Магний – свойства и особенности металла

Этот металл – один из самых «изящных»: легкий, красивый, блестящий. Он есть в любом живом организме, растениях. Без магниевых компонентов не обходятся медицина, наука и передовые отрасли производства.

Магний металл

Что представляет собой

Магний – это металл, элемент периодической системы Д.Менделеева.

Международное обозначение (и формула) – Mg (Magnesium).

При стандартных условиях металл легкий, хорошей ковкости, серебристого цвета.

По классификации ИЮПАК (Международный союз теоретической и прикладной химии) магний причислен к щелочноземельным металлам.

Роль сыграло строение атома (конфигурация электронов внешнего энергетического уровня), сходные химические и физические свойства. Хотя с водой при комнатной температуре реагирует вяло.

История

С рудой в 18 – начале 19 века экспериментировали ученые Европы. Получать удавалось лишь сильно загрязненное вещество.

Настоящая история открытия начинается с середины 19 века, когда француз А.Бюсси и англичанин М.Фарадей получили материал достаточной степени чистоты. Оба использовали расплавленный хлорид магния. Первый восстанавливал вещество металлическим калием, второй – электролизом.

История названия вещества восходит ко временам Малой Азии. Магнезией назывался город, вблизи которого обнаружились залежи магнезита.

В России с середины 19 века используется термин «магний».

Металл в природе

Магний – среди самых распространенных компонентов земной коры: тонна содержит 19,52 кг этого элемента (почти 2%).

Магний

Главная форма нахождения в природе – залежи доломита и магнезита. Насыщены магнием брусит, кизерит, бишофит, другие минералы.

Кроме минеральных отложений, природными источниками металла являются:

  • Морская вода.
  • Рапа (насыщенный соляной раствор солей). Добывается из лиманов и искусственно созданных соленых водоемов.

Залежами осадочного происхождения располагает большинство регионов планеты:

  • Для магнезита требуются гидротермальные источники.
  • Доломит находят в осадочных карбонатных прослойках. Залежи формируются также воздействием горячих растворов, рек, грунтовых вод на известняки. Его запасы практически неисчерпаемы.
  • Самородные фрагменты магния формируются потоками газов. В отличие от минералов, весьма редки.

Впервые он обнаружен в конце XX века в России (Восточная Сибирь, берега реки Чона) и Таджикистане (вулканическая лава).

Физико-химические характеристики

У металла интересные химические свойства:

  • Равнодушен к щелочам, но при взаимодействии с кислотами растворяется. Процесс сопровождает «фонтан» из водорода.
  • Нагреваемый на воздухе металл сгорает, выделяя жар плюс яркое свечение.
  • Магниевый порошок, смешанный с активными окислителями (той же марганцовкой), порождает взрыв.

Бурно реагирует магний на влагу при нагреве. Поэтому горящий магний водой не тушат.

В стандартных условиях (на воздухе) металл окисляется, из-за чего поверхность покрывается защитной пленкой. Разрушить ее способен нагрев на воздухе до 600°C. «Оголенный» металл превращается в ослепительно-белую вспышку пламени, образуя оксид и нитрид.

Свойства атома
Название, символ, номер Магний / Magnesium (Mg), 12
Атомная масса
(молярная масса)
[24,304; 24,307] а. е. м. (г/моль)
Электронная конфигурация [Ne] 3s2
Радиус атома 160 пм
Химические свойства
Ковалентный радиус 136 пм
Радиус иона 66 (+2e) пм
Электроотрицательность 1,31 (шкала Полинга)
Электродный потенциал −2,37 В
Степени окисления 0; +2
Энергия ионизации
(первый электрон)
 737,3 (7,64) кДж/моль (эВ)
Термодинамические свойства простого вещества
Плотность (при н. у.) 1,738 г/см³
Температура плавления 650 °C (923 K)
Температура кипения 1090 °C (1363 K)
Уд. теплота плавления 9,20 кДж/моль
Уд. теплота испарения 131,8 кДж/моль
Молярная теплоёмкость 24,90 Дж/(K·моль)
Молярный объём 14,0 см³/моль
Кристаллическая решётка простого вещества
Структура решётки гексагональная
Параметры решётки a=0,32029 нм, c=0,52000 нм
Отношение c/a 1,624
Температура Дебая 318 K
Другие характеристики
Теплопроводность (300 K) 156 Вт/(м·К)
Номер CAS 7439-95-4

Утилитарные свойства металла определяются, среди прочего, степенью чистоты.

Особо чистые образцы пластичны, ковки, легко обрабатываются (прессовка, прокат, резание).

Технология получения металла

В третьем тысячелетии металл получают так же, как двести лет назад.

магний цветной металл

Электролиз

Основным способом получения вещества остается электролиз расплавленного конгломерата из хлоридов магния, калия, натрия:

  • Объект электрохимического восстановления – соединение магния.
  • Процесс происходит в ванне. Из нее порции выделившегося металлического магния периодически вычерпываются.

Чистота продукта на выходе – порядка 99,9 %.

  • Он считается «грязным», поэтому вновь направляется на электролиз для очистки (рафинирования).
  • Далее идет вакуумная переплавка, во время которой к материалу добавляют специальные присадки. Их миссия – оттянуть примеси на себя.
  • Как вариант применяется вакуумная перегонка.

Доля примесей снижается на два порядка. То есть чистота металлического магния – 99,999+%.

Термообработка

Оксид магния восстанавливают при высоких температурах, задействуя кокс либо кремний.

