Магний металл так как. Получение магния

Магний и его соединения достаточно давно известны людям. Впервые соли магния были получены еще в 1695 году английским врачом. Врач проводил анализ воды из ближайшего источника. При выпаривании жидкости получилась соль с горьковатым привкусом. Аптекари и врачи считали, что полученная в результате реакции соль можно применять в лечебных целях. Соль стали называть белой магнезией.

Однако, относительно чистый магний был получен намного позже. Химик Дэви получил металл (как и другие активные металлы) в результате процесса электролиза. Однако, магний, полученный Г. Дэви в результате реакции, еще нельзя было назвать чистым. Чистый магний был получен Бюсси несколько позже - в 1828 году.

Характеристика магния

Физические свойства

Магний имеет белый цвет, а также обладает характерным блеском. Магний достаточно мягок, имеет хорошую пластичность и ковкость. Элемент имеет относительно небольшую температуру плавления - около 650° С. На открытом воздухе магний тускнеет. Это происходит потому, что на поверхности куска металла образуется оксидная пленка. Магний хорошо горит ярким белым пламенем.

Химические свойства

Магний является активным элементом. Как правило, этим и объясняются химические свойства элемента.

• Магний отлично горит. Однако, в обычных ситуациях металл защищён специальной оксидной пленкой, которая предохраняет магний от реакции с кислородом. При нагревании оксидная пленка исчезает и происходит реакция магния с кислородом. В результате горения в кислороде образуется оксид магния. Интересным фактом является то, что свет, выделяемый элементом при горении, очень похож на солнечный. Эта особенность была замечена еще первыми фотографами. Именно поэтому магниевый порошок с некоторыми примесями использовался как вспышка для освещения фотографируемого объекта.
• Также при нагревании магний вступает в реакцию с водородом, а также с серой.
• С галогенами магний реагирует при комнатной температуре.
• Магний не вступает в реакцию со щелочами.

Магний - достаточно распространенный на Земле элемент. Его можно встретить достаточно часто.

• Во-первых, магний входит в состав коры Земли. Концентрация магния в Земной коре находится на уровне 1,9%.
• Во-вторых, большое количество производных магния входит в состав кристаллических горных пород. Как правило, магний здесь встречается в виде карбонатов, сульфатов и силикатов.
• Также достаточно большое количество магния содержится в морских и океанических водах. В одном кубическом метре соленой океанической воды содержится примерно 4 кг магния. По своему содержанию в морской воде магний уступает лишь натрию. Стоит сказать, что магний есть не только в соленой морской воде, но и в пресной.
• Магний всегда входит в состав растений.

Области применения магния

Магний и его соединения широко применяются в промышленности.

• Чаще всего магний и его сплавы используются в качестве легкого конструкционного металла. Дело в том, что сплавы этого металла мало весят (масса сплавов магния примерно в четыре раза меньше массы стали), при этом достаточно прочны и долговечны. Такие сплавы можно использовать и для автомобильных деталей, и для шасси самолетов, и для лестниц, грузовых платформ и других конструкций.
• Также магний используется в металлургии. Некоторое количество магния добавляют, например, в алюминий. Это повышает устойчивость сплава к коррозии.
• Смесь магния с различными окислителями широко применяется в пиротехнике, для приготовления различных зажигательных и осветительных составов.

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.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ

Магний - двенадцатый элемент Периодической таблицы. Обозначение - Mg от латинского «magnesium». Расположен втретьем периоде, IIА группе. Относится к металлам. Заряд ядра равен 12.

Магний весьма распространен в природе. В больших количествах он встречается в виде карбоната магния, образуя минералы магнезит MgCO 3 и доломит MgCO 3 ×CaCO 3 . Сульфат и хлорид магния входят в состав минералов каинита KCl×MgSO 4 ×3H 2 O и карналлита KCl×MgCl 2 ×6H 2 O. Ион Mg 2+ содержится в морской воде, сообщая ей горький вкус. Общее количество магния в земной коре составляет около 2% (масс.).

В виде простого вещества магний представляет собой серебристо-белый (рис. 1), очень легкий металл. На воздухе он мало изменяется, так как быстро покрывается тонким слоем оксида, защищающего его от дальнейшего окисления.

Рис. 1. Магний. Внешний вид.

