магний в химии что это

Магний: способы получения и химические свойства

Магний Mg — это щелочной металл. Серебристо-белый, относительно мягкий, пластичный, ковкий металл. На воздухе покрыт оксидной пленкой. Сильный восстановитель.

Относительная молекулярная масса M_r = 24,305; относительная плотность для твердого и жидкого состояния d = 1,737; t_пл = 648º C; t_кип = 1095º C.

Способ получения

1. В результате электролиза расплава хлорида магния образуются магний и хлор :

2. Нитрид магния разлагается при 700 — 1500º С образуя магний и азот:

3. Оксид магния легко восстанавливается углеродом при температуре выше 2000º С, образуя магний и угарный газ:

MgO + C = Mg + CO

4. Оксид магния также легко восстанавливается кальцием при 1300º С с образованием магния и оксида кальция:

MgO + Ca = CaO + Mg

Качественная реакция

Качественной реакцией для магния является взаимодействие соли магния с любой сильной щелочью, в результате которой происходит выпадение студенистого осадка:

1. Хлорид магния взаимодействует с гидроксидом калия и образует гидроксид магния и хлорид калия:

MgCl₂ + 2KOH = Mg(OH)₂ + 2KCI

Химические свойства

1.1. Магний взаимодействует с азотом при 780 — 800º С образуя нитрид магния:

1.2. Магний сгорает в кислороде (воздухе) при 600 — 650º С с образованием оксида магния:

2Mg + O₂ = 2MgO

1.4. С водородом магний реагирует при температуре 175º C, избыточном давлении и в присутствии катализатора MgI₂ с образованием гидрида магния:

2. Магний активно взаимодействует со сложными веществами:

2.2. Магний взаимодействует с кислотами:

2.2.1. Магний реагирует с разбавленной соляной кислотой, при этом образуются хлорид магния и водород :

Mg + 2HCl = MgCl₂ + H₂ ↑

2.2.2. Реагируя с разбавленной азотной кислотой магний образует нитрат магния, оксид азота (I) и воду:

2.2.3. В результате реакции сероводородной кислоты и магния при 500º С образуется сульфид магния и водород:

Mg + H₂S = MgS + H₂

2.3. Магний вступает в реакцию с газом аммиаком при 600 — 850º С. В результате данной реакции образуется нитрид магния и водород:

2.4. Магний может вступать в реакцию с оксидами :

2.4.1. В результате взаимодействия магния и оксида азота (IV) при температуре 150º С в вакууме, в этилацетилене образуется нитрат магния и оксид азота (II):

2.4.2. Магний взаимодействует с оксидом кремния при температуре ниже 800º С в атмосфере водорода образуя силицид магния и оксид магния:

4Mg + SiO₂ = Mg₂Si + MgO,

а если температуру поднять до 1000º С, то в результате реакции образуется кремний и оксид магния:

2Mg + SiO₂ = Si + 2MgO

Источник

Магний как химический элемент таблицы Менделеева

Как был открыт Магний

История открытия магния началась уже в древние времена. В Магнезии (современная Греция) были обнаружены два черных минерала. Им дали название «магнезы» — по месту их обнаружения. В те времена их считали «разнополыми металлами». Магний приняли за минерал мужского пола, так как он притягивал металлы. А марганец женского пола за способность обесцвечивать стекло. Сейчас сложно определить как о нем стало известно в те времена, но в 17 веке магний уже был распространен повсеместно из-за его целебных свойств. В 1618 году фермер из Эпсома в Англии попытался дать коровам воду из колодца. Коровы отказались пить из-за горького вкуса воды, но фермер заметил, что вода словно исцеляет царапины и сыпь. Вещество стало известно как соли Эпсома и его слава распространилась по всей Европе. Это вещество было в конечном счете признано гидратированным сульфатом магния.

