Магний: применение в технике и медицине¶

Магний — химический элемент периодической системы с атомным номером 12, лёгкий серебристо-белый металл, относящийся к группе щёлочноземельных металлов. В природе в свободном виде не встречается из-за высокой химической активности, распространён в виде соединений — карбонатов, силикатов, сульфатов и хлоридов. Благодаря сочетанию малой плотности, высокой прочности сплавов и биологической значимости магний находит применение в металлургии, авиастроении, медицине, пиротехнике и сельском хозяйстве.

¶Физические и химические свойства

Магний — один из самых лёгких конструкционных металлов: его плотность составляет около 1,74 г/см³, что примерно на 35 % меньше плотности алюминия и в четыре с лишним раза меньше плотности железа. Температура плавления — 650 °C, кипения — около 1090 °C. Металл пластичен, хорошо обрабатывается давлением, но при обычных условиях покрыт оксидной плёнкой, которая замедляет коррозию.

Химически магний активен: горит ярким белым пламенем с выделением большого количества тепла, реагирует с водой при нагревании, образует прочные соединения с кислородом, серой, галогенами. Именно высокая химическая активность и способность гореть с высокой температурой определяют его применение в пиротехнике и металлургии.

¶Применение в металлургии

Основная область потребления магния — металлургия. Его используют в нескольких направлениях:

• Раскисление и десульфурация стали. Магний связывает кислород и серу, улучшая качество металла.
• Модифицирование чугуна. Введение магния превращает пластинчатый графит в шаровидный, что резко повышает прочность и пластичность чугуна (высокопрочный чугун с шаровидным графитом).
• Легирование алюминиевых сплавов. Добавки магния повышают прочность и коррозионную стойкость алюминия.
• Производство титана. Магнийтермический метод (процесс Кролла) применяется для восстановления титана из его тетрахлорида.

¶Конструкционные сплавы

Магниевые сплавы — важнейший конструкционный материал для отраслей, где критична масса изделия. Их применяют в авиастроении (детали корпусов, шасси, элементы двигателей), автомобилестроении (рулевые колёса, корпуса коробок передач, детали интерьера), производстве портативной электроники (корпуса ноутбуков, камер), а также в ракетно-космической технике.

Сплавы делятся на литейные и деформируемые. Для повышения прочности в них вводят алюминий, цинк, марганец, цирконий, редкоземельные элементы. Недостатки магниевых сплавов — пониженная коррозионная стойкость и горючесть при высоких температурах, что ограничивает их применение в некоторых условиях.

¶Пиротехника и химические источники света

Порошкообразный магний горит ослепительно ярким белым пламенем, поэтому его используют в пиротехнических составах, фейерверках, осветительных и сигнальных ракетах, а также в фотохимии (магниевая вспышка). В металлургии магниевый порошок применяется для получения некоторых тугоплавких металлов.

¶Медицина и биологическая роль

Магний — незаменимый микроэлемент для живых организмов. В организме человека он участвует в работе более 300 ферментов, в передаче нервных импульсов, сокращении мышц, регуляции артериального давления, синтезе белков и нуклеиновых кислот, обмене углеводов. Основная часть магния сосредоточена в костях и зубах, остальное — в мягких тканях и жидкостях.

В медицине препараты магния применяют:

• при дефиците магния в организме (гипомагниемии);
• при нарушениях сердечного ритма, гипертонии, стенокардии;
• при повышенной нервной возбудимости, судорогах, мышечных спазмах;
• в акушерстве — для снижения тонуса матки и профилактики осложнений беременности;
• как слабительное (сульфат магния) и антацид (оксид и гидроксид магния).

Сульфат магния (магнезия) вводят внутривенно и внутримышечно, он также применяется как слабительное средство. Оксид и гидроксид магния входят в состав антацидных препаратов, снижающих кислотность желудка. Магний входит в состав многих витаминно-минеральных комплексов.

¶Сельское хозяйство

В агрономии соединения магния используются как удобрения и мелиоранты. Магний входит в состав хлорофилла и необходим растениям для фотосинтеза. Сульфат магния и доломитовая мука (смесь карбонатов кальция и магния) восполняют дефицит элемента в почве, повышая урожайность. Магний также добавляют в корма для животных.

¶Другие области применения

Соединения магния находят применение и в других сферах:

• Строительство. Оксид магния (магнезит) используется для производства магнезиальных вяжущих, огнеупоров, цементов.
• Химическая промышленность. Магний служит реагентом в органическом синтезе (реактив Гриньяра), осушителем в лабораториях.
• Электротехника. Сплавы магния применяются для изготовления анодов химических источников тока.
• Оптика и электроника. Оксид магния используется как материал для защитных покрытий и подложек.

¶Мировое производство

Крупнейшими производителями магния являются Китай, занимающий доминирующее положение на рынке, а также Израиль, Казахстан, Россия и Бразилия. Сырьём служат магнезит, доломит, карналлит и морская вода. Объёмы производства измеряются сотнями тысяч тонн в год, значительная часть металла идёт на нужды металлургии и авиастроения.