Атомная и молекулярная масса магния

Относительной молекулярная масса вещества (M r) - это число, показывающее, во сколько раз масса данной молекулы больше 1/12 массы атома углерода, а относительная атомная масса элемента (A r) — во сколько раз средняя масса атомов химического элемента больше 1/12 массы атома углерода.

Поскольку в свободном состоянии магний существует в виде одноатомных молекул Mg, значения его атомной и молекулярной масс совпадают. Они равны 24,304.

Изотопы магния

Известно, что в природе магний может находиться в виде трех стабильных изотопов 24 Mg (23,99%), 25 Mg (24,99%) и 26 Mg (25,98%). Их массовые числа равны 24, 25 и 26 соответственно. Ядро атома изотопа магния 24 Mg содержит двенадцать протонов и двенадцать нейтронов, а изотопов 25 Mg и 26 Mg- такое же количество протонов, тринадцать и четырнадцать нейтронов соответственно.

Существуют искусственные изотопы магния с массовыми числами от 5-ти до 23-х и от 27-ми до 40-ка.

Ионы магния

На внешнем энергетическом уровне атома магния имеется два электрона, которые являются валентными:

1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 .

В результате химического взаимодействия маний отдает свои валентные электроны, т.е. является их донором, и превращается в положительно заряженный ион:

Mg 0 -2e → Mg 2+ .

Молекула и атом магния

В свободном состоянии магний существует в виде одноатомных молекул Mg. Приведем некоторые свойства, характеризующие атом и молекулу магния:

Сплавы магния

Главная область применения металлического магния - это получение на его основе различных легких сплавов. Прибавка к магнию небольших количеств других металлов резко изменяет его механические свойства, сообщая сплаву значительную твердость, прочность и сопротивляемость коррозии.

Особенно ценными свойствами обладают сплавы, называемые электронами. Они относятся к трем системам: Mg-Al-Zn, Mg-Mn и Mg-Zn-Zr. Наиболее широкое применение имеют сплавы системы Mg-Al-Zn, содержащие от 3 до 10% алюминия и от 0,2 до 3% цинка. Достоинством магниевых сплавов является их малая плотность (около 1,8 г/см 3).

Примеры решения задач

ПРИМЕР 1

Магний (лат. Magnesium), Mg, химический элемент II группы периодической системы Менделеева, атомный номер 12, атомная масса 24,305. Природный Магний состоит из трех стабильных изотопов: 24 Mg (78,60%), 25 Mg (10,11%) и 26 Mg (11,29%). Магний открыт в 1808 году Г. Дэви, который подверг электролизу с ртутным катодом увлажненную магнезию (давно известное вещество); Дэви получил амальгаму, а из нее после отгонки ртути - новый порошкообразный металл, названный магнием. В 1828 году французский химик А. Бюсси восстановлением расплавленного хлорида Магния парами калия получил Магний в виде небольших шариков с металлическим блеском.

Распространение Магния в природе. Магний - характерный элемент мантии Земли, в ультраосновных породах его содержится 25,9% по массе. В земной коре Магния меньше, средний кларк его 1,87%; преобладает Магний в основных породах (4,5%), в гранитах и других кислых породах его меньше (0,56%). В магматических процессах Mg 2+ - аналог Fe 2+ , что объясняется близостью их ионных радиусов (соответственно 0,74 и 0,80 Å). Mg 2+ вместе с Fe 2+ входит в состав оливина, пироксенов и других магматических минералов.

Минералы Магния многочисленны - силикаты, карбонаты, сульфаты, хлориды и другие. Более половины из них образовались в биосфере - на дне морей, озер, в почвах и т. д.; остальные связаны с высокотемпературными процессами.

В биосфере наблюдается энергичная миграция и дифференциация Магния; здесь главная роль принадлежит физико-химическим процессам - растворению, осаждению солей, сорбции Магний глинами. Магний слабо задерживается в биологическом круговороте на континентах и с речным стоком поступает в океан. В морской воде в среднем 0,13% Магния - меньше, чем натрия, но больше всех других металлов. Морская вода не насыщена Магнием и осаждения его солей не происходит. При испарении воды в морских лагунах в осадках вместе с солями калия накапливаются сульфаты и хлориды Магния. В илах некоторых озер накапливается доломит (например, в озере Балхаш). В промышленности Магний получают в основном из доломитов, а также из морской воды.

