительстве.

Під час посухи в Англії влітку 1618 р. Генрі Уикер виявив на пасовище в Эпсоме невелику ямку, заповнену водою, яку тварини відмовлялися пити. Пізніше виявилося, що з зовнішньому і на внутрішньому вживанні ця вода виявляє цілющі властивості. Із середини XVII століття Эпсом набуває популярність як курорт з джерелом мінеральної воды.

Невдовзі натуральної солі від цього джерела стало бракувати, що призвело до посиленим пошукам її искуственного замінника. Каспар Неуманн (1683−1757) заявив, що приготував штучну эпсомскую сіль у вигляді додавання H2SO4 до розчину морської солі, привозимой з Іспанії і Португалії. Він відрізнив эпсомскую сіль (MgSO4) від «мирабилитовой солі Глаубера» (Na2SO4) і зазначив, що «земля гіркою проносної солі називається magnesia alba (біла магнезія)», під назвою місцевості у гірському районі Греції, де було знайдено цю сполуку. Магнезію довго було неможливо від винищити; лише XVIII в. німецький лікар-терапевт Фрідріх Гоффман (1660−1742) встановив, що ці сполуки различны.

Першим спробував виділити металеву основу магнезії в чистому вигляді вдалися початку ХІХ ст. знаменитим англійським фізиком і хіміком Гемфри Деві (1778−1829), по тому, як і піддав електролізу їдкий розжарюй і їдкий натр і майже отримав металевий Na і K. Він вирішив спробувати аналогічно здійснити розкладання оксидів щелочноземельных металів і магнезії. У межах своїх початкових дослідах Деві пропускав струм через вологі оксиди, оберігаючи їхнього капіталу від зустрічі з повітрям шаром нафти; але метали сплавлялися з катодом та його не вдавалося отделить.

Деві пробував застосовувати масу різноманітних методів, але вони по різних причин виявлялися малоуспішними. Нарешті, його спіткала удача — він змішав вологу магнезію з оксидом ртуті, помістив масу на платівку з платини і пропустив неї струм; амальгаму переніс в скляну трубку, нагрів, щоб видалити ртуть, і зрештою отримав новий метал. Тим самим способом Деві удалося одержати барій, калій і стронций.

Виділивши металеву основу, Деві назвав новий метал magnium, так як вважав, що слово magnesium легко сплутати з manganese, тобто із марганцем. Проте назва magnesium увійшло вживання у багатьох мовами, отже новий метал лише короткий час був відомий під назвою, дане йому Деві. Щоправда, російську назву цього металу звучить дуже подібно з первоначальным.

У компактній форми і в суттєвих кількостях магній уперше отримано в 1828 р. Антуаном Олександром Брутом Бусси (1794−1882) шляхом нагрівання суміші безводного MgCl2 з калієм у скляній трубці. Через війну реакції калій з'єднався з хлором, витісняючи магній із заснуванням KCl і Mg. З цих дослідів почався перший етап металургії магнію, який був задоволений повністю грунтується на хімічних методах. За технологією, подібна до методом Брута Бусси, мови у Франції, Англії й Сполучені Штати працювали невеликі заводи, які робили металевий магній. Таке виробництво існувало до кінця уже минулого століття, не було створено електролітичний спосіб отримання магнію. Конкурувати з нею хімічний спосіб не зміг, оскільки використовував дорогі відновники — металевий натрій і калій, ще, при хімічному способі не вдавалося створити періодичний технологічний процесс.

Поява електролітичного способу отримання магния.

У 1830 р. Майкл Фарадей має досить грамів металевого магнію шляхом пропускання електричного струму через розплав MgCl2. У 1852 р. його був детально досліджений удосконалений Робертом Бузеном (1811−1897), також здійснив перше масове виробництво Магнію. З допомогою його електролізера, що складається з порцелянового тигля і двох вугільних електродів пилкоподібної форми, погружаемых згори в розплав обезвоженного MgCl2, йому вдавалося всього кілька секунд отримувати «корольок» магнію вагою кілька грам. Пилообразная форма електродів була потрібна для утримання крапельок магнію щоб уникнути їхнього підйому на поверхню й самовоспламенения. У цьому принципове значення для підвищення продуктивності грала повна обезвоженность MgCl2.

