Магний как химический элемент¶

Магний — химический элемент второй группы периодической системы, обозначается символом Mg, атомный номер 12, атомная масса 24,305. Относится к щёлочноземельным металлам. При нормальных условиях представляет собой лёгкий серебристо-белый металл, тускнеющий на воздухе из-за образования оксидной плёнки. Название происходит от латинского Magnesium, восходящего к греческому топониму Магнесия — области в Фессалии, где издавна добывали содержащие магний минералы.

¶История открытия

Соединения магния известны с древности. Магнезит и тальк применялись в быту и медицине задолго до выделения самого элемента. В 1618 году в английском Эпсоме из минерального источника была получена горькая соль — сульфат магния, получивший название «эпсомская соль». Она использовалась как слабительное и входила в моду как лечебное средство.

В 1755 году шотландский химик Джозеф Блэк доказал, что магнезия (оксид магния) — самостоятельное вещество, отличное от извести. Металлический магний впервые получил в 1808 году английский химик Хэмфри Дэви электролизом смеси оксида магния и оксида ртути. В чистом виде металл выделил французский химик Антуан Бюсси в 1828 году, восстановив хлорид магния парами калия. Промышленное производство началось во второй половине XIX века.

¶Распространение в природе

Магний занимает восьмое место среди элементов по распространённости в земной коре (около 2 % по массе) и третье — среди растворённых в морской воде. В свободном виде в природе не встречается из-за высокой химической активности. Основные минералы: магнезит (карбонат магния), доломит (двойной карбонат магния и кальция), брусит (гидроксид), карналлит и бишофит (хлориды), кизерит и лангбейнит (сульфаты), а также силикаты — тальк, серпентин, оливин, асбест.

Значительные количества магния содержатся в морской воде и в подземных рассолах. Ионы магния присутствуют во всех природных водах, определяя их жёсткость.

¶Физические и химические свойства

Магний — легкий металл плотностью 1,738 г/см³, температура плавления 650 °C, температура кипения 1090 °C. Кристаллическая решётка гексагональная. Обладает высокой тепло- и электропроводностью.

Химически очень активен. На воздухе покрывается тонкой оксидной плёнкой, предохраняющей от дальнейшего окисления. При нагревании горит ослепительно белым пламенем с образованием оксида и нитрида. Взаимодействует с водой при нагревании, с большинством кислот, с галогенами, серой, азотом. Восстанавливает многие металлы из их оксидов и хлоридов. Степень окисления в соединениях +2.

¶Получение

Основные промышленные методы:

• Электролиз расплавленного хлорида магния из природных рассолов или морской воды.
• Термическое восстановление оксида магния кремнием или углеродом при высокой температуре (силикотермический и карботермический способы).
• Электролиз обезвоженного карналлита.

Крупнейшие производители — Китай, Россия, Израиль, Казахстан. Мировое производство измеряется сотнями тысяч тонн в год.

¶Применение

¶Металлургия

Магний — основа лёгких конструкционных сплавов с алюминием, цинком, марганцем. Магниевые сплавы применяются в авиа- и автомобилестроении, приборостроении, производстве корпусов электроники. Магний также служит раскислителем и десульфуратором в металлургии стали, модификатором чугуна.

¶Восстановитель и пиротехника

Используется для получения титана, циркония, урана и других металлов методом магниетермии. В пиротехнике — для создания яркого белого пламени и в составе осветительных и зажигательных составов.

¶Медицина и биология

Магний — жизненно важный макроэлемент. В организме человека участвует в работе более 300 ферментов, в передаче нервных импульсов, сокращении мышц, синтезе белков и нуклеиновых кислот. Входит в состав хлорофилла растений. Суточная потребность взрослого человека — около 300–400 мг. Препараты магния (сульфат, цитрат, оксид, лактат) применяются при дефиците, как слабительные, спазмолитики, при сердечно-сосудистых и неврологических состояниях.

¶Прочие области

Оксид магния используется в огнеупорных материалах, производстве цемента, как наполнитель в резине и пластмассах. Сульфат магния — в текстильной промышленности, как удобрение. Гидроксид магния — в очистке воды и как антацид.

¶Биологическая роль и дефицит

Магний концентрируется внутри клеток, участвует в энергетическом обмене (АТФ), стабилизирует структуру ДНК и РНК. Дефицит проявляется мышечными судорогами, утомляемостью, нарушениями ритма сердца, повышенной возбудимостью. Основные пищевые источники: орехи, семена, бобовые, зелёные листовые овощи, цельные злаки, какао.

¶Безопасность

Порошок и стружка магния огнеопасны, особенно при контакте с влагой и окислителями. Тушение водой недопустимо — реакция сопровождается выделением водорода и усиливает горение. Применяются специальные порошковые составы. Металлический магний и его соединения при соблюдении норм промышленной безопасности не представляют серьёзной угрозы для человека.