Магній (Mg) — характеристика, будова, властивості

Про те, що для організму людини надзвичайно корисний магній можна чути часто. Цей мікроелемент є основною діючою речовиною різних ліків і входить до складу багатьох полівітамінів.

Також один з видів цього елемента застосовується в металургії. Не дивно, що в цей час ведеться активний видобуток магнію по всій земній кулі.

Історія відкриття

Нова ера розвитку хімії почалася у XVII столітті. У цей період хімік з Англії на прізвище Гро зробив відкриття, що наблизило вчених до виділення магнію. У 1695 році під час випарювання епсомської мінеральної води він отримав гірку сіль, що володіла властивістю проносного.

Через кілька років дослідження показали, що взаємодія речовини з содою і карбонатом калію дає білий пухкий порошок. Цей же результат був отриманий під час прожарювання мінералу, який був знайдений поруч з містом Магнезія в Греції. Саме через цю особливість сіль стали назвати білою магнезією.

Безпосередньо магній вперше був отриманий Гемфрі Деві в 1808 році. Вчений проводив електроліз білої магнезії, в яку він додав невелику кількість води і ртутного окису. Ця реакція призвела до утворення амальгами металевої речовини. Отриманий метал після виведення отримав назву “магній”.

Слід зазначити, що реактив мав різні домішки. Чистий елемент в 1829 році вивів французький хімік Антуан Олександр Брутус Бюссі.

Визначення і фізична характеристика магнію

Речовина є представником II групи періодичної системи хімічних елементів.

Магнію можна дати наступну фізичну характеристику:

• Позначається як Mg.
• Атомний номер – 12.
• Молярна маса елемента становить 24,305 атомних одиниць.
• Заряд ядра – 12.
• У кожному атомі число електронів – 12.
• Кристалічна ґратка має α-форму Са гранецентрована кубічна. Вона відрізняється стійкістю при звичайній температурі.
• Густина – 1,738 г/см³.
• Плавиться метал при температурі 650 °C.
• Кипить речовина при 1090 °C.
• Чистий магній відрізняється пластичністю. Його можна легко пресувати, прокатувати і різати.

Реагент в компактному стані являє собою блискучий метал сріблясто-білого кольору. Під впливом повітря він тьмяніє, оскільки на поверхні утворюється плівка окису.

Горить магній сліпучим полум’ям білого кольору. Швидкість, з якою спалахує речовина, у багато разів перевершує швидкість обсмикування руки. Через цю властивість магнію людині, яка елемент, необхідно дотримуватися всіх належних правил техніки безпеки. В іншому випадку, вона отримає серйозний опік шкіри.

Для спостереження за процесом горіння слід використовувати темні окуляри або скло. Без цих запобіжних заходів значно підвищується ризик отримання опіку сітківки ока, який призводить до тимчасової сліпоти.

Хімічна властивість магнію

Всі стабільні з’єднання елемента мають валентність 2, а електронна формула магнію має наступний вигляд:

1s2 2s2 2P6 3S2

Навіть при нагріванні до 350 °C компактний магній піддається незначному окисленню, оскільки він покритий оксидною плівкою. Горить реагент при температурі від 600 до 650 °C, при цьому утворюються оксид і нітрит елемента. Нітрит також можна отримати, нагріваючи речовину до 500 °C в азотному середовищі.

Магній належить до активних речовин.

Крім того, виділяють наступні хімічні властивості магнію:

• Не вступає в реакцію з холодною водою, яка не насичена повітрям.
• Поступово витісняє водень з окропу.
• З водяною парою реагує при температурі не нижче 400 °C.
• У рідкому вигляді виділяє з вологого повітря водень, поглинаючи його.
• Застигаючи, елемент практично повністю виводить водень.
• При нагріванні водневої атмосфери до 400-500 °С речовина вступає в реакцію з нею, утворюючи гідрид магнію.
• Витісняє більшу частину металевих елементів з розчинів їх солей, утворених на основі води.
• У холодних умовах, з’єднуючись з вологим хлором, утворює хлорид магнію.
• У нагрітому стані вступає в реакцію з галогенами.
• Велика частина солей елемента добре розчиняється у воді.
• При контакті з їдкими лугами випадає осад, утворений з розчинів солей магнію.
• При зниженій температурі не вступає в реакцію з водними лужними розчинами, але схильний до розчинення в гідрокарбонатах лужних металевих реагентів і амонієвих солей.
• Не розчиняється в концентрованої сірчаної кислоти.
• Від розчинення в плавиковій кислоті захищений плівкою зі стійкого фториду.
• Взаємодіє з розведеними мінеральними кислими сполуками при низьких температурах.