Технологія електролітичного отримання магнію під час свого застосування піддалася значним вдосконаленням, але її принципи, природно, ніхто не звернув кардинальних змін. Сучасне аппаратурное оформлення електролітичного виробництва Магнію принципово мало чому відрізняється від першого магнієвого електролізера промислового типу на 300 а, розробленого Гретцелем і застосованої їм вперше у 1883 г.

Як катода використовувався сталевої тигель (1), анода — графітовий електрод (2) у центрі діафрагми (3) з пористого порцеляни. Діафрагма служила потреби ділити продуктів електролізу: магній піднімався на поверхню електроліту поза діафрагми, а хлор відводилася по трубці (4). Тигель слід за плиті (5), закріпленої на решітці (6), і обігрівався гарячими газами. Верхня частина електролізера виступала над піччю і охолоджувалась повітрям. Вирізняється Mg періодично вычерпывался вручну дірчастої ложкою. Будь-який відбудовний газ надходив з труби (7) в електролізер. Як електроліту використовувався розплавлений карналлит.

Основним промисловим способом отримання магнію і залишається електроліз обезвоженного чи розплавленого хлористого магнію чи карналлита. Одержання 1 т металу із цієї технології вимагає витрати близько 20 тис. квт (ч электроэнергии.

До першої Першої світової в усьому світі працювало лише 2 магнієвих заводу — в Геттінгені й у Биттерфельде, одержували магній електроліз його розплавлених хлоридів. Тоді вироблялося всього кілька сотень тонн магнію на рік, проте потреби всіх країн цьому металі, зокрема і Росії, імпортувала магній, повністю задовольнялися. Війна перетворила магній в стратегічний матеріал. Припинення експорту магнію з Німеччини та Франції змусило Англію та налагодити власне його виробництво на невеликих електролізних установках.

У Росії її електролітичний метод отримання магнію вперше розробив П. П. Федотьев в 1914 р. в Петроградській політехнічному інституті. У 1931 р. у Ленінграді пустили перший досвідчений магнієвий завод, справжнє промислового виробництва у СРСР ведеться від 1935 г.

Зараз більшість магнію виходить електролізним способом, менша — термічним. Основні виробники магнію у світі - Росія, США, Норвегія, Франція, Англія, Італія, Канада.

Розробка термічних способів отримання магния.

Думка про можливість отримання металевого магнію шляхом поновити його оксиду з допомогою вугілля виникла відносно віддавна — в 80- x рр. уже минулого століття, проте реалізація цього процесу у суттєвих масштабах виявилася можливою лише у 30-ті рр. нинішнього століття. Карботермический спосіб грунтується на оборотності реакції MgO+C+153 Ккал (CO+Mg, рівновагу якої за дуже високих температур (вище 2000© зміщений вправо.

Основне методичне перешкода, як прагнув по дорозі вирішення цієї проблеми, було з тим, що коли і суміш MgO і З нагрівали до високої температури, відновлення магнію справді відбувалося, але за поступове охолодженні продуктів реакції (пароподібного Mg й CO) знову утворювалися вихідні продукти — MgO і З. Знайшли таке рішення: пароподібний магній й CO стали розбавляти більший обсяг холодних відбудовних газів при різке зниження температури з 2500о до 200о. Отже здійснюється «гарт» продуктів реакції, що запобігає їх зворотне взаємодія, й у конденсаторі утворюється твердий порошкоподібний магній, так звана «пуссьера».

Нині практично процес проводять, накаливая тісну суміш MgO (одержуваної випаленням природного магнезита) з антрацитом в дугового електричної печі. Котрі Виділяються пари відразу ж розбавляють більший обсяг сильно охолодженого водню. Освобождающийся у вигляді пилюки металевий магній (у якому домішки MgO і З) потім переплавляють. Одержуваний подібним чином метал характеризується високої чистотою (99,97%).