Отделить магний из минерала удалось только в 1808 году. Английский ученый Хэмфри Дэви методом электролиза смог выделить чистый магний из магнетита и оксида ртути. Как оказалось позже, ему удалось выделить не чистый элемент, а только оксид магния. В 1828 году французский химик Антуан Бюсси смог произвести небольшое количество чистого магния, нагревая сухой хлорид магния с калием в качестве восстановителя. В 1833 году Майкл Фарадей первым стал производить магний электролизом расплавленного хлорида магния. Основываясь на этих экспериментах, немецкий химик Роберт Вильгельм Бунзен работал в 1840-х и 1850-х годах над процессами производства магния электролизом расплавленных солей с использованием разработанного им метода Бунзена. В 1852 году он разработал электролизер для производства большого количества магния из расплавленного безводного хлорида магния. На сегодняшний день, этот способ является предпочтительным для производства магния.

Где и как добывают Магний

Ежегодная добыча магния составляет около миллиона тонн. Основными поставщиками магния являются Китай, Россия и США. При этом на Китай приходится порядка 80% от этого числа, а на Россию 15% и соответственно США около 5%. Добыча магния осуществляется и в других странах, но она в сравнении является незначительной.

Магний в основном добывается двумя способами. Первый заключается в электролизе расплава расплавленного хлорида магния в ячейках Даунса. Ячейки Даунса состоят из больших железных желобов, которые нагреваются снизу. В качестве анодов служат графитовые стержни. Образующийся газообразный хлор собирается в верхней части ячейки и снова используется для производства хлорида магния из оксида магния. Кальций и хлорид натрия добавляют к расплавленной соли, чтобы понизить температуру плавления хлорида магния.

Вторым способом на сегодняшний день пользуется Китай и производит около 80% от общего объема магния.

Распространенность Магния

Что касается распространенности этого химического элемента во Вселенной, то тут можно отметить, что этот химический элемент является довольно распространенным. Он самовоспроизводится в крупных стареющих звездах в результате добавления трех ядер гелия в ядро углерода. Когда такие звезды взрываются как сверхновые, большая часть магния выбрасывается в межзвездную среду. Там уже соответственно магний может перебраться в другую звездную систему. Поэтому магний занимает почетное девятое место по распространенности во Вселенной.

Что же касается Земли, то тут можно отметить, что магний занимает четвертое место. Его опережают только железо, кислород и кремний. На долю магния приходится 13% от массы нашей планеты. Что же касается земной коры, то он занимает восьмое место по массе атомов. Если брать элементы растворенные в мировом океане, тот тут он замыкает тройку лидеров, после натрияя и хлора.

В природе в чистом виде он не встречается из-за высокой реакционной способности. По большей своей части он встречается в виде сульфатов, карбонатов, силикатов и хлоридов. Наиболее значимыми магнийсодержащими минералами являются доломит, магнезит, оливин, энстатит и кизерит. Еще к довольно известным минералам относят серпентин, тальк, сепиолит и карналлит.

Применение Магния

Применение магния очень широкое благодаря его легкодоступности и нетоксичности. Он затрагивает многие отрасли начиная от технических и заканчивая медициной. Технические подразумевают собой автомобиле строение, военно-космический комплекс, электронные устройства и многие другие. В автомобилестроении из магния изготавливаются многие части двигателя внутреннего сгорания. В военно-космическом комплексе множество частей шатлов и ракетных установок. Все это благодаря маленькому весу и высокой прочности некоторых сплавов. В электронике нет ни одного устройства в котором бы не содержался бы магний. Банально мобильные телефоны, планшеты и ноутбуки имеют в своем составе печатные платы, динамики процессоры, которые изготавливаются с примесями магния.

Так же стоит отметить металлургическую промышленность. В сплавах многих коммерчески важных металлов присутствует примесь магния. Еще магний используется в качестве восстановителя при отделении урана, титана и разного рода солей. Так же можно добавить, что магниевая примесь используется в качестве легирующего металла при производстве алюминия.

В химической промышленности магний используется при изготовлении удобрений, чтобы компенсировать недостаток магния в почве. Так же некоторые соединения магния используются в качестве присадок к различным видам технических жидкостей и многое другое.