Физические свойства Магния. Компактный Магний - блестящий серебристо-белый металл, тускнеющий на воздухе вследствие образования на поверхности окисной пленки. Магний кристаллизуется в гексагональной решетке, а = 3,2028Å, с = 5,1998Å. Атомный радиус 1,60Å, ионный радиус Mg 2+ 0,74Å. Плотность Магния 1,739 г/см 3 (20 °С); t пл 651 °С; t кип 1107 °С. Удельная теплоемкость (при 20 °С) 1,04·10 3 дж/(кг·К), то есть 0,248 кал/(г·°С); теплопроводность (20 °С) 1,55·10 2 вт/(м·К), то есть 0,37 кал/(см·сек·°С); термический коэффициент линейного расширения в интервале 0-550 °С определяется из уравнения 25,0·10 -6 + 0,0188 t. Удельное электрическое сопротивление (20 °С) 4,5·10 -8 ом·м (4,5 мком·см). Магний парамагнитен, удельная магнитная восприимчивость +0,5·10 -6 , Магний - относительно мягкий и пластичный металл; его механические свойства сильно зависят от способа обработки. Например, при 20 °С свойства соответственно литого и деформированного Магния характеризуются следующими величинами: твердость по Бринеллю 29,43·10 7 и 35,32·10 7 н/м 2 (30 и 36 кгс/мм 2), предел текучести 2,45·10 7 и 8,83·10 7 н/м 2 (2,5 и 9,0 кгс/мм 2), предел прочности 11,28·10 7 и 19,62·10 7 н/м 2 (11,5 и 20,0 кгс/мм 2), относительное удлинение 8,0 и 11,5%.

Химические свойства Магния. Конфигурация внешних электронов атома Магния 3s 2 . Во всех стабильных соединениях Магний двухвалентен. В химическом отношении Магний - весьма активный металл. Нагревание до 300-350 °С не приводит к значительному окислению компактного Магния, так как поверхность его защищена оксидной пленкой, но при 600-650 °С Магний воспламеняется и ярко горит, давая оксид магния и отчасти нитрид Mg 3 N 2 . Последний получается и при нагревании Магния около 500 °С в атмосфере азота. С холодной водой, не насыщенной воздухом, Магний почти не реагирует, из кипящей медленно вытесняет водород; реакция с водяным паром начинается при 400 °С. Расплавленный Магний во влажной атмосфере, выделяя из Н 2 О водород, поглощает его; при застывании металла водород почти полностью удаляется. В атмосфере водорода Магний при 400-500 °С образует MgH 2 .

Магний вытесняет большинство металлов из водных растворов их солей; стандартный электродный потенциал Mg при 25 °С - 2,38 в. С разбавленными минеральными кислотами Магний взаимодействует на холоду, но в плавиковой кислоте не растворяется вследствие образования защитной пленки из нерастворимого фторида MgF 2 . В концентрированной H 2 SО 4 и смеси ее с НNО 3 Магний практически нерастворим. С водными растворами щелочей на холоду Магний не взаимодействует, но растворяется в растворах гидрокарбонатов щелочных металлов и солей аммония. Едкие щелочи осаждают из растворов солей гидрооксид Магния Mg(OH) 2 , растворимость которой в воде ничтожна. Большинство солей Магния хорошо растворимо в воде, например сульфат магния, мало растворимы MgF 2 , MgCО 3 , Mg 3 (PO 4) 2 и некоторые двойные соли.

При нагревании Магний реагирует с галогенами, давая галогениды; с влажным хлором уже на холоду образуется MgCl 2 . При нагревании Магний до 500-600 °С с серой или с SO 2 и H 2 S может быть получен сульфид MgS, с углеводородами - карбиды MgC 2 и Mg 2 C 3 . Известны также силициды Mg 2 Si, Mg 3 Si 2 , фосфид Mg 3 P 2 и других бинарные соединения. Магний - сильный восстановитель; при нагревании вытесняет другие металлы (Be, Al, щелочные) и неметаллы (В, Si, С) из их оксидов и галогенидов. Магний образует многочисленные металлоорганические соединения, определяющие его большую роль в органических синтезе. Магний сплавляется с большинством металлов и является основой многих технически важных легких сплавов.

