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%).
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. 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 был впервые обнаружен в районе Фессалия, Греция, и назван Магнезия. Это третий самый распространенный металлический элемент в земной коре, однако он редко в чистом виде из-за того, что легко образует связи с другими элементами. Металлический магний впервые был получен из руды в 1808 году в небольших количествах сэром Хамфри Дэви, а промышленное производство впервые началось в 1886 году в Германии.
Магний является самым легким из всех широко используемых конструкционных материалов с плотностью 1,7 г/см3 (106,13 фунтов /куб.фут), примерно на одну треть легче, чем алюминий и титан, и одна четверть плотности стали. Несмотря на это преимущество, производство первичного магния в 2012 году составило 905 тыс. тонн, только 2,5% производства первичного алюминия (45,2 млн. тонн) и 0,06% производства необработанной стали (1546 млн. тонн). Однако объем производства магния больше, чем титана (211 тыс. тонн).
Небольшие добавки магния в алюминий придают огнестойкость и прочность. Близость магния с серой делает его незаменимым в производстве определенных сортов сырой стали. С помощью магния также восстанавливают металлического титана из тетрахлорида титана в процессе Кролла, а также получают очень качественные сорта чугуна. Вместе на эти четыре сферы приходилось 61% потребления магния в 2012 году. Таким образом, несмотря на свой относительный статус «пескаря» в структуре производства материалов, магний играет центральную роль в изготовлении и использовании конкурирующих металлических продуктов.
Поставки магния
Мировое производство первичного магния, по оценкам Roskill, увеличилось с 499 тыс. тонн в 2002 году до 905 тыс. тонн в 2012 году, среднегодовой темп роста (CAGR) - 6,1%. Производство первичного металла магния ограничивается десятью странами.
Китай продолжает доминировать в производстве первичного металлического магния. Страна произвела более 730 тысяч тонн металла в 2012 году, и на ее долю в этот год пришлось более чем 75% от общего объема поставок. В Китае, однако, имел место сдвиг в производстве. Обильный и дешевый газ в качестве побочного продукта при производстве кокса побудил производителей магния обратить свое внимание на провинцию Шэньси в поисках более высокой прибыли. Это заставило некоторые традиционные магниевые провинции бороться с конкурентами, а в целом в китайской промышленности магния коэффициент использования производственных мощностей едва превышает 50%. Кроме того, в Китае была произведена консолидация в промышленности, и восемь китайских производителей сейчас находятся в топ-10 глобальных производителей.
Несмотря на недавние усилия китайского правительства по консолидации отрасли, большинство китайских производственных мощностей по-прежнему разбросаны на относительно небольших заводах, а консолидация, в основном, происходит на корпоративном уровне. Восемь китайских компаний находятся в топ-10 мировых поставщиков по мощности, которая для каждой превышает 50 тыс. тонн в год, хотя только пять из них в 2011 году произвели более 30 тыс. тонн, а одна закрылась в 2012 году.
Количество компаний с мощностью ниже 50 тыс. тонн, и производством намного меньше, чем 30 тыс. тонн, неизвестно, но Roskill оценивает их число примерно в 50. В совокупности, на эти небольшие заводы пришлось около трети мировых мощностей в 2012 году.
Источник: "Металлический магний: глобальные промышленные рынки и перспективы, 2012 год", Roskill Information Services Ltd.
Несмотря на несколько закрытых предприятий в преддверии спада 2008/09 годов, особенно в Канаде, производство в США, России и Израиля с тех пор увеличилось, хотя и в значительной степени удовлетворяет спрос со стороны растущей промышленности по выпуску металлического титана. Вторичное производство магния более равномерно распространено по всему миру, где США по-прежнему являются переработчиком номер один. Новые заводы по производству первичного магния были открыты в Малайзии и Южной Корее в 2010 году, а Иран должен был последовать их примеру в 2013 году. Ожидаемый запуск электролитического завода Цинхай Солт-Лейк в Китае, мощностью 100 тыс. тонн в год, может еще и изменить расстановку сил в Китае на короткий срок.
Основными производителями первичного магния за пределами Китая являются ВСМПО-Ависма и Соликамский магниевый завод в России; US Magnesium в США; Dead Sea Magnesium в Израиле; Усть-Каменогорский титано-магниевый комбинат в Казахстане; Rima Industrial в Бразилии; CVM Minerals в Малайзии; Magnohrom в Сербии; и POSCO в Южной Корее.
Вторичный магний из переработанных магниевых сплавов, и в качестве компонента переработанных алюминиевых сплавов, является важным источником поставок, в частности, в США, где он составляет около половины от общего объема поставок. Он имеет гораздо меньшее значение в других местах. Мировые мощности и производство вторичного магния (за исключением алюминиевых сплавов, которые образуют цикл с обратной связью) оцениваются Roskill более чем в 200 тыс. тонн в год, при этом около 40% мощностей сосредоточены в США.
Большая часть международной торговли магнием - это экспорт из Китая, на долю которого приходилось половина экспорта необработанного магния (99,8% Mg экспорт необработанной магния в 2012 году. Этот материал в основном импортируют Канада, Япония и Европа. Американский рынок защищен от китайского импорта высокими антидемпинговыми пошлинами, и магний в страну поставляется из Израиля, либо это внутреннее первичное и вторичное производство. По данным Global Trade Atlas, проанализированным Roskill, международная торговля необработанным магния упала с примерно 500 тыс. тонн в 2007 году до 305 тыс. тонн в 2009 году, выросла до 480 тыс. тонн в 2011 году, но немного упала в 2012 году.
Около 50 тыс. тонн отходов и лома было продано в 2012 году (по сравнению с 62 тыс. тонн в 2007 году), и это, в основном, экспорт из Канады, Германии и Австрии и импорт в США, Чехию и Венгрию. Кроме того, примерно 110 тыс. тонн были проданы в 2012 году в виде опилок, стружек, гранул и порошка, при этом, в основном, это экспорт из Китая и импорт в Германию, Турцию и Канаду. Наконец, 37 тыс. тонн кованых изделий были проданы в 2012 году (по сравнению с 46 тыс. тонн в 2011 году), и это, в основном, экспорт из Китая, Австрии и Германии, и импорт в Тайвань, Новую Зеландию и Великобританию.
Спрос на магний
Глобальное видимое потребление (производство + импорт - экспорт) магния, достигло 1050 тыс. тонн в 2007 году, среднегодовой темп роста 8% по сравнению с 630 тыс. тонн, потребленными в 2001 году. Потребление первичного металлического магния сократилось на 7% в 2008 году и еще на 15% в 2009 году, упав ниже 690 тыс. тонн, так как мировой экономический кризис привел к значительному снижению спроса на содержащие магний продукты.
Однако рынок восстановился, превысив уровень 2007 года в 2011 году и показав новый пик спроса в 2012 году. Вторичное использование магния дополнительно увеличило потребление, а общий объем потребления магния превысил 1 млн. тонн в 2007 году и 1,1 млн. тонн в 2012 году.
Китай доминирует в мировом потреблении с объемом в 340 тыс. тонн в 2012 году, 33% от общего объема. Другие крупные рынки для магния - это Северная Америка (23% мирового потребления) и Европа (18%). Россия и Япония также крупные потребители, на их долю в совокупности приходится 12%.
Исторически сложилось так, что алюминиевые сплавы являются основной сферой применения магния во всем мире, хотя в 2012 году объем потребления магния в этой конечной сфере потребления и объем потребления магния в сплавах для литья под давлением сравнялись, при этом на каждую сферу приходилось около 365 тыс. тонн, или 33% от общего объема потребления. Упаковочная промышленность является крупнейшим рынком для магния в алюминиевых сплавах, затем следует транспорт, строительство и потребительские товары длительного пользования.