Кремний способен «вытащить» металл из сложных видов сырья. Например, доломита – конгломерата карбонатов кальция и магния.

Вначале доломит обжигают, затем получившиеся продукты раскаливают с кремнием.

Таким способом возможно извлечение металла высокой чистоты даже из морской воды или рассолов.

Где используется

Некогда самым известным применением металла был фотоаппарат с магниевой вспышкой. Сегодня свойства и характеристики вещества сделали его незаменимым или важным для многих отраслей. Используется магний металлический, в соединениях и сплавах.

Магниевые сплавы
Магниевые сплавы

Промышленный комплекс

Ковкий, пластичный, легкий магний относится к металлам, незаменимым в металлургии и машиностроении:

  • Огнеупорные материалы – исходник для выработки компонентов металлургических печей (оксид магния).
  • Сырье для получения надежных лёгких и сверхлегких сплавов. Их забирают ракето-, авиастроение, автопром.
  • Инновационный материал, созданный в конце XX века, – ферросиликомагний (магний + кремний + железо). Из этого сплава выплавляют чугун: высокопрочный и с «червячной» конфигурацией графита. Это своеобразный гибрид чугуна и стали, материал нового поколения для нужд машиностроения.

В военном деле пригодилось свойство металла гореть ослепляющим пламенем.

Закупаются светошумовые боеприпасы (зажигательные бомбы, сигнальные ракеты, трассирующие пули).

Другие отрасли

Магний используется для нужд науки и других отраслей:

  • Привычным атрибутом стали энергоемкие резервные электрические батареи, сухие элементы на основе металла, его соединений (бромид, перхлорат).
  • Выращенные кристаллы фторида магния – компонент при изготовлении линз, другой оптики.
  • Перхлоратом металла лаборанты осушают газы.
  • Бромид металла служит электролитом химических источников тока.

Без магниевых компонентов невозможно изготовление пиротехники.

Медициной востребованы соединения вещества. Кардиологи, неврологи, гастроэнтерологи выписывают своим пациентам сульфат/цитрат магния, аспаркам, другие препараты.

Перспективы

Ученые трудятся над созданием магниево-серных батарей. По расчетам, они эффективнее ионно-литиевых аккумуляторов по емкости.

Мировое производство, цены

В XX веке половину чистого магния выплавляли в США. Третье тысячелетие определило нового лидера – Китай (70% мирового производства).

Металлический магний
Металлический магний

Далее идут Россия и Турция (обе получают продукта на порядок меньше).

Цену металла на мировом рынке определяет состояние экономики Китая.

К началу 2021 года за тонну металла выкладывали $2400-2600.

Значение для человека

Магний изначально присутствует в биологических организмах. Однако в повседневных продуктах (хлеб, молоко, мясо) его минимум.

Жизненные процессы

Без металла невозможен нормальный ход важных жизненных процессов:

  • Синтез белка.
  • Работа нервной системы, сердечной мышцы.
  • Расширение сосудов.
  • Желчеотделение.
  • Работа ЖКТ.
  • Выведение из организма холестерина.
  • Сокращение мышц.

Суточная норма вещества для женщин и мужчин – 300 и 400 мг.

Потребность увеличивают психические, физические перегрузки, стрессы, злоупотребление алкоголем, потливость.

Нужно учитывать, что организм усваивает лишь треть общего количества поступившего вещества.

Усваивать микроэлемент полнее мешают фитин, жирный или насыщенный кальцием рацион.

Питание

Магнием насыщены порошковое какао, отруби, орехи, тыквенные семечки. Однако усваивать элемент мешает изобилие в них фитина.

Кладезем магния диетологи считают зеленые овощи. Это капуста, огурцы, горошек, спаржа, сельдерей, лук, шпинат, петрушка.

Последствия дефицита или избытка вещества

Симптомы дефицита магния:

  • Проблемы с костями (артрит, остеопороз).
  • Судороги, спазмы мышц.
  • Головная боль.
  • Сбои в работе ЖКТ (запоры), сердца (аритмия).

На эмоциональном плане нехватка вещества приводит к бессоннице, перманентной усталости, раздражительности (особенно ПМС).

Опасно и чрезмерное увлечение микроэлементом.

О передозировке металла сигнализируют:

  • Снижение артериального давления.
  • Тошнота, рвота.
  • Угнетение ЦНС, рефлекторной функции, дыхания.

Дело может закончиться комой, параличом дыхательных путей, сердечной мышцы.

Предостережение

Токсичность соединений металла незначительна. Опасность представляют лишь синильная, плавиковая, хромовая, азотистоводородная кислоты.

Опасные характеристики магния также связаны с горением:

  • Созерцание горящего вещества ведет к ожогу сетчатки глаза и временной слепоте. Страховка – смотреть через темные очки либо стекло.
  • От тактильного контакта с металлом страховки нет. Скорость воспламенения вещества такова, что человек гарантированно не успевает отвести руку и обжигается.

Осторожность при приеме магниевых препаратов требуется от людей, страдающих почечной недостаточности.

Рейтинг автора
Автор статьи
Петрова Вероника Александровна
Мне 36 и я специалист в области минералогии. Сейчас я в декрете и всё свободное время посвящаю самоцветам. В этом блоге я делюсь информацией про камни и их свойства — присоединяйтесь, задавайте вопросы и пишите комментарии!
Написано статей
430
Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Звёзд: 1Звёзд: 2Звёзд: 3Звёзд: 4Звёзд: 5 (1 оценок, среднее: 5,00 из 5)
Загрузка...

Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: