Магний – это жизненно важный микроэлемент, щелочноземельный металл, без которого не обходятся основные этапы метаболизма. Обозначается символом Mg , латинское название Magnesium. Элемент открыт в 1755 году.
Метаболизм (или обмен веществ) является основой жизнедеятельности любого живого организма, представляет собой каскад химических реакций, которые обеспечивают организм необходимыми веществами, а также достаточным количеством энергии. В метаболизме участвуют витамины, микроэлементы, ферменты и множество других соединений. Магний участвует во многих биохимических реакциях и является одним из важнейших компонентов в регуляции большинства физиологических процессов. Без магния невозможна активация не менее трехсот ферментов, а также витаминов группы В. Магний принимает участие во всех видах обмена: углеводном, липидном и белковом. Этот микроэлемент необходим для поддержания электролитного баланса.
Особая роль принадлежит магнию в функционировании нервной и мышечной тканей, которые обладают спонтанной электрической активностью и проводимостью: магний в данном случае регулирует проницаемость клеточных мембран для других ионов и адекватную работу калий/натриевого насоса в них. Не последнюю роль играет магний в иммунологических процессах организма.
Магний участвует в терморегуляции организма, обмене кальция, натрия, аскорбиновой кислоты, фосфора, в синтезе фосфолипидов, оказывает сосудорасширяющее действие и препятствует агрегации эритроцитов. В организме магний активен в виде ионов Mg двухвалентного, так как только в такой форме он может образовывать соединения с органическими веществами и выполнять свои функции в биохимических процессах.
Потребность в магнии
Суточная потребность организма в магнии в среднем составляет около 400 мг . Для беременных женщин эта цифра возрастает до 450 мг .Детям необходимо ежесуточное поступление 200 мг микроэлемента.
У спортсменов и людей, подвергающихся высокой физической нагрузке, потребность в магнии значительно возрастает – до 600 мг/сут , особенно во время длительных тренировок, в стрессовых ситуациях.
В организме микроэлемент распределяется в тканях органов и систем, при этом наибольшая концентрация его наблюдается в печени, в костях, в мышцах и в тканях центральной и периферической нервной системы. Попадает в организм с пищей, водой и солью. Выводится в основном кишечником и, в меньшей степени, почками.
Для определения содержания ионов магния в организме проводится анализ крови , взятой из локтевой вены с утра натощак, перед сдачей анализа необходимо воздержаться от приема солей магния не менее чем на трое суток. В норме этот показатель составляет: у взрослых от 0,66 ммоль/л до 1,07 ммоль/л (для категории 20-60 лет) и от 0,66 ммоль/л до 0,99 моль/л (для категории 60-90 лет), у детей от 0,70 ммоль/л до 0,95 ммоль/л (возраст 5 мес.-6 лет) и от 0,70 моль/л до 0,86 ммоль/л (6-9 лет).
Причиной повышения концентрации магния в плазме крови может послужить почечная недостаточность, надпочечниковая недостаточность и обезвоживание различного происхождения. Снижение концентрации наблюдается при остром панкреатите, недостаточном поступлении магния с пищей, во 2 и 3 триместре беременности, при дефиците витамина Д, а также при усиленной функции паращитовидных желез, алкоголизме.
Для поддержания нормального уровня магния в плазме крови организм берет его из так называемых «депо» - органов и тканей. Поэтому указанные показатели долгое время могут оставаться на должном уровне, то есть в пределах нормы, даже если в организм поступает недостаточное количество магния. Изменение нормальных показателей в плазме крови говорит о далеко зашедшем процессе.
Дефицит магния
О дефиците магния в организме могут сигнализировать ряд симптомов, выраженных в большей или меньшей степени. Нередко, несмотря на плохое самочувствие, люди не обращают внимания на их появление, списывая все на большую загруженность на работе и усталость. Нарушение сна, повышенная утомляемость, так называемый «синдром хронической усталости», снижение памяти, головокружение, головная боль, депрессия и плаксивость – все это может быть следствием недостаточного количества магния.Со стороны сердечно-сосудистой системы это: аритмия , боль в грудной клетке . Со стороны ЖКТ: спастические боли в области желудка, поносы. Появляются «необъяснимые» боли в различных областях тела: деснах, конечностях, суставах. Судороги в икроножных мышцах, различные тики, тремор конечностей. Наблюдается повышенная ломкость ногтей и волос, сухость кожи, кариес. Длительно существующий дефицит магния значительно повышает риск развития сахарного диабета.
Женщины переносят дефицит магния хуже, чем мужчины. Это связано с различной физиологией мужчин и женщин. Женщинам магний необходим для нормальной менструальной и репродуктивной функции. В зависимости от фазы менструального цикла в женском организме колеблется концентрация магния. Достоверно известно, что симптомы предменструального синдрома (ПМС), а именно: раздражительность, увеличение веса, отечность, зябкость и другие многочисленные явления, связаны именно с дефицитом магния.
Избыток микроэлемента магния не менее вреден для здоровья. В большой концентрации магний тормозит усвоение организмом кальция (магний замещает его). При концентрации его в плазме крови 15-18 мг% вызывает наркоз. Признаки избытка магния в организме: общее угнетение нервной системы, сонливость и вялость. Также может возникнуть остеопороз, снижение артериального давления, брадикардия (урежение сердечных сокращений).
Передозировка
Передозировка магния может наблюдаться при неправильном дозировании препаратов магния, в основном при внутривенном введении. Не стоит опасаться избыточного поступления в организм с пищей , так как в повседневном рационе присутствуют в основном рафинированные продукты, бедные магнием. Часть микроэлемента теряется при термической обработке и при консервации. Поэтому рекомендуется употреблять овощи и фрукты по возможности в сыром виде. Недостаточно магния получают жители районов, где мягкая питьевая вода.Как уже указывалось ранее, источниками магния для организма являются: пища, вода (жесткая), соль. К продуктам, богатым солями магния относятся: крупы (гречневая и пшенная), бобовые (горох, фасоль), арбуз, шпинат, салат, молоко, тахинная халва, орехи. Богаты этим микроэлементом некоторые сорта хлеба – ржаной, и в меньшей степени пшеничный.
Черный шоколад полезен не только известным антиоксидантным и тонизирующим свойством, но и высоким содержанием магния. В мясной продукции содержание магния не так велико, по сравнению с крупами. Совсем немного его содержится в яблоках и сливах. Сухофрукты богаты различными элементами, в том числе и магнием, особенно это относится к кураге, инжиру, бананам. Лидером по содержанию магния является кунжут.
При необходимости с профилактической или лечебной целью назначают препараты магния, которые доступны в аптечной сети без рецепта врача. Однако не рекомендуется самостоятельно начинать прием препаратов без предварительной консультации специалиста. Только он может достоверно определить есть ли необходимость в приеме данных препаратов, и подберет правильный режим приема и дозировку с учетом возраста, физической активности и пола. Часто достаточным оказывается коррекция питания.
Взаимодействие с другими веществами
В организме магний и препараты, содержащие его, взаимодействуют с другими микро и макроэлементами, при этом оказывая синергическое (взаимодополняющее) или антагонистическое (противоположное) действие друг на друга. Так, витамин В6 улучшает усвоение магния и проникновение его внутрь клетки. Соли кальция уменьшают всасывание магния в желудочно-кишечном тракте, если одновременно попадают туда, так как они являются антагонистами.Полезным будет знать, что препараты, содержащие магний снижают всасывание, а, следовательно, и эффективность антибиотиков тетрациклинового ряда. Поэтому рекомендуется соблюсти трехчасовой интервал между приемом этих медикаментов. Таким же образом влияет магний на препараты железа и антикоагулянты, принимаемые внутрь.
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).
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
Соединения магния были известны человеку с давних пор. Латинское название элемента происходит от названия древнего города Магнезия в Малой Азии, в окрестностях которого имеются залежи минерала магнезита. Металлический магний впервые получил в 1808 английский химик Г. Дэви. Магний, полученный Дэви, был довольно грязным, чистый металлический магний получен впервые в 1828 французским химиком А. Бюсси.
Нахождение в природе, получение:
Магний - один из десяти наиболее распространенных элементов земной коры. В ней содержится 2,35% магния по массе. Из-за высокой химической активности в свободном виде магний не встречается, а входит в состав множества минералов - силикатов, алюмосиликатов, карбонатов, хлоридов, сульфатов и др. Так, магний содержат широко распространенные силикаты оливин (Mg,Fe) 2 и серпентин Mg 6 (OH) 8 .
Важное практическое значение имеют такие магнийсодержащие минералы, как асбест, магнезит, доломит
MgCO 3 CaCO 3 , бишофит
MgCl 2 6H 2 O, карналлит
KCl MgCl 2 6H 2 O, эпсомит MgSO 4 7H 2 O, каинит KCl MgSO 4 3H 2 O, астраханит Na 2 SO 4 MgSO 4 4H 2 O и др.
Магний содержится в морской воде (4% Mg в сухом остатке), в природных рассолах, во многих подземных водах.
Обычный промышленный метод получения металлического магния - это электролиз расплава смеси безводных хлоридов магния MgCl 2 , натрия NaCl и калия KCl. В этом расплаве электрохимическому восстановлению подвергается хлорид магния.
Другой способ получения магния - термический. В этом случае для восстановления оксида магния при высокой температуре используют кокс или кремний. Применение кремния позволяет получать магний из такого сырья, как доломит CaCO 3 ·MgCO 3 , не проводя предварительного разделения магния и кальция. С участием доломита протекают реакции:
CaCO 3 ·MgCO 3 = CaO + MgO + 2CO 2 ,
2MgO + 2CaO + Si = Ca 2 SiO 4 + 2Mg.
Для получения магния используют не только минеральное сырье, но и морскую воду. Чистота рафинированного магния достигает 99,999% и выше.
Физические свойства:
Магний - серебристо-белый блестящий металл, сравнительно мягкий и пластичный, хороший проводник тепла и электричества. Плотность магния??? г/см 3 , он почти в 5 раз легче меди, в 4,5 раза легче железа; даже алюминий в 1,5 раза тяжелее магния. Температура плавления???°C, температура кипения???°C.
Химические свойства:
Отношение к воздуху и кислороду при обычных условиях: ...
При нагревании: ...
С холодной водой магний почти не взаимодействует, но при нагревании разлагает ее с выделением водорода. В этом отношении он занимает промежуточное положение между бериллием, который вообще с водой не реагирует и кальцием, легко с ней взаимодействующим.
В электрохимическом ряду напряжений магний стоит значительно левее водорода и активно реагирует с разбавленными кислотами с образованием солей. В этих реакциях есть у магния особенности. Он не растворяется во фтороводородной, концентрированной серной и в смеси серной и в смеси азотной кислот, растворяющей другие металлы почти столь же эффективно, как "царская водка" (смесь HCl и HNO 3). Не взаимодействует с растворами щелочей.
Важнейшие соединения:
Оксид магния, MgO
: ???.
При хранении на воздухе оксид магния постепенно поглощает влагу и CO 2 , переходя в Mg(OH) 2 и в MgCO 3
Пероксид магния, MgO 2
: получен взаимодействием свежеосажденной Mg(OH) 2 с 30%-ной H 2 O 2 .
Бесцветное микрокристаллическое вещество, малорастворимое в воде и постепенно разлагающееся при хранении на воздухе.
Гидроксид магния, Mg(OH) 2
: белый, очень малорастворим в воде. Помимо кислот, он растворим в растворах солей аммония (что важно для аналитической химии). Встречается в природе (минерал брусит).
Соли магния
. Большинство солей магния хорошо растворимо в воде. Растворы содержат бесцветные ионы Mg 2+ , которые сообщают жидкости горький вкус. Заметно гидролизуются водой только при нагревании раствора.
Большинство солей выделяется из растворов в виде кристаллогидратов (напр. MgCl 2 *6H 2 O, MgSO 4 *7H 2 O). MgSO 4 *7H 2 O в природе образует минерал "горькая соль
".
При нагревании кристаллогидратов галоидных солей образуются труднорастворимые в воде основные соли.
К малорастворимым солям магния относится MgF 2 (растворимость 0,08г/л), карбонат магния. Последний может быть получен реакцией обмена только при одновременном присутствии в растворе большого избытка CO 2 , в противном случае осаждаются основные соли. Примером такой соли может служить "белая магнезия
" - основная соль приблизительного состава 3MgCO 3 *Mg(OH) 2 *3H 2 O
Применение:
Основная часть добываемого магния используется для получения различных легких сплавов. В состав этих сплавов, кроме магния, входят, как правило, алюминий, цинк, цирконий. Такие сплавы достаточно прочны и находят применение в самолетостроении, приборостроении и для других целей.
Для защиты от коррозии водонагревателей и отопительных котлов находят применение магниевые аноды, представляющие из себя стальные стержни с нанесенным на них слоем магниевого сплава. В этом случае разрушается сам анод, а не стенки водонагревателя (протекторная защита).
Высокая химическая активность металлического магния позволяет использовать его при магниетермическом получении таких металлов, как титан, цирконий, ванадий, уран и др. При этом магний реагирует с оксидом или фторидом получаемого металла, например:
2Mg + TiO 2 = 2MgO + Ti или 2Mg + UF 4 = 2MgF 2 + U.
Широкое применение находят многие соединения магния, особенно его оксид, карбонат и сульфат. Так, горькая соль применяется в текстильной и бумажной промышленности, а также в медицине.
В человеческом организме количество магния составляет всего несколько десятых или сотых долей процента, однако он играет немаловажную роль в процессах жизнедеятельности. Магний усиливает процессы обмена углеводов в мышцах, регулирует обмен кальция; поэтому из-за недостатка магния развивается остеопороз и воспалительно-дистрофические заболевания опорно-двигательного аппарата.
Недостаточное количество магния в крови - признак переутомления или стрессового состояния. Доказано, что недостаток магния в организме способствует заболеванию инфарктом миокарда. В организм поступает с пищей, но при этом усваивается менее 40% магния, так как его соединения плохо всасываются кишечником.
Основным производителем этого металла в мире является Китай, который «монополизировал» мировой рынок. В 2007 году производство китайского магния достигло 260 тысяч тонн. В России производство сосредоточено в Пермском крае (25 тыс.т/год). В 2004 году создано ОАО «Русский магний» для строительства завода по производству магния в Асбесте (Свердловская область), но в настоящее время проект заморожен.
Алиуллов Андрей
ХФ ТюмГУ, 581 группа, 2011 г.
| Магний | |
|---|---|
| Атомный номер | 12 |
| Внешний вид простого вещества |
лёгкий, ковкий, серебристо-белый металл |
| Свойства атома | |
|
Атомная масса (молярная масса) |
24,305 а. е. м. ( /моль) |
| Радиус атома | 160 пм |
|
Энергия ионизации (первый электрон) |
737,3 (7,64) кДж/моль (эВ) |
| Электронная конфигурация | 3s 2 |
| Химические свойства | |
| Ковалентный радиус | 136 пм |
| Радиус иона | 66 (+2e) пм |
|
Электроотрицательность (по Полингу) |
1,31 |
| Электродный потенциал | −2,37 В |
| Степени окисления | 2 |
| Термодинамические свойства простого вещества | |
| Плотность | 1,738 г/см³ |
| Молярная теплоёмкость | 24,90 Дж/(K·моль) |
| Теплопроводность | 156 Вт/(м·K) |
| Температура плавления | 922 K |
| Теплота плавления | 9,20 кДж/моль |
| Температура кипения | 1 363 K |
| Теплота испарения | 131,8 кДж/моль |
| Молярный объём | 14,0 см³/моль |
| Кристаллическая решётка простого вещества | |
| Структура решётки | гексагональная |
| Параметры решётки | a=3,210 c=5,21 Å |
| Отношение c/a | 1,624 |
| Температура Дебая | 318 K |
| Mg | 12 |
| 24,305 | |
| 3s 2 | |
| Магний | |
Магний — элемент главной подгруппы второй группы, третьего периода периодической системы химических элементов, с атомным номером 12. Обозначается символом Mg Magnesium. Простое вещество магний (CAS-номер: 7439-95-4) — лёгкий, ковкий металл серебристо-белого цвета.
История
Происхождение названия
В 1695 году из минеральной воды Эпсомского источника в Англии выделили соль, обладавшую горьким вкусом и слабительным действием. Аптекари называли её горькой солью, а также английской, или эпсомской солью. Минерал эпсомит имеет состав MgSO 4 · 7H 2 O.
Впервые был выделен в чистом виде сэром Хемфри Дэви в 1808 году.
Получение
Обычный промышленный метод получения металлического магния — это электролиз расплава смеси безводных хлоридов магния MgCl 2 (бишофит), натрия NaCl и калия KCl. В этом расплаве электрохимическому восстановлению подвергается хлорид магния:
MgCl 2 (электролиз) = Mg + Cl 2 .
Расплавленный металл периодически отбирают из электролизной ванны, а в нее добавляют новые порции магнийсодержащего сырья. Так как полученный таким способом магний содержит сравнительно много — около 0,1 % примесей, при необходимости «сырой» магний подвергают дополнительной очистке. С этой целью используют электролитическое рафинирование, переплавку в вакууме с использованием специальных добавок — флюсов, которые «отнимают» примеси от магния, или перегонку (сублимацию) металла в вакууме. Чистота рафинированного магния достигает 99,999 % и выше.
Разработан и другой способ получения магния — термический. В этом случае для восстановления оксида магния при высокой температуре используют кокс:
или кремний. Применение кремния позволяет получать магний из такого сырья, как доломит CaCO 3 ·MgCO 3 , не проводя предварительного разделения магния и кальция. С участием доломита протекают реакции:
CaCO 3 ·MgCO 3 = CaO + MgO + 2CO 2 ,
2MgO + CaO + Si = Ca 2 SiO 4 + 2Mg.
Преимущество термического способа состоит в том, что он позволяет получать магний более высокой чистоты. Для получения магния используют не только минеральное сырье, но и морскую воду.
Физические свойства
Магний — очень легкий, довольно хрупкий металл, постепенно окисляется на воздухе, превращаясь в белый оксид магния. Кристаллическая решетка α-формы Ca (устойчивой при обычной температуре) гранецентрированная кубическая, а = 5,56Å. Атомный радиус 1,97Å, ионный радиус Ca2+, 1,04Å. Плотность 1,74 г/см³(20 °C). Выше 464 °C устойчива гексагональная β-форма. t пл = 650 °C, t кип = 1105 °C; температурный коэффициент линейного расширения 22.10-6 (0-300 °C); теплопроводность при 20 °C 125,6 Вт/(м.К) или 0,3 кал/(см.сек.°C); удельная теплоемкость (0-100 °C) 623,9 дж/(кг.К) или 0,149 кал/(г.°C); удельное электросопротивление при 20 °C 4,6.10-8 ом.м или 4,6.10-6ом.см; температурный коэффициент электросопротивления 4,57.10-3 (20 °C). Модуль упругости 26 Гн/м² (2600 кгс/мм²); предел прочности при растяжении 60 Мн/м² (6 кгс/мм²); предел упругости 4 Мн/м² (0,4 кгс/мм²), предел текучести 38 Мн/м² (3,8 кгс/мм²); относительное удлинение 50 %; твердость по Бринеллю 200—300 Мн/м² (20-30 кгс/мм²). Магний достаточно высокой чистоты пластичен, хорошо прессуется, прокатывается и поддается обработке резанием.
Химические свойства
Смесь порошкового магния с перманганатом калия KMnO 4 — взрывчатое вещество! Раскаленный магний реагирует с водой:
Mg (раск.) + Н 2 О = MgO + H 2 ;
Щелочи на магний не действуют, в кислотах он растворяется легко с выделением водорода:
Mg + 2HCl = MgCl 2 + H 2 ;
При нагревании на воздухе магний сгорает, с образованием оксида, также с азотом может образовываться небольшое количество нитрида:
2Mg + О 2 = 2MgO;
3Mg + N 2 = Mg 3 N 2
Определение
Серебристо-белый, средний по твердости металл. Средне распространен в природе. При горении выделяется большое количество света и тепла.
Применение
Сплавы
Сплавы на основе магния являются важным конструкционным материалом в авиационной и автомобильной промышленности благодаря их лёгкости и прочности. Цены на магний в слитках в 2006 году составили в среднем 3 долл/кг.
Химические источники тока
Магний в виде чистого металла, а так же его химические соединения (бромид, перхлорат) применяются для производства очень мощных резервных электрических батарей (например магний-перхлоратный элемент, серно-магниевый элемент, хлористосвинцово-магниевый элемент, хлорсеребряно-магниевый элемент, хлористомедно-магниевый элемент, магний-ванадиевый элемент и др), и сухих элементов (марганцево-магниевый элемент, висмутисто-магниевый элемент, магний-м-ДНБ элемент и др). ХИТ на основе магния отличаются очень высокими значениями удельных энергетических характеристик и высоким разрядным напряжением. В последние годы в ряде стран обострилась проблема разработки аккумулятора с большим сроком службы, так как теоретические данные позволяют утверждать очень большие перспективы его широкого использования (высокая энергия, экологичность, доступность сырья).
Соединения
Гидрид магния — один из наиболее емких аккумуляторов водорода, применяемых для его хранения.
Огнеупорные материалы
Оксид магния MgO применяется в качестве огнеупорного материала для производства тиглей и специальной футеровки металлургических печей.
Перхлорат магния, Mg(ClO 4) 2 — (ангидрон) применяется для глубокой осушки газов в лабораториях, и в качестве электролита для химических источников тока с участием магния.
Фторид магния MgF 2 — в виде синтетических монокристаллов применяется в оптике (линзы, призмы).
Бромид магния MgBr 2 — в качестве электролита для химических резервных источников тока.
Медицина
Оксид и соли магния применяется в медицине (аспаркам, сульфат магния, цитрат магния, минерал бишофит). Бишофитотерапия использует биологические эффекты природного магния в лечении и реабилитации широкого круга заболеваний, в первую очередь — опорно-двигательного аппарата, нервной и сердечно-сосудистой систем.
Фотография
Магниевый порошок с окисляющими добавками (нитрат бария, нитрат аммония, перманганат калия, гипохлорит натрия, хлорат калия и т. д.) применялся (и применяется сейчас в редких случаях) в фотоделе в химических фотовспышках (магниевая фотовспышка).