Автомобильная промышленность на сегодняшний день является крупнейшим потребителем компонентов литого магния. Литье под давлением из магниевого сплава используется для корпусов, узлов, кронштейнов и других компонентов для всех слоев автотранспортных средств. Среднее применение магния на автомобиль в 2012 году было 2,3 кг, а в некоторых моделях достигало 26 кг. Магний применяется в изготовлении литых корпусов для устройств связи (например, мобильные телефоны и смартфоны), ноутбуков, планшетных компьютеров и другого электронного оборудования. Это является второй по величине сферой использования литого магния, после автомобилей.
Производство титановой губки (т.е. сырого металлического титана) было третьей по величине сферой потребления магния, на которую приходилось около 123 тыс. тонн или 11% от общего мирового потребления в 2012 году, а десульфуризация стала четвертой по величине сферой использования, с объемом 119 тыс. тонн в 2012 году. Использование магния в сталеплавильном производстве уменьшилось в последние годы, в связи с глобальным экономическим кризисом и, как следствие, замедлением роста (или снижением) производства стали во многих странах. В среднем, в мире используется примерно 50 г/т стали.
Источник: "Металлический магний: Глобальные промышленные рынки и перспективы, 2012 год", Roskill Information Services Ltd.
Магний также используется в других приложениях, например, как сфероидизирующий модификатор для чугуна и как катодная защита, способ предотвращения коррозии, вынуждающий все поверхности металлической структуры быть катодами через предоставление внешних анодов активных металлов. По оценкам Roskill, использование магния для этих двух приложений было порядка 65 тыс. тонн и 60 тыс. тонн в 2012 году.
В то время как рост производства автомобилей в некоторых регионах повысил потребление с 2008/09 спада, рынок был несколько сдержан снижением европейских поставок транспортных средств. Тем не менее, в результате давления от сокращения выбросов, рост использования магния в транспортной сфере продолжает опережать использование металла в традиционных материалах, такие как сталь, и рынок литья под давлением, как прогнозируется, будет расти на 6-7% в год до 2017 года. В алюминиевых сплавах, магний используется преимущественно в упаковках, а этот рынок продолжает показывать сильное расширение, ввиду экономического роста в развивающихся странах.
Облегчение веса автомобилей и Китай стимулируют рост спроса на магний
По оценкам Roskill, потребление магния достигло нового пика в 2012 году, 1,1 млн. тонн, при этом спрос увеличивался на 5,5% в год в течение последнего десятилетия. Крупнейшими отраслями-потребителями магния остаются промышленность литья под давлением и алюминиевые сплавы, на каждую из которых приходится треть от общего потребления. Транспортная промышленность является крупнейшим потребителем литья и вторым крупнейшим потребителем металла, после алюминиево-магниевых сплавов в упаковках.
Промышленность магния имеет выгоду от роста автомобильного производства, во главе с Китаем, а также повышения удельного расхода магния в автомобилях, так как производители стремятся соответствовать введенным государственным целевым показателям сокращения выбросов, а рост стоимости топлива влияет на потребительские покупательные тенденции. Постоянные усилия по снижение веса означают, что рост потребления магния будет продолжаться, по крайней, на 5,0% в год до 2017 года. Использование магния в литых деталях, скорее всего, будет расти быстрее, на 6,5% в год, но рынок будет сдерживаться более низкими темпами роста десульфурации и сфероидизирующего отжига стали.
Рост китайского потребления более чем компенсировал небольшое падение в остальных странах мира с 2007 года, а на Азию в 2012 году приходилось 43% от общемирового объема по сравнению с 35% пять лет назад. На долю Северной Америки приходилось 20% потребления, а Европы - 15%. Индия и Южная Корея показали уверенный рост потребления за последние пять лет, но при низкой базе в натуральном выражении, в то время потребление в России выросло почти в два раза, в связи с увеличением производства титана. Азия, точнее Китай, будут по-прежнему демонстрировать самые высокие темпы роста спроса на магний на региональной основе до 2017 года.
Китай доминирует в глобальных поставках, но внутренняя конкуренция часто упускается из виду
В производстве первичного магния продолжает доминировать Китай, на долю которого, по оценке Roskill, приходилось 75% мирового производства в 2012 году. России и США вместе представляют собой еще 16%, далее следуют более мелкие производители - Израиль, Казахстан, Бразилия, Сербия и Украина. Малайзия и Южная Корея вышли на рынок в последние годы, хотя и в небольшом масштабе, но это и некоторые ограниченное расширение существующих операций сделали немного, чтобы ослабить растущую долю Китая. Вторичный магния, производство которого в 2012 году составило 211 тыс. тонн, поступает в основном из лома литья. Северная Америка является основным источником вторичного магния, затем следует Европа, так как эти регионы по-прежнему являются крупными потребителями продукции на основе магния.
Лидирующие позиции Китая в первичном производстве магния отражают внутренняя доступность и низкая стоимость ферросилиция и энергии (в виде угля, кокса и электроэнергии), которые являются основными компонентами энергоемкого, теплового пиджинг-процесса получения металла. Тем не менее, столкнувшись с ростом цен на энергоносители и государственным давлением с целью снижения выбросов, китайские магниевые компании вложились в оптимизацию процесса с целью снижения затрат. Хотя Китай часто рассматривается как единое целое в случае с поставками магния, во внутренней промышленности также сильно выросла конкуренция, в связи с недавним повышением доступности кокс газа, в результате перемещения внутреннего производства в провинцию Шэньси, что ограничило рост в провинциях Шаньси и Нинся, и в результате потерь в производстве в других местах.
Низкие капитальные издержки в переходе от стендовых технологических установок означают, что перемещение отечественного производства из провинции в провинцию происходит относительно просто, но приводит к значительному росту мощностей. Roskill оценивает китайские первичные мощности в размере 1,3 млн. тонн, но из них только 0,8-0,9 млн. тонн используются; остальные мощности законсервированы или неэкономичны. Эта тенденция привела к закрытию, по крайней мере, одного крупного производителя в Китае в 2012 году, а также к консолидации отрасли.
Несмотря на ценовую конкурентоспособность и избыточные мощности в Китае, новый электролитический завод в провинции Цинхай, мощностью 100 тысяч тонн, который должен открыться в ближайшее время, мог бы еще больше изменить внутренний ландшафт. Несколько компаний, использующих новые процессы или вариации из существующих электролитических и термических методов, также продолжают исследовать возможность первичного производства магния в других странах, особенно в Австралии и Канаде. Однако, пока эти проекты не смогут конкурировать с китайскими производственными издержками и быть экономически выгодными при текущих и прогнозируемых ценах на магний в 2500-3000 долл./т, Китай, похоже, будет постепенно увеличивать свою долю рынка по мере того, как спрос растет.
Цены на магний
В мире нет площадок для торговли магнием и поэтому в большинстве случаев условия контрактов согласовываются напрямую между производителями и потребителями. Тем не менее, большой объем китайского материала продается на спотовой основе торговцами и китайскими производителями на европейский, японский и внутренний рынок. Основными рыночными ценами на магний, следовательно, являются китайские внутренние и экспортные цены на металл с чистотой 99,8% Mg, и европейские цены экс-Роттердам склад. Некоторые поставки магния происходят за пределами торговли Китая с другими странами, но они образуют меньшую часть от общего открытого рынка.