Интересные факты

Интересных фактов связанных с магнием достаточно много из-за широкого круга использования. Стоит начать с того, что магний является неотъемлемой частью жизни на Земле и для человека в том числе. Этот химический элемент является чрезвычайно важным для нормального функционирования человеческого организма из-за его влияния на белки ферментных реакциях.

Кроме всего вышеперечисленного не стоит забывать, что магниевая стружка является взрывоопасным веществом. Причем магниевая пыль может самовоспламениться в воздухе. Еще интересным моментом является то, что на сегодняшний день известен 21 изотоп магния, что довольно-таки немало и причем стабильных из них только 3.

Источник

История открытия

Новая эра развития химии началась в XVII веке. В этот период химик из Англии по фамилии Гро совершил открытие, приблизившее учёных к выделению магния. В 1695 г. во время выпаривания эпсомской минеральной воды он получил горькую соль, обладавшую свойством слабительного.

Через несколько лет исследования показали, что взаимодействие вещества с содой и карбонатом калия даёт белый рыхлый порошок. Этот же результат был получен во время прокаливания минерала, который был найден рядом с городом Магнезия в Греции. Из-за этого сходства соль стали назвать белой магнезией.

Непосредственно магний впервые был получен Хэмфри Дэви в 1808 г. Учёный проводил электролиз белой магнезии, в которую он добавил небольшое количество воды и ртутной окиси. Эта реакция привела к образованию амальгамы металлического вещества. Полученный металл после выведения получил название «магний».

Следует отметить, что реактив имел различные примеси. Чистый элемент в 1829 г. вывел французский химик Антуан Александр Брутус Бюсси.

Определение и физическая характеристика

Вещество является представителем II группы периодической системы химических элементов.

Ему можно дать следующую характеристику:

Реагент в компактном состоянии представляет собой блестящий металл серебристо-белого цвета. Под воздействием воздуха он тускнеет, так как на поверхности образуется плёнка окиси.

Горит металлический реагент ослепительным пламенем белого цвета. Скорость, с которой вспыхивает вещество, во много раз превосходит скорость одёргивания руки. Из-за этого физического свойства магния человеку, поджигающему элемент, необходимо соблюдать все положенные правила техники безопасности. В противном случае, он получит серьёзный ожог кожи. Для наблюдения за процессом горения следует использовать тёмные очки или стекло. Без этих мер предосторожности повышает риск получения ожога сетчатки, который приводит к временной слепоте.

Химические свойства

Все стабильные соединения элемента имеют валентность равную двум, а электронная формула магния или схематичное строение его атома имеет вид: 1s2 2s2 2p6 3s2.

Даже при нагревании до 350 °C компактный магний подвергается незначительному окислению, поскольку он покрыт оксидной плёнкой. Горит реагент при температуре от 600 до 650 °C, при этом образуются оксид и нитрит элемента. Нитрит также можно получить, нагрев вещество до 500 °C в азотной среде.

Элемент относится к активным веществам. Кроме того, выделяют следующие химические свойства магния:

Реагент представляет собой сильный восстановитель. Нагретый магний вытесняет некоторые металлы и неметаллы из оксидов и галогенидов. Существует множество металлоорганических соединений вещества, которые делают его одним из важнейших элементов органического синтеза.

Реагент легко создаёт сплавы со многими металлами, а потому на нём основывается производство множества очень важных лёгких материалов.

Нахождение в природе

Земля очень богата магнием. Всего шесть химических реагентов встречаются в природе чаще, чем это вещество. Большая часть элемента находится в мантии планеты, в земной коре его меньше. Чаше всего его обнаруживают в основных породах и граните. И также элемент содержится в различных минералах, образованных магмой.

В основном чистый магний добывают из трёх минералов:

В России самые большие залежи магнезита находятся на Среднем Урале и в Оренбургской области. Карналлит добывается около города Соликамска, следует отметить, что это месторождение самое крупное в мире. Наиболее распространённый минерал доломит встречается в Московской и Ленинградской областях, а также других регионах страны.