Биологическая роль и токсикология
Магний — один из важных биогенных элементов, в значительных количествах содержится в тканях животных и растений. Магний является кофактором многих ферментативных реакций. Магний необходим для превращения креатина фосфата в АТФ — нуклеотид, являющийся универсальным поставщиком энергии в живых клетках организма. Поэтому магний является тем элементом, который контролирует энергетику организма. Магний необходим на всех этапах синтеза белка. Установлено также, что 80—90 % современных людей страдают от дефицита магния. Это может проявляться по-разному: бессоница, хроническая усталость, остеопороз, артрит, фибромиалгия, мигрень, мышечные судороги и спазмы, сердечная аритмия, запоры, предменструальный синдром (ПМС) и прочие симптомы и болезни. А при частом употреблении слабительных, алкоголя, больших психических и физических нагрузках потребность в магнии увеличивается.
К пище, богатой магнием, относятся: кунжут, отруби, орехи. Магния совсем мало в хлебе, молочных, мясных и других повседневных продуктах питания современного человека. Для получения суточной нормы магния, порядка 300 мг для женщин и 400 мг для мужчин, необходимо выпивать 2—3 литра молока или съедать 1,5—2 кг мяса.
По результатам последних исследований обнаружено, что цитрат магния является наиболее усваиваемым магниесодержащим продуктом.
Установлено, что чтобы усвоить кальций, организму необходим магний. Одним из наиболее биологически целесообразных источников магния при транскутанном (чрезкожном) всасывании является минерал бишофит, широко использующийся в целях медицинской реабилитации, физиотерапии и санаторно-курортного лечения.
Магний, Magnesium, Mg (12)
Название магнезия встречается уже в Лейденском папирусе-Х (Ш в.). Оно происходит, вероятно, от названия города в гористой местности Фессалии — Магнисия. Магнесийским камнем в древности назывались магнитная окись железа, а магнесом — магнит. Эти названия перешли в латинский и другие языки.
Внешнее сходство магнитной окиси железа с пиролизитом (двуокисью марганца) привело к тому, что магнезийским камнем, магнетисом и магне стали называть минералы и руды темной и темно-коричневой окраски, а в дальнейшем и другие минералы. В алхимической литературе слово магнес (Magnes) обозначало многие вещества, например ртуть, эфиопский камень, гераклийский камень. Минералы, rдержащие магний, тоже были известны с глубокой древности (доломит, тальк, асбест, нефрит и др.) и уже тогда находили широкое применение. Однако их считали не индивидуальными веществами, а видоизменениями других, более известных минералов, чаще всего извести.
Установить тот факт, что в магнийсодержащих минералах и солях присутствует особое металлическое основание, помогли исследования минеральной воды Эпсомского источника в Англии, открытого в 1618 г. Твердую соль из горькой эпсомской воды выделил в 1695 г. Грю, указав при этом, что по своей природе эта соль заметно отличается от всех других солей. В XVIII в. эпсомской солью занимались многие видные химики-аналитики — Бергман, Нейман, Блэк и др. Когда в континентальной Европе были открыты источники воды, подобной эпсомской, эти исследования расширились еще больше. По-видимому, Нейман первым предложил называть эпсомскую соль (карбонат магния) белой магнезией в отличие от черной магнезии (пиролюзита). Земля белой магнезии (Magnesia alba) под названием магнезия фигурирует в списке простых тел Лавуазье, причем синонимом этой земли Лавуазье считает «основание эпсомской соли» (base de sel d"Epsom).
В русской литературе начала XIX в. магнезия именовалась иногда горькоземом. В 1808 г. Дэви, подвергая белую магнезию электролизу, получил немного нечистого металлического магния; в чистом виде этот металл был получен Бусси в 1829 г. Вначале Дэви предложил назвать новый металл магнием (Magnium) в отличие от магнезии, которая в то время обозначала металлическое основание пиролюзита (Magnesium). Однако, когда название черной магнезии было изменено, Дэви предпочел называть металл магнезием. Интересно, что первоначальное название магний уцелело только в русском языке благодаря учебнику Гесса. В начале XIX в. предлагались и другие названия — магнезь (Страхов), магнезий, горькоземий (Щеглов).