Рост спроса, в частности, в Китае, привел к быстрому росту цен в четвертом квартале 2007 года и первом полугодии 2008 года. На пике своего роста в первой половине 2008 года цены выросли выше 6000 долл./т FOB Китай для слитка магния с чистотой 99,8%. В последующие годы цены с отступили на более низкие уровни, движимые сокращением потребности в связи с глобальным экономическим кризисом, хотя по-прежнему находились выше, чем до пика 2007/08 годов. Отмена 10% экспортной пошлины на китайские поставки в конце 2012 года вызвала волновой эффект как для европейских цен, так и для китайских экспортных цен, обусловив с 2013 года цены 2500-3000 долл./т FOB Китай. Из-за антидемпинговых пошлин на китайский материал, в США магний продается с премией.
Наука, которая изучает эти элементы, — химия. Таблица Менделеева, опираясь на которую можно изучать данную науку, показывает нам, что протонов и нейтронов, содержащихся в атоме магния, по двенадцать. Это можно определить по порядковому номеру (он равен количеству протонов, а электронов будет столько же, если это нейтральный атом, а не ион).
Химические особенности магния также изучает химия. Таблица Менделеева также необходима для их рассмотрения, так как она показывает нам валентность элемента (в данном случае она равняется двум). Она зависит от группы, к которой относится атом. Кроме того, с ее помощью можно узнать, что молярная масса магния равняется двадцати четырем. То есть один моль данного металла весит двадцать четыре грамма. Формула магния очень проста — он состоит не из молекул, а из атомов, объединенных кристаллической решеткой.
Характеристика магния с точки зрения физики
Как и все металлы, кроме ртути, данное соединение имеет твердое агрегатное состояние в нормальных условиях. Оно обладает светло-серой окраской со своеобразным блеском. Данный металл имеет довольно высокую прочность. На этом физическая характеристика магния не заканчивается.
Рассмотрим температуру плавления и кипения. Первая равняется шестисот пятидесяти градусам по шкале Цельсия, вторая составляет тысяча девяносто градусов Цельсия. Можно сделать вывод, что это достаточно легкоплавкий металл. Кроме того, он очень легкий: его плотность — 1,7 г/см3.
Магний. Химия
Зная физические особенности данного вещества, можно перейти ко второй части его характеристики. Данный металл обладает средним уровнем активности. Это можно увидеть из электрохимического ряда металлов — чем пассивнее он, тем правее находится. Магний является одним из первых слева. Рассмотрим по порядку, с какими веществами он реагирует и как это происходит.
С простыми
К таковым относятся те, молекулы которых состоят только из одного химического элемента. Это и кислород, и фисфор, и сера, и многие другие. Сначала рассмотрим взаимодействие с оксигеном. Оно называется горением. При этом образуется оксид данного металла. Если сжечь два моля магния, потратив при этом один моль кислорода, получим два моля оксида. Уравнение данной реакции записывается следующим образом: 2Mg + О 2 = 2MgO. Кроме того, при горении магния на открытом воздухе образуется также его нитрид, так как данный металл параллельно реагирует с азотом, содержащимся в атмосфере.
При сжигании трех молей магния тратится один моль нитрогена, и в результате получаем один моль нитрида рассматриваемого металла. Уравнение такого рода химического взаимодействия можно записать таким образом: 3Mg + N 2 = Mg 3 N 2 .
Кроме того, магний способен реагировать и с другими простыми веществами, такими как галогены. Взаимодействие с ними происходит только при условии нагревания компонентов до очень высоких температур. В таком случае происходит реакция присоединения. К галогенам относятся такие простые вещества: хлор, йод, бром, фтор. И реакции называются соответствующе: хлорирование, йодирование, бромирование, фторирование. Как уже можно было догадаться, в результате таких взаимодействий можно получить хлорид, йодид, бромид, фторид магния. К примеру, если взять один моль магния и столько же йода, получим один моль йодида данного металла. Выразить эту химическую реакцию можно с помощью следующего уравнения: Mg + І 2 = MgI 2 . По такому же принципу проводится и хлорирование. Вот уравнение реакции: Mg + Cl 2 = MgCl 2 .
Кроме этого, металлы, в том числе и магний, реагируют с фосфором и серой. В первом случае можно получить фосфид, во втором — сульфид (не путать с фосфатами и сульфатами!). Если взять три моля магния, добавить к нему два моля фосфора и разогреть до нужной температуры, образуется один моль фосфида рассматриваемого металла. Уравнение данной химической реакции выглядит следующим образом: 3Mg + 2Р = Mg 3 P 2 . Точно так же, если смешать магний и серу в одинаковых молярных пропорциях и создать необходимые условия в виде высокой температуры, получим сульфид данного металла. Уравнение подобного химического взаимодействия можно записать так: Mg + S = MgS. Вот мы и рассмотрели реакции этого металла с другими простыми веществами. Но химическая характеристика магния на этом не заканчивается.
Реакции со сложными соединениями
К таким веществам относятся вода, соли, кислоты. С разными группами металлы реагируют по-разному. Рассмотрим все по порядку.
Магний и вода
При взаимодействии данного металла с самым распространенным химическим соединением на Земле образуется оксид и водород в виде газа с резким неприятным запахом. Для проведения такого рода реакции компоненты также нужно нагреть. Если смешать по одному молю магния и воды, получим по столько же оксида и водорода. Уравнение реакции записывается следующим образом: Mg + Н 2 О = MgO + Н 2 .
Взаимодействие с кислотами
Как и другие химически активные металлы, магний способен вытеснять атомы гидрогена из их соединений. Такого рода процессы называются В таких случаях происходит замена атомами металлов атомов гидрогена и формирование соли, состоящей из магния (или другого элемента) и кислотного осадка. Например, если взять один моль магния и добавить его к в количестве два моля, образуется один моль хлорида рассматриваемого металла и столько же водорода. Уравнение реакции будет выглядеть так: Mg + 2HCl = MgCl 2 + Н 2 .
Взаимодействие с солями
Как из кислот образуются соли, мы уже рассказали, но характеристика магния с точки зрения химии подразумевает и рассмотрение его реакций с солями. В данном случае взаимодействие может произойти, только если металл, входящий в состав соли, менее активен, чем магний. К примеру, если взять по одному молю магния и сульфата меди, получим сульфат рассматриваемого металла и чистую медь в равном молярном соотношении. Уравнение такого рода реакции можно записать в следующем виде: Mg + CuSO 4 = MgSO 4 + Cu. Здесь проявляются восстановительные свойства магния.
Применение данного металла
Благодаря тому что он по многим параметрам превосходит алюминий — легче его приблизительно в три раза, но при этом в два раза прочнее, он получил широкое распространение в различных отраслях промышленности. В первую очередь это авиастроение. Здесь сплавы на основе магния занимают первое место по популярности среди всех используемых материалов. Кроме того, он используется в химической промышленности в качестве восстановителя для добывания некоторых металлов из их соединений. Благодаря тому что при горении магний образует очень мощную вспышку, его используют в военной промышленности для изготовления сигнальных ракет, светошумовых боеприпасов и др.
Получение магния
В основном сырьем для этого служит хлорид рассматриваемого металла. Делается это путем электролиза.
Качественная реакция на катионы данного металла
Это специальная процедура, предназначенная для того, чтобы определить присутствие ионов какого-либо вещества. Чтобы протестировать раствор на наличие соединений магния, можно добавить к нему карбонат калия или натрия. В результате образуется белый осадок, который легко растворяется в кислотах.
Где этот металл можно найти в природе?