В биологической среде планеты соединения магния постоянно перемещаются и изменяются. Лишь малая часть элемента задерживается в круговороте веществ, происходящем на материках, большое количество реагента уносится реками в океан. Несмотря на то что по содержанию в морской воде магний уступает только натрию, непосредственно сама жидкость не имеет насыщения элементом, а его соли в открытом океане не выпадают в осадок.

Вещество в составе различных соединений накапливается в солях, остающихся после того, как из лагун испаряется вода.

Получение в промышленности

В промышленных условиях для получения магния чаще всего применяют электролиз безводного хлорида или обезвоженного карналлита. Процесс проходит следующим образом:

Кроме этого метода, на производстве применяются металлотермический и углетермический способы получения магния. В первом случае брикеты из раскалённого и разложившегося доломита смешивают с восстановителем и нагревают в вакууме при температуре 1300 °C. Полученные в результате магниевые пары образуют конденсат, когда температура опускается до 400−500 °С. Чтобы очистить металл, применяют переплавку под флюсом или в вакууме. Чистый элемент разливают в изложницы.

При использовании второго метода брикеты, состоящие из угля и магниевой окиси, разогревают в электрических печах до 2100 °C. Превратившийся в пар металл отгоняют и конденсируют.

Также вещество добывают из морской воды. Для этого сырьё в очень больших баках смешивают с суспензией гидроксида кальция, который получают, перемалывая морские раковины. В результате происходящей химической реакции образуется особая суспензия, которая после высыхания становится хлоридом магния. После этого продукт подвергают электролитическим процессам.

Кроме морской воды, для выгонки магния может использоваться вода некоторых соленых озер. В Российской Федерации такие озёра находятся в Крыму, Поволжье и других регионах.

Применение вещества

Наибольшее количество металла потребляет металлургия. На его основе создаётся множество сплавов. Часто вещество используют в металлотермических процессах, чтобы получить редкие металлы, а также те, которые трудно восстановить. Применяется реагент для раскисления и десульфурации металлических веществ. Различные порошковые смеси на основе магния используются в качестве осветительных и зажигательных.

Соединения, содержащие реагент, нашли широкое применение в различных сферах жизнедеятельности. К примеру, в медицине, лекарства с магнием позволяют избавить пациентов от спазмов и судорог, успокоить нервы и так далее.

Магний в организмах

Магний содержится во всех растениях и животных. Вещество концентрируется в некоторых морских организмах. Максимальное количество металлического элемента содержится в известковых губках — до 4%.

Входит этот реагент и в состав хлорофилла зелёных растений. В общей сложности на их долю приходится 100 миллиардов тонн вещества. Учёные обнаружили магний во всех компонентах, необходимых клеткам живых организмов для существования. Этот элемент запускает многие ферменты и позволяет хромосомам и коллоидным системам растений сохранять стабильность. Кроме того, реагент поддерживает в клетках тургорное давление. Благодаря магнию растения лучше поглощают и усваивают находящийся в земле фосфор.

Люди и животные получают металлический элемент с пищей. Суточная норма потребления для человека составляет от 0,3 до 0,5 г. У детей и беременных женщин потребность в веществе несколько выше. У здорового человека в крови должно содержаться около 4,3 мг/% магния. В организме основным потребителем реагента является печень, но большая часть поглощённого ею металла постепенно переходит в кости и мышцы.

Переизбыток и недостаток

Магний практически безвреден для организма, хотя некоторым его соединениям и присвоен II класс опасности. В основном же металл в разных видах приносит лишь пользу. А страдают люди, животные и растения чаще всего от недостатка или переизбытка вещества.

Когда металла в организме слишком мало, увеличивается риск развития сахарного диабета, болезней почек и кишечника. У людей, страдающих от недостатка микроэлемента, часто болит голова, начинается бессонница, появляются спазмы мышц, быстро наступает утомление. При отсутствии лечения это может привести к различным более серьёзным заболеваниям, повышается возможность заболеть раком.

Прежде чем приступать к восстановлению уровня вещества в организме, необходимо проконсультироваться с врачом и установить степень потребности в веществе. После сдачи анализов доктор назначит переменный или постоянный на протяжении какого-то времени приём соответствующих лекарственных препаратов, принимать которые следует строго по инструкции.