Карботермический спосіб не зіграв, проте, помітну роль історія виробництва магнію. Попри свою принципову простоту, не зміг конкурувати з електролітичним способом за такими причинам:

1) питома витрата електрики при застосуванні карботермического способу опинився нижче, ніж у электролитическом способе;

2) електролітичний процес безперервний усім стадіях, тоді як карботермический периодичен;

3) операції з переробці вибухонебезпечною пусьеры в компактний магній складні, і трудоёмки.

Більше значної ролі історія магнію зіграв інший термічний спосіб його одержання — силикотермический (відновлення MgO кремнієм з отриманням вільного Mg).

У 1917 р. Гросвенов запропонував відновити MgO елементарним кремнієм нормального тиску у атмосфері Н2. Відновлення MgO кремнієм і кремнеалюминиевыми сплавами в вакуумі вперше досліджували в 1925 р. П. Ф. Антипин і А. А. Моисеев.

Силикотермический спосіб виробництва магнію, як і і карботермический, почав впроваджуватися у промисловості перед Другої світової війною, і став широко застосовуватися в часи війни, коли потрібно було швидко вводити в експлуатацію нові магнієві заводи. Цьому сприяла поширеність дешевого сировини для і порівняльна простота технології силикотермического способу. У технології, прийнятої для промислового цього, вихідним сировиною служить обпалений доломіт, а восстановителем — феросиліцій із вмістом щонайменше 75% Si. Суміш цих речовин накаливают під сильно зменшеним тиском вище 1200(С. Реакція цих умовах йде з рівнянню 2(CaO (MgO)+Si+124 ккал=Ca2SiO4+Mg, причому єдиним летючим її продуктом є пари магния.

Проте за минулі відтоді десятиліття силикотермический спосіб промислового отримання магнію був істотно удосконалений — від малопродуктивних, періодично працюючих реторт з зовнішнім нагріванням до безупинно діючих электротермических установок, обладнаних сучасними засобами механізації і автоматизации.

Можливість застосування поширеного і дешевого магнієвого сировини (магнезит, доломіт), різке скорочення шляху від руди до металу, нешкідливість виробництва, відсутність потреби у постійному струмі і інші позитивні властивості роблять силикотермический спосіб виробництва магнію у його сучасної технологічному рішенні перспективним, причому, мабуть, насамперед тих країн, які мають джерелом хлормагниевого сировини для электролиза.

Щоправда, сумарний витрати на 1 кг силикотермического магнію (через великого витрати в виробництво відновлювача — феросиліцію) не нижче, а навіть дещо вище, ніж витрати на 1 кг електролітичного магнію, тобто. становить трохи близько 25 квт-ч електроенергії змінного струму на 1 кг товарного металла.

Ця обставина, і навіть надійність їм масштабність електролітичного способу виробництва магнію неможливо поки успішно конкурувати з нею силикотермическому способу принагідно вільного вибору з-поміж них. Проте, значення термічних методів отримання магнію з кожним роком возрастает.

Історія застосування магния.

Найбільш ранньої областю застосування металевого магнію було, повидимому, використання її у ролі восстановителя.

У 1965 р. Н. Н. Бекетов уперше вжив магній для витіснення з його допомогою алюмінію з розплавленого криолита. Цей процес у 80-ті роки уже минулого століття застосовувався промислово першою німецькому алюмінієвому заводі в Гмелингене.

Трохи пізніше почали використовувати здатність порошку магнію і тонкої магнієвої стрічки горіти сліпучо білим полум’ям із великої кількості тепла. Це властивість магнію одержало використання у фотографії для моментальних зйомок, соціальній та піротехніку й у військових цілей (виготовлення освітлювальних ракет). У обох випадках магній зазвичай змішується з речовинами, легко котрі віддають кисень. Ракетний освітлювальний склад, наприклад, може містити 45% Mg, 48% NaNO3 і аналогічних сім% зв’язувальної органічного вещества.

Найважливішим практичне застосування магнію було використання як основи різних легких сплавів. Потім він став і за іншими областях техніки, завдяки своїм специфічним фізико-хімічним і механічним властивостями. З розвитком металургії магнію його отримували у дедалі більш чистому вигляді, що відкривало при цьому металу нові області застосування. Неконструкционное застосування магния.