Данный химический элемент является довольно распространенным в природе. Земная кора почти на два процента состоит из этого металла. Он встречается в составе многих минералов, таких как карналлит, магнезит, доломит, тальк, асбест. Формула первого минерала выглядит так: KCl.MgCl 2 .6Н 2 О. Он выглядит как кристаллы голубоватого, бледно-розового, блекло-красного, светло-желтого либо прозрачного цвета.
Магнезит — это его химическая формула — MgCO 3 . Он имеет белую окраску, но в зависимости от примесей, может иметь серый, бурый или желтый оттенок. Доломит имеет следующую химическую формулу: MgCO 3 .СаСО 3 . Это желтовато-серый либо минерал, обладающий стеклянным блеском.
Тальк и асбест имеют более сложные формулы: 3MgO.4SiO 2 .Н 2 О и 3MgO.2SiO 2 .2Н 2 О соответственно. Благодаря своей высокой жароустойчивости они широко используются в промышленности. Кроме того, магний входит в химический состав клетки и структуру многих органических веществ. Это мы рассмотрим подробнее.
Роль магния для организма
Данный химический элемент важен как для растительных, так и для животных существ. Магний для организма растений просто жизненно необходим. Так же, как железо является основой гемоглобина, нужного для жизни животных, так магний представляет собой главный компонент хлорофилла, без которого не может существовать растение. Данный пигмент участвует в процессе фотосинтеза, при котором в листьях синтезируются из неорганических соединений питательные вещества.
Магний для организма животных также очень нужен. Массовая доля данного микроэлемента в клетке — 0,02-0,03%. Несмотря на то что его так мало, он выполняет очень важные функции. Благодаря ему поддерживается структура таких органоидов, как митохондрии, отвечающие за клеточное дыхание и синтез энергии, а также рибосомы, в которых образуются белки, необходимые для жизнедеятельности. Кроме того, он входит в химический состав многих ферментов, которые нужны для внутриклеточного обмена веществ и синтеза ДНК.
Для организма в целом магний необходим, чтобы принимать участие в обмене глюкозы, жиров и некоторых аминокислот. Также с помощью данного микроэлемента может передаваться нервный сигнал. Кроме всего вышеперечисленного, достаточное содержание магния в организме снижает риск сердечных приступов, инфарктов и инсультов.
Симптомы повышенного и пониженного содержания в организме человека
Недостаток магния в организме проявляется такими основными признаками, как повышенное артериальное давление, усталость и низкая работоспособность, раздражительность и плохой сон, ухудшение памяти, частое головокружение. Также может наблюдаться тошнота, судороги, дрожь в пальцах, спутанность сознания — это признаки очень пониженного уровня поступления с едой данного микроэлемента.
Недостаток магния в организме приводит к частым респираторным заболеваниям, нарушениям в работе сердечно-сосудистой системы, а также диабету второго типа. Далее рассмотрим содержание магния в продуктах. Чтобы избежать его недостатка, нужно знать, какая еда богата данным химическим элементом. Нужно учитывать еще и то, что многие из этих симптомов могут проявляться и при обратном случае - избытке магния в организме, а также при недостатке таких микроэлементов, как калий и натрий. Поэтому важно внимательно пересмотреть свой рацион и разобраться в сути проблемы, лучше всего это сделать с помощью специалиста-диетолога.
Как было упомянуто выше, данный элемент является основной составляющей хлорофилла. Поэтому можно догадаться, что большое его количество содержится в зелени: это сельдерей, укроп, петрушка, цветная и белокочанная капуста, листья салата и т. д. Также это многие крупы, в особенности гречка и пшено, а еще овсянка и ячневая. Кроме того, данным микроэлементом богаты орехи: это и кешью, и грецкий орех, и арахис, и фундук, и миндаль. Также большое количество рассматриваемого металла содержится в бобовых, таких как фасоль и горох.
Немало его содержится и в составе водорослей, к примеру в морской капусте. Если употребление данных продуктов происходит в нормальном количестве, то ваш организм не будет испытывать недостатка в рассмотренном в этой статье металле. Если же у вас нет возможности регулярно кушать еду, перечисленную выше, то лучше всего приобрести пищевые добавки, в состав которых входит этот микроэлемент. Однако перед этим нужно обязательно проконсультироваться с врачом.
Вывод
Магний - один из самых важных металлов в мире. Он нашел широкое применение в многочисленных отраслях промышленности - от химической до авиационной и военной. Более того, он очень важен с биологической точки зрения. Без него невозможно существование ни растительных, ни животных организмов. Благодаря данному химическому элементу, осуществляется процесс, дающий жизнь всей планете, - фотосинтез.
Магний — широко распространенный в природе металл, имеющий огромное биогенное значение для человека. Он является составной частью большого количества различных минералов, морской воды, гидротермальных вод.
Свойства
Серебристый блестящий металл, очень легкий и пластичный. Немагнитный, обладает высокой теплопроводностью. При нормальных условиях на воздухе покрывается оксидной пленкой. При нагревании свыше 600 °С металл горит с выделением большого количества тепла и света. Горит в углекислом газе и активно реагирует с водой, поэтому его бесполезно тушить традиционными способами.
Магний не взаимодействует со щелочами, реагирует с кислотами с выделением водорода. Устойчив к галогенам и их соединениям; например, не взаимодействует с фтором, плавиковой кислотой, сухим хлором, йодом, бромом. Не разрушается под воздействием нефтепродуктов. Магний малостоек к коррозии, этот недостаток исправляют добавлением в сплав небольших количеств титана, марганца, цинка, циркония.
Магний необходим для здоровья сердечно-сосудистой и нервной систем, для синтеза белов и усвоения организмом глюкозы, жиров и аминокислот. Оротат магния (витамин В13) играет важную роль в обмене веществ, нормализует сердечную деятельность, препятствует отложению холестерина на стенках сосудов, увеличивает работоспособность организма спортсменов, не уступая по эффективности стероидным препаратам.
Получают магний различными способами, из природных минералов и морской воды.
Применение
— Большая часть добываемого магния используется для производства магниевых конструкционных сплавов, востребованных в авиационной, автомобильной, атомной, химической, нефтеперерабатывающей промышленности, в приборостроении. Магниевые сплавы отличаются легкостью, прочностью, высокой удельной жесткостью, хорошей обрабатываемостью. Они немагнитны, отлично отводят тепло, обладают в 20 раз большей устойчивостью к вибрации, чем легированная сталь. Магниевые сплавы применяются для изготовления резервуаров для хранения бензина и нефтепродуктов, деталей атомных реакторов, отбойных молотков, пневмотруб, вагонов; емкостей и насосов для работы с плавиковой кислотой, для хранения брома и йода; корпусов ноутбуков и фотоаппаратов.
— Магний широко используется для получения некоторых металлов методом восстановления (ванадий, цирконий, титан, бериллий, хром и т. д.); для придания стали и чугуну лучших механических характеристик, для очистки алюминия.
— В чистом виде входит в состав многих полупроводников.
— В химической промышленности порошковый магний используют для осушения органических веществ, например, спирта, анилина. Магнийорганические соединения применяются в сложном химическом синтезе (например, для получения витамина А).
— Порошок магния востребован в ракетной технике в качестве высококалорийного горючего. В военном деле — при производстве осветительных ракет, трассирующих боеприпасов, зажигательных бомб.
— Чистый магний и его соединения идут на изготовление химических мощных источников тока.
— Окись магния применяется для изготовления тиглей и металлургических печей, огнеупорного кирпича, при изготовлении синтетической резины.
