МАГНІЙ: ІСТОРІЯ, СТРУКТУРА, ВЛАСТИВОСТІ, РЕАКЦІЇ, ВИКОРИСТАННЯ - ХІМІЯ - 2025

Магнію є лужно - земельних металів , що належать до групи 2 періодичної таблиці. Його атомний номер - 12, і він представлений хімічним символом Mg. Це восьмий найпоширеніший елемент земної кори, близько 2,5% його.

Цей метал, як і його конгенери та лужні метали, не зустрічається в природі в своєму рідному стані, але поєднується з іншими елементами, утворюючи численні сполуки, присутні в гірських породах, морській воді та розсолі.

Щоденні предмети, виготовлені з магнієм. Джерело: Firetwister з Вікіпедії.

Магній входить до складу таких мінералів, як доломіт (карбонат кальцію та магнію), магнезит (карбонат магнію), карналіт (гексагідрат хлориду магнію та калію), бруцит (гідроксид магнію) та силікати, такі як тальк та олівін.

Найбагатшим природним джерелом за своїми розмірами є море, яке має чисельність 0,13%, хоча Велике Солоне озеро (1,1%) та Мертве море (3,4%) мають більшу концентрацію магнію. Є розсоли з високим вмістом його, який концентрується випаровуванням.

Назва магній, ймовірно, походить від магнезиту, знайденого в Магнезії, в регіоні Фессалії, стародавній Греції. Хоча було зазначено, що магнетит і марганець були знайдені в одному регіоні.

Магній сильно реагує з киснем при температурі вище 645 ° C. Тим часом порошок магнію згорає на сухому повітрі, випромінюючи інтенсивне біле світло. З цієї причини його використовували як джерело світла у фотографії. В даний час ця властивість досі використовується в піротехніці.

Це важливий елемент для живих істот. Відомо, що він є кофактором для понад 300 ферментів, включаючи кілька ферментів гліколізу. Це життєво важливий процес для живих істот через його зв’язок із виробництвом АТФ, основного клітинного джерела енергії.

Так само вона входить до складу комплексу, подібного до гемогрупи гемоглобіну, присутнього в хлорофілі. Це пігмент, який бере участь у здійсненні фотосинтезу.

Історія

Визнання

Джозеф Блек, шотландський хімік, у 1755 р. Визнав це елементом, експериментально показавши, що він відрізняється від кальцію, металу, з яким вони плутали його.

У зв'язку з цим Блек писав: "Ми вже експериментом бачимо, що магнезія альба (карбонат магнію) - це сполука своєрідної землі та нерухомого повітря".

Ізоляція

У 1808 році серу Хампрею Деві вдалося виділити його за допомогою електролізу, щоб отримати амальгаму з магнію та ртуті. Це було зроблено електролізацією його мокрої сульфатної солі з використанням ртуті як катода. Згодом вона випаровувала ртуть із мальги нагріванням, залишаючи залишок магнію.

А. Буссі, французькому вченому, вдалося виготовити перший металевий магній у 1833 році. Для цього Буссі виробляв відновлення розплавленого хлориду магнію металевим калієм.

У 1833 році британський учений Майкл Фарадей вперше застосував електроліз хлориду магнію для виділення цього металу.

Виробництво

У 1886 році німецька компанія Aluminium und Magnesiumfabrik Hemelingen використовувала електроліз розплавленого карналіту (MgCl ₂ · KCl · 6H ₂ O) для отримання магнію.

Hemelingen у партнерстві з промисловим комплексом Farbe (IG Farben) вдалося розробити техніку для отримання великих кількостей розплавленого хлориду магнію для електролізу для отримання магнію та хлору.

Під час Другої світової війни компанія Dow Chemical Company (США) та Magnesium Elektron LTD (Великобританія) розпочали електролітичне відновлення морської води; перекачують із затоки Галвестон, штат Техас та у Північному морі до Хартлпул, Англія, для виробництва магнію.