Завдяки великому хімічному спорідненості до кисню магній здатний забирати її в багатьох оксидів, як і хлор у хлоридів. У цьому властивості магнію заснована магниетермия, відкрита Бекетовым як засіб отримання інших металів витісненням їх на магній з сполук. Вона придбала велике значення для сучасної металургії. Як приклад можна вказати, що магниетермия став основним способом у виробництві таких металів, як берилій і титан. З допомогою магниетермии отримано такі трудновосстанавливаемые метали, як ванадій, хром, цирконій і інші. Магній використовується для рафінування вторинного алюмінію від домішки магнію шляхом переплавлення металу з рідкими хлоридными флюсами, що містять криолит. І тут магній з металевої фази перетворюється на солевую у вигляді фтористого магния.

Велика хімічна активність магнію стосовно кисню дозволяє застосовувати його як раскислителя у виробництві сталі і кольорового лиття, і навіть (в порошкоподібному вигляді) для зневоднення органічних речовин (спирту, аніліну і др.).

Важливе значення у сучасній хімічної технології отримав синтез складних речовин з допомогою магнийорганических сполук. Таким шляхом був синтезовано, зокрема, вітамін А.

Високий електронегативний електродний потенціал дозволив з великим ефектом застосовувати магній як матеріалу для анодів при катодного захисту від корозії сталевих і залізних споруд, що перебувають у вологому грунте.

Легка займистість дисперсного магнію і можливість його горіти сліпучим білим полум’ям довгий час використовувалася в фотографии.

Магнієвий порошок почали застосовувати також як висококалорійного пального на сучасної ракетної технике.

Запровадження невеликої кількості металевого магнію в чавун дозволило помітно поліпшити його механічні (зокрема, пластичні) свойства.

Глибока очищення магнію від домішок, досягнута останнім часом, використовувати його як однієї з компонентів при синтезі напівпровідникових соединений.

2. Конструкционное застосування магния.

Основне перевагу металевого магнію — його легкість (магній — найлегший з конструкційних металів). Технічно чистий магній має невисокою механічної міцністю, проте введення у нього на невелику кількість інші елементи (алюмінію, цинку, марганцю) може помітно поліпшити його механічні властивості майже без збільшення частки. За підсумками цих властивостей магнію створили знаменитий сплав «Електрон», у якому, крім магнію, 6% алюмінію, 1% цинку і 0,5% марганцю. (Нині під технічним назвою «електрон» розуміються взагалі усе сплави, у яких магній є головним складовою частиною). Щільність цього сплаву — 1,8 г/см3; міцність на розрив — до 32 кГ/мм2; твердість по Бринелю — 40−55 кГ/мм2. Цей, і навіть багатьох інших сплави з урахуванням магнію широко застосовувалися в авіаі автостроении. У останнім часом, проте, виявилося, що це сплави різко змінюють свої механічні властивості у разі підвищення температури, і вони було визнано непридатними. У результаті було створено чимало нових сплавів, вирізнялися значно найкращими механічними і антикоррозийными властивостями, і навіть підвищеної жаропрочностью та здібністю зберігати свої прочностные характеристики у разі підвищення температури. У ті сплави вводилися невеликі добавки різних елементів — цирконію, торію, цинку, срібла, міді, берилію, титану, а інших. Такі сплави знайшли широке використання у авіації і ракетостроении.

З іншого боку, було створено велику кількість різноманітних сплавів, в яких магній перестав бути головною складовою. Найважливішим із таких сплавів є «магналий» — сплав алюмінію з 5−30% магнію. Магналий твердіше і міцніше чистого алюмінію, легше останнього обробляється і полируется.

Як «магналий», і «електрон» надворі покриваються захисної окисной плівкою, яка захищає їхню відмінність від подальшого окисления.

Запровадження 0,05% Mg в чавун різко підвищило б його гнучкість й відвертий спротив разрыву.

Багато магнієві деталі застосовують у зараз у найрізноманітніших областях електротехніки. Невеликий вагу виробів, виконаних з магнієвих сплавів, з’явився також важливою причиною застосування їх задля виготовлення різних побутових предметів і аппаратуры.