— Кристаллы фторида магния востребованы в оптике. 
— Гидрид магния представляет собой твердый порошок, содержащий большой процент водорода, который легко получить нагреванием. Вещество используется в качестве «хранилища» водорода.
— Сейчас реже, но раньше порошок магния широко использовался в химических фотовспышках.
— Соединения магния используют для отбеливания и протравливания тканей, для изготовления теплоизоляционных материалов, особых сортов кирпича.
— Магний входит в состав многих лекарственных средств, как внутреннего, так и наружного (бишофит) применения. Его используют как противосудорожное, слабительное, седативное, сердечное, противоспазматическое средство, для регуляции кислотности желудочного сока, как антидот при отравлении кислотами, как дезинфицирующее желудочное средство, для лечения травм и суставов.
— Магний стеарат используется в фармацевтической и косметической промышленности как наполнитель таблеток, пудры, кремов, теней; в пищевой промышленности применяется как пищевая добавка Е470, предупреждающая слеживание продуктов.
В химическом магазине «ПраймКемикалсГрупп» вы можете купить химический магний и его различные соединения — магний стеарат, бишофит магний хлористый, магний углекислый и другие, а также широкий спектр хим реактивов , лабораторной посуды и других товаров для лабораторий и производства. Цены и уровень сервиса вам понравятся!
Наименование магнезия встречается еще в Лейденском папирусе, который датируется третьим веком. Дэви в 1808 году, получил небольшое количество нечистого металлического магния, подвергая электролизу белую магнезию. В чистом виде данный металл получил лишь в 1829 годуБусси.
Основной областью применения магния является использование металла в качестве легкого конструкционного материала. Сплавы данного элемента все чаще начинают использоваться в автомобилестроении, полиграфии, текстильной промышленности. Данные сплавы могут использоваться в производстве корпусов автомобильных двигателей, шасси и фюзеляжей самолетов. Магний применяется не в одной лишь авиации, его используют и в изготовления лестниц, грузовых платформ, мостков в доках, подъемников и транспортеров, в производстве оптического и фотографического оборудования.
Огромную роль магний играет в металлургии. Применяется он в качестве восстановителя при производстве некоторых ценных и редких металлов - титана, ванадия, циркония, хрома. Источники электрического тока, созданные на основе магния, отличаются довольно высоким значением удельной энергетической характеристики, высокими разрядными напряжениями.
Магний, как макроэлемент, играет огромную роль в жизнедеятельности, что проявляется в том, что элемент выступает универсальным регулятором физиологических и биохимических процессов в живом организме. Образовывая обратимые связи с огромным количеством органических веществ, магний обеспечивает возможность метаболизма примерно трем сотням ферментов, а именно фосфофруктокиназы, креатинкиназы, аденилатциклазы, ферментов белкового синтеза, K-Na-АТФазы, Са-АТФазы, трансмембранного транспорта ионов, гликолиза, и других. Магний необходим и для поддержания структуры нуклеиновых кислот, некоторых белков и рибосом. Микроэлемент принимает участие в синтезе белка, реакциях окислительного фосфорилирования, образовании фосфатов богатых энергией, в обмене нуклеиновых кислот и липидов.
Биологические свойства
Как известно, в зеленых листьях растений содержатся хлорофиллы. Они являются ничем иным, как магнийсодержащими порфириновыми комплексами, участвующими в фотосинтезе.
Магний, кроме всего прочего, также очень тесно вовлечен в биохимические процессы организмов животных. Для инициирования ферментов необходимы ионы магния, отвечающие за превращение фосфатов, а также для метаболизма углеводов и для переноса нервного импульса. Кроме того, они также участвуют в процессе сокращения мышц, который инициируется ионами кальция.
Магний, как макроэлемент, играет огромную роль в жизнедеятельности, что проявляется в том, что элемент выступает универсальным регулятором физиологических и биохимических процессов в живом организме. Образовывая обратимые связи с огромным количеством органических веществ, магний обеспечивает возможность метаболизма примерно трем сотням ферментов, а именно фосфофруктокиназы, креатинкиназы, аденилатциклазы, ферментов белкового синтеза, K-Na-АТФазы, Са-АТФазы, трансмембранного транспорта ионов, гликолиза, и других. Магний необходим и для поддержания структуры нуклеиновых кислот, некоторых белков и рибосом. Микроэлемент принимает участие в синтезе белка, реакциях окислительного фосфорилирования, образовании фосфатов богатых энергией, в обмене нуклеиновых кислот и липидов.
Магний занимается контролем нормального функционирования миокардиоцитов. Микроэлемент имеет огромное значение регуляции сократительной функции миокарда. Отдельное значение магний имеет в функционировании проводящей системы сердца и нервной системы. Достаточная обеспеченность магнием организма способствует легкой переносимости стрессовых ситуаций, а также подавлению депрессии. Очень важен магний и для метаболизма натрия, кальция, фосфора, витамина С, а также калия. Магний отлично взаимодействует с А-витамином. Так что можно заметить, что магний следит за нормальным функционированием не только отдельных клеток, но и в целом отделов сердца - желудочков, предсердий.
Довольно значительное количество магния содержится в зерновых культурах (мука грубого помола, пшеничные отруби) и в орехах, урюке, кураге, финиках, какао (порошок), сливах (чернослив). Богаты магнием также рыба (особенно лососевые), хлеб с отрубями, соя, орехи, шоколад, арбузы, свежие фрукты (в частности бананы). Магний содержится в крупах (гречневая, овсяная, пшенная), бобовых (горох, фасоль), морской капусте, кальмарах, яйцах, мясе, хлебе (особенно ржаном грубого помола), зелени (шпинате, петрушке, салате, укропе), лимонах, грейпфрутах, миндале, орехах, халве (подсолнечной и тахинной), яблоках.
В организме здорового взрослого человека содержится примерно 140 г магния (что составляет 0,2% от веса тела). Принятой нормой употребления магния для взрослых равна 4 мг/кг. В среднем это составляет для мужчин 350 мг/сут, а для женщин 280 мг/сут. Суточная потребность человеческого организма в магнии составляет около 280-500 мг. Дефицит магния в организме будет вызываться употреблением алкоголя, гипертермией, приемом диуретических препаратов.
Магний является нетоксичным. Доза летального исхода не определена для человека. В результате чрезмерных передозировок соединений магния (например, антацидами) появляется риск отравления. При достижении концентраций магния в крови 15-18% мг наступает наркоз.
При желании можно добывать магний даже из обыкновенного булыжника: каждый килограмм камня, который используется для мощения дорог, содержание магния составляет примерно 20 грамм. Но в таком производстве, правда, нет пока необходимости, т.к. магний, добываемый из дорожного камня, стал бы слишком дорогостоящим удовольствием.
В одном кубическом метре морской воды содержание магния составляет примерно 4 килограмма. В общем же в составе вод мировых океанов растворено более чем 6·10 16 тонн данного химического элемента.
У примерно 90% больных, которые перенесли инфаркт миокарда, выявляют дефицит магния, усиливающийся в самом остром периоде заболевания.
При физических нагрузках потребность человеческого организма в магнии существенно увеличивается, например, у спортсменов во время интенсивных и длительных тренировок, в ходе ответственных спортивных соревнований, при возникновении стрессовых ситуаций. Потеря магния человеческим организмом в подобных ситуациях сопоставима со степенью эмоциональной или физической нагрузки.