У той же час, Онтаріо (Канада) створює техніку для її виготовлення на основі процесу Л. М. Піджона. Методика полягає у термічному відновленні оксиду магнію силікатами у реторних батареях із зовнішнім випалом.

Структура та конфігурація електронів магнію

Магній кристалізується в компактній шестикутній структурі, де кожен її атом оточений дванадцятьма сусідами. Це робить його щільніше, ніж інші метали, такі як літій або натрій.

Його електронна конфігурація - 3s ² , з двома валентними електронами та десятьма внутрішньою оболонкою. Маючи зайвий електрон порівняно з натрієм, його металевий зв’язок стає міцнішим.

Це тому, що атом менший і його ядро ​​має ще один протон; тому вони надають більший ефект притягання на електрони сусідніх атомів, що скорочує відстані між ними. Крім того, оскільки є два електрона, отримана смуга 3s повна, і вона здатна ще більше відчути тяжіння ядер.

Потім атоми Mg в кінцевому підсумку закладають щільний гексагональний кристал з міцним металевим зв’язком. Це пояснює його значно більшу температуру плавлення (650 ºC), ніж натрію (98 ºC).

Всі 3-х орбіталі всіх атомів та їх дванадцять сусідів перекриваються в усіх напрямках в межах кристала, і два електрони залишають, як приходять два інші; так далі, без катіонів Mg ²⁺ не можна було походити .

Окислювальні числа

Магній може втратити два електрони, коли утворює сполуки, і залишається як катіон Mg ²⁺ , який є ізоелектронним для неонового газону. При розгляді його присутності в будь-якій сполуці число окислення магнію становить +2.

З іншого боку, і хоча менш поширений, може утворюватися катіон Mg ⁺ , який втратив лише один з двох своїх електронів і є ізоелектронним до натрію. Коли припускається його присутність у сполуці, то, як кажуть, магній має окислювальне число +1.

Властивості

Зовнішність

Блискуче біла тверда речовина в чистому стані перед окисленням або реакцією з вологим повітрям.

Атомна маса

24,304 г / моль.

Точка плавлення

650 ° С.

Точка кипіння

1,091 ° С.

Щільність

1,738 г / см ³ при кімнатній температурі. Y 1,584 г / см ³ при температурі плавлення; тобто рідка фаза є менш щільною, ніж тверда, як це відбувається у переважній більшості сполук чи речовин.

Тепло синтезу

848 кДж / моль.

Тепло випаровування

128 кДж / моль.

Молярна калорійність

24,869 Дж / (моль · К).

Тиск пари

При 701 К: 1 Па; тобто його тиск пари дуже низький.

Електронегативність

1,31 за шкалою Полінга.

Енергія іонізації

Перший рівень іонізації: 1,737,2 кДж / моль (Mg ⁺ газ)

Другий рівень іонізації: 1450,7 кДж / моль ( газ Mg ²⁺ та потребує меншої енергії)

Третій рівень іонізації: 7,732,7 кДж / моль (Mg ³⁺ газу, і потрібно багато енергії).

Атомне радіо

160 вечора.

Ковалентний радіус

141 ± 17 вечора

Атомний об'єм

13,97 см ³ / моль.

Теплове розширення

24,8 мкм / м · К при 25 ° С.

Теплопровідність

156 Вт / м К.

Електричний опір

43,9 нОм · м при 20 ° С.

Електропровідність

22,4 × 10 ⁶ S см ³ .

Твердість

2,5 за шкалою Мооса.

Номенклатура

Металевий магній не має інших атрибутивних назв. Її сполуки, оскільки вважається, що в більшості своїй вони мають окислювальне число +2, згадуються за допомогою номенклатури запасів без необхідності виражати вказане число в дужках.

Наприклад, MgO - це оксид магнію, а не оксид магнію (II). Відповідно до систематичної номенклатури, попередня сполука - це монооксид магнію, а не мономагнезій.

З боку традиційної номенклатури те ж саме відбувається і з номенклатурою запасів: назви сполук закінчуються однаково; тобто з суфіксом –ico. Таким чином, MgO - це оксид магнію, відповідно до цієї номенклатури.