Магнієві деталі дуже добре поглинають вібрацію. Їх питома вібраційна міцність майже 100 разів більше, ніж в кращих алюмінієвих сплавів, й у 20 разів більше, ніж в легованої стали. Це дуже важливе властивість під час створення різноманітних транспортних средств.

Магнієві сплави перевершують сталь і алюміній по удільної жорсткості і тому застосовуються виготовлення деталей, які піддаються изгибающим навантажень (подовжнім і поперечним). Магнієві сплави немагнитны, не дають іскри при ударах і терті, легко обробляються різанням (вшестеро-всемеро разів легше, ніж сталь, в 2−2,5 разу — ніж алюминий).

Магній та її сплави мають дуже високою хладостойкостью.

Тривалий час вважалося, що область можливого застосування магнію обмежується його легкої воспламеняемостью. Справді, невеликі шматочки магнію спалахують надворі за нормальної температури 550оС. Проте вироби з магнію і магній у зливках неогнеопасны, оскільки магній має дуже дорогу теплопровідність і нагреваемый ділянку деталі швидко поширює тепло у всій деталі. Були навіть спроби застосування магнію виготовлення двигунів внутрішнього згоряння; в випробуваннях він добре витримував тепло, але недостатньо стійкий до агресивному впливу продуктів згоряння. Тому магнієві поршні використовуються рідко, переважно в гоночних машинах і технічні спеціального назначения.

Основна хиба магнію — знижена стійкість проти корозії. Магній порівняно стійкий в сухому атмосферному повітрі в дистильованої воді, але швидко руйнується повітря, насиченому водними парами і забрудненому домішками, особливо сірчистим газом.

Магній нестійкий у багатьох речовинах, оскільки є активні з конструкційних металів. Його поверхнева активна плівка має пористу структуру і тому слабко захищає від коррозии.

Магній цілком стійкий до плавикової кислоті та інших сполукам фтору, бо за контакту з ним утворюється шар MgF2 — міцна суцільна плівка. У цьому грунтується застосування магнію виготовлення тари і насосів для перекачування плавикової кислоты.

Магній стійкий і за контакту з іншими галогенами, причому, на відміну алюмінію, він спокійно переносить сухий хлор і продовжує стрімко руйнується у влажном.

На стійкості магнію в бром і иоде грунтується застосування її виготовлення резервуарів їхнього зберігання. З іншого боку, він стійкий в бензині, гасі, мастилах, жирах тощо. і потім із нього роблять ємності для зберігання нафти і нафтопродуктів і бензобаки.

Поверхня магнієвих сплавів захищають від корозії нанесенням верств лаку, плівкою більш стійкого металу, або електрохімічної та хімічної обробкою, інколи ж — нанесенням верств эмали.

Чим чистіше магній, тим він сталіший до корозії. Це з тим, що він входить у электрохимическую реакцію з крупицями практично будь-яких інші елементи, яка руйнує з цих двох речовин активніше. Особливо шкідливими є домішки заліза, нікелю, міді, хрому, свинцю, кобальту — вони сприяють корозії магнію навіть дуже невеликих кількостях: наприклад, гранично припустиму концентрацію заліза в промислово выпускаемом магнії становить 0,01%, нікелю — 0,0005%.

З іншого боку, такі елементи, як марганець, цирконій, цинк, титан покращують коррозионную стійкість магнію: при додаванні до магниевому сплаву кількох дев’ятих відсотків титану коррозионная стійкість збільшується в 3 раза.

Можливості застосування магнію ще не вичерпані, і якщо враховувати стала вельми поширеною магнію у природі, відносну простоту методів її виробництва та ряд сприятливих властивостей цього металу, можна думати, подальший розвиток металургії магнію буде зацікавлений у першу чергу визначатися його общетехническим значением.

Біологічна роль магния.

У людському організмі кількість магнію становить усього кілька десятих чи сотої частки відсотка, але він багато важить в процесах життєдіяльності. Доведено, що будь-який брак магнію в організмі сприяє захворювання інфарктом міокарда. Недостатня кількість магнію у крові - ознака перевтоми чи стресового состояния.

Основні продукти, містять магній — це абрикоси, персики, кольорова і білокачанна капуста, помідори, картофель.