Чтобы поджечь магний, нужно просто поднести зажженную спичку к нему, в атмосфере хлора магний начинает греть даже при сохранении комнатной температуры. При сгорании магния начинает выделяться огромное количество тепла и ультрафиолетовых лучей: четыре грамма данного «топлива» хватает для того, чтобы довести до кипения стакан с ледяной водой.
Опыты, которые провели венгерские ученые на животных, дали следующую информацию. Недостаток магния в живом организме повышает предрасположенность существа к инфарктам. Одной части собак давали пищу, которая была богата солями данного элемента, а другим - бедную. В окончании эксперимента собаки, у которых в рационе было слишком мало магния, были поражены инфарктом миокарда.
Магний отвечает за защиту организма от процессов, связанных со старением и заболеваниями.
В экспериментах с пшеничными посевами было отмечено, что влияние экстрасенсов поспособствовало увеличению в семенах количества магния.
Чем большее количество магния содержится в рационе, тем меньшей будет вероятность появления онкологических заболеваний толстой и прямой кишок. Ученые полагают, что данный микроэлемент способен воздействовать на клетки кишечника, при этом они не дают разрастаться и перерождаться им.
Соотношение мужщин иженщин, которые страдают от дефицита магниея, составлят 1:3.
Исследования ученых показали, что каждодневный прием магния в размере 500-700 миллиграмм снижает уровень триглицеридов, а также холестерина в крови. Самым усвояемым препаратом данной области является магния глицинат, всасывание его не находится в зависимости с кислотностью желудка, препарат не не вызывает поносов, раздражает кишечник.
При дефиците магния, организм «забирает» микроэлемент из костей, именно поэтому после длительной недостаточности магния наблюдается сильное отложение солей кальция на стенках артериальных сосудов, в почках и сердечной мышце.
История
Наименование магнезия встречается еще в Лейденском папирусе, который датируется третьим веком. Название происходит, скорее всего, от названия городка на гористом ландшафте Фессалии, от города Магнисия. В древности магнесийским камнем называлась магнитная окись железа, магнесом называли магнит. Данные названия со временем перешли в латинский язык и другие языки.
Вероятнее всего, внешнее сходство пиролюзита (двуокиси марганца) с магнитной окисью железа привело к тому, что магнезийский камень, магнетис и магне стали называнием минералов и руд темно-коричневой и темной окраски, а в последствие так стали называть и другие минералы.
Слово магнес (лат. Magnes) в алхимической литературе означало не одно, а многие вещества, к примеру, гераклийский камень, ртуть, эфиопский камень. Минералы, содержащие магний, также были известны со времен глубокой древности (нефрит, тальк, доломит, асбест и другие) и уже в то время они находили широкое применение.
Но их не считали индивидуальными веществами, было мнение, что это просто видоизменения других, куда более известных минералов, а чаще всего извести. Исследования минеральной воды в Эпсомском источнике в Англии, который был открыт в 1618 г. помогли установить факт того, что в минералах, содержащих магний, а также солях, присутствует особенное металлическое основание.
Грю в 1695 г. из эпсомской воды, горькой на вкус, выделил твердую соль, при этом, указав, что соль эта по своей природе ощутимо отличается от всех иных солей. В XVIII веке многие видные аналитики-химики занимались эпсомской солью, среди них и Блэк, и Бергман, и Нейман и др. После того как были открыты водные источники похожие на Эпсомский, в континентальной Европе, данные исследования стали разворачиваться еще шире.
Вероятнее всего, именно Нейман был первым, кто предложил назвать эпсомскую соль (а это был карбонат магния) не черной (пиролюзит), а белой магнезией. Земля белой магнезии (В то время земля - твердое вещество) (или «Magnesia alba»), у которой было название магнезия, фигурировала в списке простых тел Лавуазье, при этом синонимом данной земли Лавуазье считал "основание эпсомской соли" (или «base de sel d"Epsom»). В российской литературе первой половины XIX века магнезию иногда именовали горькоземом.
Дэви в 1808 году, получил небольшое количество нечистого металлического магния, подвергая электролизу белую магнезию. В чистом виде данный металл получил лишь в 1829 году Бусси. Сначала Дэви предложил называть новый элемент и новый металл магнием (лат. Magnium), но ни в коем случае не магнезией, которая в те времена означала металлическое основание пиролюзита (лат. Magnesium).
Тем не менее, после того, как название черной магнезии со временем изменили, Дэви все-таки предпочел снова называть металл магнезием. Хотелось бы отметить тот факт, что первоначально название «магний» уцелело лишь в русском языке, произошло это лишь благодаря учебнику Гесса. Ученые начала XIX века предлагали еще несколько различных вариантов названия, например, магнезий, горькоземий (Щеглов), магнезь (Страхов).
Нахождение в природе
Земная кора довольно богата магниемсодержание в ней магния составляет более 2,1% по массе. Всего лишь 6 элементов периодической системы химических элементов Дмитрия Ивановича Менделеева встречаются на нашей планете чаще, чем магний. Магний находится в составе около двух сотен минералов. А вот получают его по большей части всего из трех - карналлита, магнезита и доломита.
Магний присутствует в горных кристаллических породах в форме нерастворимого карбоната или сульфата, кроме того, (но в куда менее доступном виде) в форме силикатов. Оценка общего содержания магния в огромной степени зависит от используемой на практике геохимической модели, а конкретно, от весового отношения осадочных и вулканических горных пород. На данный момент используют значения 2% -13,3%. Скорее всего, самым приемлемым считается значение 2,76%, ведь оно ставит магний шестым по распространенности после кальция, которого (4,66%) и перед калием (1,84%) и натрием (2,27%).
В Российской Федерации находятся богатейшие месторождения магнезита, которые располагаются в Оренбургской области (Халиловское) и на Среднем Урале (Саткинское месторождение). В районе г. Соликамска разрабатывают самое крупное во всем мире месторождение одного из важнейших магниевых минералов - карналлита. Доломит считается самым распространенным магнийсодержащим минералом, наиболее часто встречается он в Московской и Ленинградской областях, Донбассе, а также многих других местах.
Существенные просторы суши, как, например, Доломитовые Альпы на территории современной Италии, состоят по большей части из минерала под названием доломит MgCa(CO3)2. В таких местах можно повстречать в том числе и осадочные минералы магния: карналлит K2MgCl4·6H2O, магнезит MgCO3, лангбейнит K2Mg2(SO4)3, эпсомит MgSO4·7H2O.
Огромные запасы магния присутствуют в воде океанов и морей, а также в составе природных рассолов. В некоторых государствах именно эти воды и выступают важнейшим сырьем при получении магния. Среди всех металлических элементов по содержанию в воде морей и океанов магний уступает лишь натрию. В одном кубическом метре морской воды присутствует примерно четыре килограмма магния. Магний присутствует и в пресной воде, наряду с кальцием обусловливая ее жесткость.
Важнейшими видами нахождения магниевого сырья выступают:
- - морская вода — (Mg 0,12-0,13 %)
- - бишофит - MgCl2 . 6H2O (Mg 11,9 %)
- - карналлит - MgCl2 KCl 6H2O (Mg 8,7 %)
- - брусит - Mg(OH)2 (Mg 41,6 %).
- - эпсомит - MgSO4 7H2O (Mg 16,3 %)
- - кизерит - MgSO4 H2O (Mg 17,6 %)
- - каинит - KCl MgSO4 3H2O (Mg 9,8 %)
- - доломит - CaCO3·MgCO3 (Mg 13,1 %)
- - магнезит - MgCO3 (Mg 28,7 %)
Магнезиальные соли в огромнейших количествах встречаются среди солевых отложений самосадочных озёр. Во многих странах известны месторождения карналлита - ископаемых осадочных солей.