В іншому випадку інші сполуки можуть мати або не мати загальних або мінералогічних назв або складатися з органічних молекул (органомагнезійні сполуки), номенклатура яких залежить від молекулярної структури та алкільних (R) або арильних (Ar) замінників.

Щодо органомагнезієвих сполук, то майже всі вони є реактивами Гриньяра із загальною формулою RMgX. Наприклад, BrMgCH ₃ - це бромід магнію метил. Зауважте, що номенклатура не здається такою складною при першому контакті.

Форми

Сплави

Магній використовується в сплавах, оскільки це легкий метал, його використовують в основному в сплавах з алюмінієм, що покращує механічні характеристики цього металу. Його також застосовували у сплавах із залізом.

Однак його використання в сплавах зменшилося через схильність до корозії при високих температурах.

Мінерали та сполуки

Через свою реакційну здатність він не зустрічається в земній корі в рідному або стихійному вигляді. Швидше, це частина численних хімічних сполук, які, в свою чергу, розташовані приблизно в 60 відомих мінералах.

Серед найбільш поширених мінералів магнію:

-Доломіт, карбонат кальцію і магнію, MgCO ₃ CaCO ₃

-Магнезит, карбонат магнію, CaCO ₃

-Бруцит, гідроксид магнію, Mg (OH) ₂

-карналіт, магній хлорид калію, MgCl ₂ · KCl · H ₂ O.

Також він може бути у вигляді інших мінералів, таких як:

-Кізерит, сульфат магнію, MgSO ₄ H ₂ O

-Форстерит, силікат магнію, MgSiO ₄

-Хризотил або азбест, інший силікат магнію, Mg ₃ Si ₂ O ₅ (OH) ₄

-Talc, Mg ₃ Si ₁₄ O ₁₁₀ (OH) ₂ .

Ізотопи

Магній зустрічається в природі у вигляді комбінації трьох природних ізотопів: ²⁴ мг, з достатністю 79%; ²⁵ мг, з 11% достатком; і ²⁶ мг, з 10% достатністю. Крім того, існує 19 штучних радіоактивних ізотопів.

Біологічна роль

Гліколіз

Магній є важливим елементом для всього живого. Людина щодня вживає 300 - 400 мг магнію. Вміст його тіла у дорослої людини становить від 22 до 26 г, зосередженого переважно в кістковому скелеті (60%).

Гліколіз - це послідовність реакцій, при яких глюкоза перетворюється на піровиноградну кислоту, з чистим продукуванням 2 молекул АТФ. Піруваткіназа, гексокіназа та фосфофрукт-кіназа - це ферменти, серед іншого, гліколізу, які використовують Mg як активатор.

ДНК

ДНК складається з двох нуклеотидних ланцюгів, які мають у своїй структурі негативно заряджені фосфатні групи; тому нитки ДНК зазнають електростатичного відштовхування. Іони Na ⁺ , K ⁺ і Mg ²⁺ нейтралізують негативні заряди, запобігаючи дисоціації ланцюгів.

АТФ

Молекула АТФ має фосфатні групи з негативно зарядженими атомами кисню. Між сусідніми атомами кисню відбувається електричне відштовхування, яке могло б розщепити молекулу АТФ.

Це не відбувається, тому що магній взаємодіє з сусідніми атомами кисню, утворюючи хелат. АТФ-Mg, як кажуть, є активною формою АТФ.

Фотосинтез

Магній необхідний для фотосинтезу, центрального процесу використання енергії рослинами. Він входить до складу хлорофілу, який має у своєму салоні структуру, подібну до гемогрупи гемоглобіну; але з атомом магнію в центрі замість атома заліза.

Хлорофіл поглинає енергію світла і використовує його у фотосинтезі для перетворення вуглекислого газу та води в глюкозу та кисень. Глюкоза та кисень використовуються згодом у виробництві енергії.

Організм

Зниження концентрації магнію в плазмі крові пов'язане з м'язовими спазмами; серцево-судинні захворювання, такі як гіпертонія; діабет, остеопороз та інші захворювання.