Потреба дорослого організму в магнії становить 300−500 мг/день. Зазвичай магній достатньої кількості надходить із їжею, у разі нестачі його нестача найпростіше заповнити, споживаючи мінеральну воду. У організмі засвоюється менш 40% що надходить нього магнію, оскільки його сполуки погано усмоктуються кишечником. Магній посилює процеси обміну вуглеводів в м’язах, зміцнює кістки; тоді як організмі порушено магниекальциевое рівновагу, то майже весь магній вводиться до складу кісткових тканин, витісняючи звідти кальцій. Це призводить до захворювання рахитом.

У нервовій системі також містяться велику кількість магнію, особливо в спинному мозку. Велике значення магнію для діяльності нервової системи підтверджується тим, що з ін'єкції магнію до крові чоловік, або тварина занурюється у стан, близький до наркотичному. Це властивість магнію використовують у медицине.

У організмах деяких тварин зміст магнію порівняно високо. Приміром, в організмі вапнякової губки міститься 4% магнію, в талломе деяких водоростей — більше 3%.

Магній входить до складу хлорофілу і, отже, грає незамінну роль фотосинтезі й у газообмене планети; загальний вміст магнію в тканинах рослин Землі за деякими оцінками становить близько 1011 тонн.

Крім хлорофілу, магній переважають у всіх тканинах рослин бере участь й у освіті жирів, у перетворенні фосфорних сполук. Як багато магнію в соку каучуконосных рослин. Нестача магнію приводить до зменшення кількості хлорофілу і до побледнению і зміні забарвлення листя на червону і желтую.

Магній як лікарський средство.

Англійська сіль (MgSO4(7H2O) використовують як проносне і жовчогінне засіб. При ін'єкціях вона викликає стан, близький до наркотичному, і використовується для боротьби з корчі, на лікування гіпертонії, психічного порушення; разом із іншими препаратами — для знеболювання при родах.

Водні розчини тиосульфата магнію йдуть на лікування опіків і інших захворювань кожи.

Біла магнезія (MgCO3) входить до складу зубних порошків і присипок; ще, вона зменшує кислотність шлункового сока.

Палена магнезія (MgO) теж нейтралізує шлунковий сік. З іншого боку, вона застосовується всередину при кислотних отравлениях.

Додаток. Практична часть.

2Mg+O2=2MgO (магній горить в кисні повітря сліпучим-білим пламенем).

Mg+2HCl=MgCl2+H2((що виділяється кисень можна визначити по пухирцям на поверхні металу і з вибуху при поджигании).

Mg+H2O=Mg (OH)2+H2((реакція до лиця повільно при кипячении).

Mg+2H2O+2NH4Cl=MgCl2+2NH4OH+H2((під час проведення реакції відчувається характерний запах аміаку). У цьому і попередньої реакції утворений MgCl2 можна визначити з допомогою реакции.

MgCl2+2AgNO3=2AgCl (+Mg (NO3)2.

MgO+MgCl2+H2O=2MgOHCl (освіту магнезиального цементу). Через кілька днів цемент затвердевает.

MgO+H2O=Mg (OH)2 (реакція йде при нагріванні). Утворений Mg (OH)2 у цій і такий реакції можна визначити по фіолетовому окрашиванию який додається розчину фенолфталеина.

MgSO4+2NaOH=Mg (OH)2(+Na2SO4 (випадає жовтуватий осад Mg (OH)2).

MgCl2+Na2CO3=MgCO3(+2NaCl (випадає білий осад MgCO3).

MgCO3+2HCl=MgCl2+CO2+H2.

MgCl2+2AgNO3=2AgCl (+Mg (NO3)2.

Ca (OH)2+CO2=CaCO3+H2O.

MgCl2+NaOH=Mg (OH)2+2NaCl.

Використана литература.

1. Бєляєв А.І. Історія магнію. М.: Наука, 1974.

2. Некрасов Б. В. Основи загальної хімії. М.: Хімія, 1967.

3. Миколаїв Г.І. Магній служить людині. М.: Металургія, 1978.

4. Самсонов Г. В., Перминов В. П. Магниды. Київ: Наукова думка, 1971.

5. Тихонов В. М. Аналітична хімія магнію. М.: Наука, 1973.