При переизбытке микроэлемента у людей появляются следующие болезни:

Когда в почве содержится недостаточное количество вещества, у растений начинается мраморность листвы и хлороз. Отсутствие магния в рационе вызывает у крупного рогатого скота травяную тетанию.

Магний относится к жизненно необходимым микроэлементам. Сложно переоценить роль этого вещества в животных и растительных организмах. Его отсутствие в достаточном количестве способно возбудить множество заболеваний.

Источник

Магний (Mg, Magnesium)

История магния

Магний в виде металла был впервые получен Гемфри Дэви в 1808 году. Английский химик проводил процесс электролиза между влажной смесью белой магнезии и оксидом ртути, в результате чего получил сплав ртути с неизвестным металлом (амальгаму). После выгонки ртути Дэви получил новое вещество – порошок металла, который был назван магнием (calorizator). Через два десятилетия, в 1828 году француз А.Бюсси получил чистый металлический магний.

Общая характеристика магния

Магний является элементом главной подгруппы II группы III периода периодической системы химических элементов Д.И. Менделеева, имеет атомный номер 12 и атомную массу 24,305. Принятое обозначение – Mg (от латинского Magnesium).

Нахождение в природе

По количеству содержания в земной коре магний занимает 8-е место среди минеральных веществ, он очень распространён. Природными источниками магния являются морская вода, ископаемые минеральные отложения и рассолы.

Физические и химические свойства

Магний является лёгким и ковким металлом, его цвет – серебристо-белый с явным металлическим блеском. В обычном состоянии покрыт плёнкой оксида магния, которую можно разрушить, нагрев металл до 600-650˚С. Магний сгорает, выделяя ослепительно белое пламя и образуя оксид и нитрид магния.

Суточная потребность в магнии

Суточная потребность в магнии зависит от возраста, пола и физического состояния человека. Для здорового взрослого человека составляет от 400 до 500 мг.

Продукты питания богатые магнием

В продуктах питания содержится различное количество магния, расположим их по мере убывания содержания полезного микроэлемента:

Усвояемость магния

Всасывание органических соединений магния в основном происходит в двенадцатиперстной и толстой кишках, при чрезмерном употреблении кофеина, алкоголя и калия организм теряет значительную часть магния с мочой.

Взаимодействие с другими

Для организма важен баланс между кальцием и магнием, потому что именно эти минералы отвечают за нормальное состояние костной ткани и зубов. В аптечных витаминно-минеральных комплексах количество кальция и магния содержится в оптимальных количествах.

Натрий, магний и фосфор регулируют процессы в нервной системе и отвечают за мышечную активность. Обменные процессы магния в организме происходят с помощью витаминов В6, D, Е и калия.

Признаки нехватки магния

Нехватку магния в организме могут вызвать болезни почек, расстройство желудка, приём мочегонных средств и некоторых контрацептивов, чрезмерное увлечение алкоголем и кофеином. Признаками нехватки магния считают бессонницу, раздражительность, головокружения, нарушения сердцебиения и скачки кровяного давления, частые головные боли, чувство усталости, мерцающие точки перед глазами, судороги, мышечные спазмы, выпадение волос.

Признаки избытка магния

Признаками избытка магния считают:

Полезные свойства магния и его влияние на организм

Магний важен для эффективного функционирования нервов и мышц, важен для превращения сахара крови в энергию. Магний поддерживает здоровое состояние зубов, помогает предупредить отложения кальция, камни в почках и желчном пузыре, приносит облегчение при несварении. Организм человека содержит приблизительно 21 г магния.

Магний нормализует деятельность сердечно-сосудистой и эндокринной систем организма, функции головного мозга, оказывает помощь при выведении токсинов и тяжёлых металлов.

Применение магния в жизни

Соединения магния (сплавы) используются в самолётостроении и автомобильном производстве из-за прочности и лёгкости магниевых сплавов. Магний применяется как химический источник тока, в медицине, военном деле, в фотографии.

Источник