Магнезит преимущественно образуется в гидротермальных условиях, он относится к гидротермальным месторождениям со средней температурой. Доломит тоже является очень важным магниевым сырьём. Доломитовые месторождения доломита распространены, а их запасы огромны. Их часто ассоциируют с карбонатными толщами, большинство из которых имеет пермский или докембрийский возраст. Залежи доломита формируются осадочным путём, но они могут возникать и при воздействии гидротермальных растворов на известняки, а также поверхностных или подземных вод.
Типы месторождений магния
- - Морская вода
- - Ископаемые минеральные отложения (калийно-магнезиальные и магнезиальные соли)
- - Природные карбонаты (магнезит и доломит)
- - Рассолы (рапа из соляных озёр)
Применение
Магний является самым легким конструкционным материалом, используемым в промышленных масштабах. Плотность магния (1,7 г/см3) равна менее чем двум третьим плотности алюминия. Магниевые сплавы весят в четыре раза меньше стали. Кроме всего прочего, магний отлично поддается обработке, а также может быть отлит или переделан любыми из стандартных методов металлообработки (штамповка, прокатка, волочение, ковка, клепка, сварка, пайка). Именно поэтому основной областью применения магния является использование металла в качестве легкого конструкционного материала.
Наиболее широко применяют сплавы магния с марганцем, алюминием и цинком. Каждый компонент данного ряда вносит собственный вклад в обобщающие свойства сплава: цинк и алюминий способны сделать сплав более прочным, марганец повышает антикоррозионные свойства сплава. Магний делает сплав легким, детали, выполненные из магниевого сплава, на 20%-30% легче, чем алюминиевые и на 50%-75% легче, чем чугунные и стальные детали. Сплавы данного элемента все чаще начинают использоваться в автомобилестроении, полиграфии, текстильной промышленности.
Сплавы на основе магния, как правило, содержат долю магния более 90%, кроме того от 2% до 9% алюминия, от 1% до 3% цинка и от 0,2% до 1% марганца. При высокой температуре (примерно до 450° С) заметно улучшается прочность сплава в процессе сплавления с редкоземельными металлами (к примеру, неодимом и празеодимом) либо торием. Данные сплавы могут использоваться в производстве корпусов автомобильных двигателей, шасси и фюзеляжей самолетов. Магний применяется не в одной лишь авиации, его используют и в изготовления лестниц, грузовых платформ, мостков в доках, подъемников и транспортеров, в производстве оптического и фотографического оборудования.
Магниевые сплавы находят широкое применение в самолетостроении. В далеком 1935 году в Советском Союзе был сконструирован самолет «Серго Орджоникидзе», который почти на 80% состоял из магниевых сплавов. Данный самолет успешно выдерживал все испытания, он долгое время эксплуатировался в тяжких условиях. Ядерные реакторы, ракеты, детали моторов, баки для масла и бензина, корпуса легковых автомобилей, вагонов, автобусов, колеса, отбойные молотки, маслопомпы, пневмобуры, кино- и фотоаппараты, бинокли — все это краткий перечень деталей, приборов и узлов, при изготовлении которых используются магниевые сплавы.
Огромную роль магний играет в металлургии. Применяется он в качестве восстановителя при производстве некоторых ценных и редких металлов - титана, ванадия, циркония, хрома. Если ввести магний в расплавленный чугун, чугун сразу модифицируется, т.е. улучшается его структура и повышаются механические свойства. Из такого модифицированного чугуна можно изготавливать отливки, которые с успехом заменят стальные поковки. В металлургии магний используется для раскисления сплавов и стали.
Многие соединения магния также находят широкое применение, особенно это касается его оксида, сульфат и карбонат.
Магний в форме чистого металла и его химические соединения (перхлорат, бромид) применяют в производстве очень мощных электрических резервных батарей (к примеру, серно-магниевый элемент, магний-перхлоратный элемент, хлористомедно-магниевый элемент,магний-ванадиевый элемент, хлористосвинцово-магниевый элемент, хлорсеребряно-магниевый элемент и т.д.), а также сухих элементов (висмутисто-магниевый элемент, марганцево-магниевый элемент и др). Источники электрического тока, созданные на основе магния, отличаются довольно высоким значением удельной энергетической характеристики, высокими разрядными напряжениями. В последнее время в ряде государств обострилась проблема создания аккумуляторной батареи с большим сроком эксплуатации, т.к. эмпирические данные позволили утверждать, что огромные перспективы широкого его использования (доступность сырья, высокая энергия, экологичность) предоставляет магний.
Производство
Металлический магний получают двумя способами: электролитическим и электротермическим (либо металлотермическим). Как следует из названий методов, в обоих процессах присутствует электрический ток. Но во втором случае роль электричества сводится лишь к обогреванию реакционных аппаратов, восстанавливают же окись магния, которая была получена из минералов, одним из восстановителей, к примеру, алюминием, углем, кремнием. Данный метод довольно перспективен, в последние годы он все большее находит свое применение. Тем не менее, основным промышленным способом получения магния остается первый, т.е. электролитический.
Магний в больших количествах производится путем электролиза расплава смесей хлоридов магния, натрия и калия либо кремнийтермическим восстановлением. В электролитическом процессе используется либо безводный расплавленный хлорид магния MgCl2 (при температуре 750° С), либо (при более низкой температуре) хлорид магния, частично гидратированный и выделенный из морской воды. Процент содержания хлорида магния в данном расплаве составляет около 5-8%. Вместе со снижением концентрации уменьшается и выход магния по электрическому току, при повышении концентрации – увеличивается расход потребляемой электроэнергии. Процесс проходит в специально подготовленных ваннах-электролизерах. На поверхность ванны всплывает расплавленный магний, а оттуда его выбирают вакуум-ковшом время от времени, ну а затем разливают магний по формам.
После всего этого магний очищают при помощи переплавки с флюсами, а также зонной плавкой либо возгонкой в вакууме. Есть возможность магний двумя путями: возгонкой в вакууме или переплавкой и флюсами. Смысл последнего метода является общеизвестным: флюсы, т.е. специальные добавки, взаимодействуют с примесями, в результате превращают их в соединения, легко отделяемые механическим путем от металла. На а вакуумная возгонка, т.е. первый способ, требует куда более совершенной аппаратуры, однако с помощью данного метода можно получать намного более чистый магний.
Возгонка ведется в специальных аппаратах под вакуумом, это стальные цилиндрические реторты. «Черновой», т.е. прошедший первичную обработку металл помещается на дно такой реторты, затем ее закрывают, после чего выкачивают воздух. После этого нагревают нижнюю часть реторты, в это время верхняя часть на протяжении всего времени охлаждается при помощи наружного воздуха. Действие высокой температуры сказывается на том, что магний начинает возгоняться, т.е. переходить в газообразное состояние, при этом вещество минует жидкое состояние. Пары магния поднимаются и начинают конденсироваться на холодных стенках в верхней части реторты. Данный метод позволяет получать особенно чистый металлический магний, содержание магния в котором превышает 99,99%.
Термические способы получения магния требуют в качестве сырья доломит либо магнезит, из которых при помощи прокаливания получается оксид MgO. Во вращающихся или ретортных печах с угольными или графитовыми нагревателями данный оксид восстанавливается кремнием до металла (при силикотермическом способе) либо до Са2 (при карбидотермическом способе) на температуре 1280-1300°С, или углеродом (при карботермическом способе) на температуре свыше 2100 °С. В последнем карботермическом способе (MgO + С = Mg + CO) образуется смесь угарного газа и паров магния, которую быстро охлаждают инертным газом во время выхода ее из печи для того, чтобы предотватить обратную реакцию магния с угоарным газом (СО).