Реагент являє собою сильний відновник. Нагрітий магній витісняє деякі метали і неметали з оксидів і галогенідів. Існує безліч металоорганічних сполук магнію, які роблять його одним з найважливіших елементів органічного синтезу.

Реагент легко створює сплави з багатьма металами, а тому на ньому ґрунтується виробництво безлічі важливих легких матеріалів.

Знаходження магнію в природі

Земля дуже багата магнієм. Всього шість хімічних реагентів зустрічаються в природі частіше, ніж цей елемент. Велика частина магнію знаходиться в мантії планети, в земній корі його менше. Найчастіше його виявляють в основних породах і граніті. Також елемент міститься в різних мінералах, утворених магмою.

В основному чистий магній добувають з трьох мінералів:

• карналіт;
• доломіт;
• магнезит.

У біологічному середовищі планети сполуки магнію постійно переміщаються і змінюються. Лише мала частина елемента затримується в круговороті речовин, що відбувається на материках.  Велика кількість реагенту несеться річками в океан.

Попри те, що за вмістом в морській воді магній поступається тільки натрію, безпосередньо сама рідина не має насичення елементом, а його солі у відкритому океані не випадають в осад.

Магній в складі різних сполук накопичується в солях, що залишаються після того, як з лагун випаровується вода.

Отримання магнію в промисловості

У промислових умовах для отримання магнію найчастіше застосовують електроліз безводного хлориду або зневодненого карналіта.

Процес проходить наступним чином:

• Електроліз проходить при температурі від 720 до 750 °C.
• У міру виділення елементів склад ванни коригується, частина електроліту при цьому видаляється, а сировина додається.
• Розплавлений шуканий метал спливає на поверхню, його регулярно збирають.
• Отримана речовина містить багато домішок. Для очищення магній проходить рафінування в спеціальних печах під шаром флюсів.
• Очищений метал розливають у виливниці.
• Наступне очищення полягає в тому, що реагент сублімують кілька разів у вакуумі.

Крім цього методу, на виробництві застосовуються металотермічний і вуглетермічний способи отримання магнію. У першому випадку брикети з розпеченого і розкладеного доломіту змішують з відновником і нагрівають у вакуумі при температурі 1300 °C. Отримані в результаті магнієві пари утворюють конденсат, коли температура опускається до 400-500 °С. Щоб очистити метал, застосовують перетоплювання під флюсом або в вакуумі. Чистий елемент розливають у виливниці.

При використанні другого методу брикети, що складаються з вугілля і магнієвогоокису, розігрівають в електричних печах до 2100 °C. Метал, що перетворився в пар, відганяють та конденсують.

Також магній добувають з морської води. Для цього сировину в дуже великих баках змішують з суспензією гідроксиду кальцію, який отримують, перемелюючи морські раковини. В результаті хімічної реакції утворюється особлива суспензія, яка після висихання стає хлоридом магнію. Після цього продукт піддають електролітичним процесам.

Крім морської води, для вигонки магнію може використовуватися вода деяких солоних озер. В Україні такі озера знаходяться в анексованому Криму.

Застосування

Найбільшу кількість металу споживає металургія. На його основі створюється безліч сплавів. Часто магній використовують в металотермічних процесах, щоб отримати рідкісні метали, а також ті, які важко відновити.

Застосовується реагент для розкислення і десульфурації металевих речовин. Різні порошкові суміші на основі магнію використовуються в якості освітлювальних і запальних речовин.

Сполуки, що містять реагент, знайшли широке застосування в різних сферах життєдіяльності. Наприклад, в медицині, ліки з магнієм позбавляють пацієнтів спазмів і судом, заспокоюють нерви тощо.

Магній в організмах

Магній міститься у всіх рослинах і тварин. Речовина концентрується в деяких морських організмах. Максимальна кількість елемента міститься у вапняних губках – до 4%.

Входить цей реагент і до складу хлорофілу зелених рослин. В цілому на їх частку припадає 100 мільярдів тонн речовини. Вчені виявили магній у всіх компонентах, що необхідні клітинам живих організмів для існування.

Цей елемент запускає багато ферментів і дозволяє хромосомам і колоїдним системам рослин зберігати стабільність. Крім того, магній підтримує в клітинах тургорний тиск. Завдяки магнію рослини краще поглинають і засвоюють фосфор.

Люди і тварини отримують металевий елемент з їжею. Добова норма споживання для людини становить від 0,3 до 0,5 мг. У дітей і вагітних жінок денна потреба в речовині трохи вище.

У здорової людини в крові повинно міститися близько 4,3 мг/% магнію. В організмі основним споживачем магнію є печінка, але велика частина поглиненого нею металу поступово переходить в кістки і м’язи.