Получение Магния. В промышленности наибольшее количество Магния получают электролизом безводного хлорида MgCl 2 или обезвоженного карналлита KCl·MgCl 2 ·6H 2 O. В состав электролита входят также хлориды Na, К, Са и небольшое количество NaF или CaF 2 . Содержание MgCl 2 в расплаве - не менее 5-7%; по мере хода электролиза, протекающего при 720-750 °С, проводят корректировку состава ванны, удаляя часть электролита и добавляя MgCl 2 или карналлит. Катоды изготовляют из стали, аноды - из графита. Расплавленный Магний, всплывающий на поверхность электролита, периодически извлекается из катодного пространства, отделенного от анодного перегородкой, не доходящей до дна ванны. В состав чернового Магния входят до 2% примесей; его рафинируют в тигельных электрических печах под слоем флюсов и разливают в изложницы. Лучшие сорта первичного Магния содержат 99,8% Mg. Последующая очистка Магния проводится сублимацией в вакууме: 2-3 сублимации повышают чистоту Магний до 99,999%. Анодный хлор после очистки используется для получения безводного MgCl 2 из магнезита, тетрахлорида титана TiCl 4 из оксида ТiO 2 и других соединений.

Другие способы получения Магния - металлотермический и углетермический. По первому брикеты из прокаленного до полного разложения доломита и восстановителя (ферросилиция или силикоалюминия) нагревают при 1280-1300°С в вакууме (остаточное давление 130-260 н/м 2 , т.е. 1-2 мм рт.ст.). Пары Магния конденсируют при 400-500 °С. Для очистки его переплавляют под флюсом или в вакууме, после чего разливают в изложницы. По углетермическому способу брикеты из смеси угля с окисью Магний нагревают в электропечах выше 2100 °С; пары Магния отгоняют и конденсируют.

Применение Магния. Важнейшая область применения металлического Магния - производство сплавов на его основе. Широко применяют Магний в металлотермических процессах получения трудновосстанавливаемых и редких металлов (Ti, Zr, Hf, U и других), используют Магний для раскисления и десульфурации металлов и сплавов. Смеси порошка Магния с окислителями служат как осветительные и зажигательные составы. Широкое применение находят соединения Магния.

Магний в организме. Магний - постоянная часть растительных и животных организмов (в тысячных - сотых долях процента). Концентраторами Магния являются некоторые водоросли, накапливающие до 3% Магний (в золе), некоторые фораминиферы - до 3,5%, известковые губки - до 4% . Магний входит в состав зеленого пигмента растений - хлорофилла (в общей массе хлорофилла растений Земли содержится около 100 млрд. т Магний), а также обнаружен во всех клеточных органеллах растений и рибосомах всех живых организмов. Магний активирует многие ферменты, вместе с кальцием и марганцем обеспечивает стабильность структуры хромосом и коллоидных систем в растениях, участвует в поддержании тургорного давления в клетках. Магний стимулирует поступление фосфора из почвы и его усвоение растениями, в виде соли фосфорной кислоты входит в состав фитина. Недостаток Магния в почвах вызывает у растений мраморность листа, хлороз растений (в подобных случаях используют магниевые удобрения). Животные и человек получают Магний с пищей. Суточная потребность человека в Магнии - 0,3-0,5 г; в детском возрасте, а также при беременности и лактации эта потребность выше. Нормальное содержание Магния в крови - примерно 4,3 мг%; при повышенном содержании наблюдаются сонливость, потеря чувствительности, иногда паралич скелетных мышц. В организме Магний накапливается в печени, затем значительная его часть переходит в кости и мышцы. В мышцах Магний участвует в активировании процессов анаэробного обмена углеводов. Антагонистом Магния в организме является кальций. Нарушение магниево-кальциевого равновесия наблюдается при рахите, когда Магний из крови переходит в кости, вытесняя из них кальций. Недостаток в пище солей Магния нарушает нормальную возбудимость нервной системы, сокращение мышц. Крупный рогатый скот при недостатке Магния в кормах заболевает так называемой травяной тетанией (мышечные подергивания, остановка роста конечностей). Обмен Магния у животных регулируется гормоном паращитовидных желез, понижающим содержание Магний в крови, и проланом, повышающим содержание Магния. Из препаратов Магния в медицинской практике применяют: сульфат Магния (как успокаивающее, противосудорожное, спазмолитическое, слабительное и желчегонное средство), магнезию жженую (магния оксид) и карбонат Магния (как щелочи, легкое слабительное).

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

• 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