Физические свойства
Магний представляет собой блестящий серебристо-белый металл, пластичный и ковкий, сравнительно мягкий. Прочность и твердость магния для литых образцов минимальны по распространенности, более высоки для прессованных образцов. Магний практически в пять раз легче, чем медь и в четыре с половиной раза легче, чем железо. Даже, как его называют, «крылатый» металл алюминий в полтора раза тяжелее, чем магний.
Температура плавления у магния не так высока, как у некоторых других металлов и составляет всего 650°С, однако расплавить магний в обычных условиях довольно трудно: при нагревании в атмосфере воздуха до температуры 550 °С, магний вспыхивает и незамедлительно сгорает очень ярким ослепительным пламенем (данной свойство магния очень широко используется в изготовлении предметов пиротехники). Чтобы поджечь данный металл, нужно просто поднести зажженную спичку к нему, в атмосфере хлора магний начинает греть даже при сохранении комнатной температуры. При сгорании магния начинает выделяться огромное количество тепла и ультрафиолетовых лучей: четыре грамма данного «топлива» хватает для того, чтобы довести до кипения стакан с ледяной водой.
Металлический магний имеет гексагональную кристаллическую решетку. Температура кипения магния равна 1105°C, плотность металла составляет 1,74 г/см3 (таким образом, магний является очень легким металлом, легче которого лишь кальций, а также щелочные металлы). У магния стандартный электродный потенциал Mg/Mg2+ -2,37В. Среди ряда стандартных потенциалов располагается он перед алюминием и за натрием. Атомный радиус магния 1,60Å, а ионный радиус составляет Mg2+ 0,74Å.
Поверхность магния всегда покрыта плотной оксидной пленкой оксида MgO, которая при обычных условиях защищает металл от разрушения. Лишь при нагревании до температуры свыше 600°C он начинает гореть на воздухе. Магний горит испуская яркий свет, который по своему спектральному составу близок к солнечному. Именно поэтому фотографы при недостаточной освещенности раньше проводили съемку на свету горящей магниевой ленты.
Теплопроводность металла при комнатной температуре 20 °C составляет 156 Вт/(м.К). Высоко чистый магний пластичен, он хорошо прессуется, металл отлично поддается обработке резанием и прокатывается. Удельная теплоемкость металла (при комнатной температуре 20 °С) составляет 1,04·103 дж/(кг·К), или 0,248 кал/(г·°С).
У магния показатель термического коэффициента линейного расширения (интервал от 0 до 550 °С) определяется уравнением 25,0·10-6 + 0,0188 t. Металл обладает удельным электрическим сопротивлением (при комнатной температуре 20 °С) равным 4,5·10-8 ом·м (4,5 мком·см). Магний является парамагнитным металлом, его удельная магнитная восприимчивость составляет +0,5·10-6.
Магний это относительно пластичный и мягкий металл, механические свойства магния во многом зависимы от способа обработки данного металла. К примеру, при комнатной температуре 20 °С свойства соответственно деформированного и литого магния можно охарактеризовать следующими показателями: твердость по Бринеллю 35,32·107 н/м2(30 и 36 кгс/мм2) и 29,43·107, предел текучести8,83·107 н/м2 (2,5 и 9,0 кгс/мм2) и 2,45·107, предел прочности 19,62·107 н/м2(11,5 и 20,0 кгс/мм2) и 11,28·107, относительное удлинение 11,5% и 8,0.
Давление паров магния (в мм.рт.ст.) составляет:
- - 0,1 (при температуре 510°C)
- - 1 (при температуре 602°C)
- - 10 (при температуре 723°C)
- - 100 (при температуре 892°C)
- - 0,983 (при температуре 25°C)
- - 1,6 (при температуре 100°C)
- - 1,31 (при температуре 650°C)
Стандартная энтальпия образования равна ΔH (298 К, кДж/моль): 0 (т), а стандартная энергия образования Гиббса составляет ΔG (298 К, кДж/моль): 0 (т). Стандартная энтропия S образования имеет занчение(298 К, Дж/моль·K): 32,7 (т), тогда как стандартная мольная теплоемкость магния Cp (298 К, Дж/моль·K) рана 23,9 (т). Энтальпия плавления металла ΔHпл (кДж/моль) равна 9,2, а энтальпия кипения ΔHкип (кДж/моль) равна 131,8.
Химические свойства
Поверхность магния всегда покрыта плотной оксидной пленкой оксида MgO, которая при обычных условиях защищает металл от разрушения. Лишь при нагревании до температуры свыше 600°C он начинает гореть на воздухе. Магний горит испуская яркий свет, который по своему спектральному составу близок к солнечному. Именно поэтому фотографы при недостаточной освещенности раньше проводили съемку на свету горящей магниевой ленты. В процессе сгорания магния на воздухе, начинает образовываться белый рыхлый порошок оксида MgO:- 2Mg + O2 = 2MgO.
- 3Mg + N2 = Mg3N2.
- Mg + 2H2O = Mg(OH)2 + H2.
- 2Mg + CO2 = 2MgO + C.
Способность магния продолжать гореть как в атмосфере углекислого, так и в воде, очнь сильно усложняет попытки тушения пожаров, в которых начинают гореть конструкции, выполненные из магния либо его сплавов.
MgO - оксид магния, представляет собой рыхлый белый порошок, который не реагирует с водой. Когда-то он назывался жженой магнезией либо просто магнезией. Данный оксид обладает важнейшими свойствами, он вступает в реакцию с самыми разными кислотами, к примеру:
- MgO + 2HNO3 = Mg(NO3)2 + H2O.
- 2NaOH + MgSO4 = Mg(OH)2 + Na2SO4.
Т.к. оксид магния во взаимодействии с водой не образует щелочей, а основание Mg(OH)2 не обладает щелочными свойствами, магний не относится к щелочноземельным металлам, в отличие от таких элементов своей группы, как кальций, стронций барий.
Металлический магний реагирует с галогенами в комнатной температуре, к примеру, с бромом:
- Mg + Br2 = MgBr2.
- Mg + S = MgS.
- Mg2C3 + 4Н2О = 2Mg(OH)2 + С3Н4.
Именно поэтому Mg2C3 часто называют пропиленидом магния.
Поведение магния имеет сходные черты с поведением такого щелочного металла, как литий (например, диагональное сходство элементов в таблице Дмитрия Ивановича Менделеева). Как, магний, так и литий, реагируют с азотом (у магния реакция с азотом идет после нагревания), а в результате следует образование нитрида магния:
- 3Mg + N2= Mg3N2.
- Mg3N2 + 6Н2О = 3Mg(ОН)2 + 2NН3.
У магния сходство с литием проявляется еще и в том, что карбонат магния MgCO3 и фосфат Mg3(PO4)2 магния в плохо растворимы воде, точно также, как и соли лития, соответствующие данным соединениям.
Магний сближает с кальцием то, что присутствие растворимых гидрокарбонатов данных элементов в воде влияет на жесткость воды. Жесткость, которая вызвана Mg(HCO3)2 - гидрокарбонатом магния является временной. В процессе кипячения гидрокарбонат магния разлагается, в результате чего выпадает в осадок основной его карбонат - (MgOH)2CO3 - гидроксокарбонат магния:
- 2Mg(HCO3)2 = (MgOH)2CO3 + 3CO2 + Н2О