Іон магнію бере участь у регулюванні функціонування кальцієвих каналів у нервових клітинах. У високих концентраціях він блокує кальцієвий канал. Навпаки, зниження кальцію виробляє активацію нерва, дозволяючи кальцію потрапляти в клітини.

Це пояснило б спазм та скорочення м’язових клітин у стінках основних кровоносних судин.

Де знайти і виробництво

Магній не зустрічається в природі в стихійному стані, але є частиною приблизно 60 мінералів і численних сполук, розташованих у морі, скелях і розсолах.

У морі концентрація магнію 0,13%. Завдяки своїм розмірам море є основним світовим резервуаром магнію. Інші резервуари магнію - Велике Солоне озеро (США) з концентрацією магнію 1,1% та Мертве море з концентрацією 3,4%.

Мінерали магнію, доломіт і магнезит, видобуваються з його жил традиційними методами видобутку. Тим часом у карналітових розчинах використовуються, які дозволяють іншим солям піднятися на поверхню, зберігаючи карналіт у фоновому режимі.

Розсоли, що містять магній, концентруються в ставках за допомогою сонячного нагріву.

Магній отримують двома методами: електролізом і термічним відновленням (процес Підждона).

Електроліз

Розплавлені солі, що містять або безводний хлорид магнію, частково зневоднений безводний хлорид магнію, або мінеральний безводний карналіт, використовуються в процесах електролізу. У деяких випадках, щоб уникнути забруднення природного карналіту, використовується штучний.

Хлорид магнію також можна отримати, дотримуючись процедури, розробленої компанією Dow. Вода змішується у флокуляторі зі слабо прожареним мінеральним доломітом.

Хлорид магнію, присутній у суміші, перетворюється в Mg (OH) ₂ додаванням гідроксиду кальцію відповідно до наступної реакції:

MgCl ₂ + Ca (OH) ₂ → Mg (OH) ₂ + CaCl ₂

Осади гідроксиду магнію обробляють соляною кислотою, утворюючи хлорид магнію та воду, згідно з окресленою хімічною реакцією:

Mg (OH) ₂ + 2 HCl → MgCl ₂ + 2 H ₂ O

Потім хлорид магнію піддають процесу зневоднення до досягнення 25% гідратації, завершуючи зневоднення в процесі плавки. Електроліз проводять при температурі, яка коливається в межах від 680 до 750 ºC.

MgCl ₂ → Mg + Cl ₂

На аноді утворюється діатомовий хлор, а розплавлений магній пливе до верху солей, де він збирається.

Теплоредукція

Кристали магнію осідають з його парів. Джерело: Warut Roonguthai У процесі Підждону земляний і прокалений доломіт змішують з тонко подрібненим феросиліцієм і поміщають у циліндричні нікель-хромові заліза. Ретори розміщуються всередині духовки і є послідовно з конденсаторами, розташованими поза духовкою.

Реакція відбувається при температурі 1200 ° С і низькому тиску 13 Па. Кристали магнію видаляються з конденсаторів. Вироблений шлак збирають знизу реторти.

2 CaO + 2 MgO + Si → 2 Mg (газоподібний) + Ca ₂ SiO ₄ (шлак)

Оксиди кальцію та магнію утворюються шляхом прожарювання карбонатів кальцію та магнію, присутніх у доломіті.

Реакції

Магній енергійно реагує з кислотами, особливо оксацидами. Його реакція з азотною кислотою утворює нітрат магнію, Mg (NO ₃ ) ₂ . Таким же чином він реагує з соляною кислотою з утворенням хлориду магнію та газу водню.

Магній не реагує з лугами, такими як гідроксид натрію. При кімнатній температурі вона покрита шаром оксиду магнію, нерозчинного у воді, який захищає його від корозії.

Він утворює хімічні сполуки, серед інших елементів, з хлором, киснем, азотом та сіркою. Він високореактивний з киснем при високих температурах.

Програми

- Елементарний магній

Сплави

Магнійні сплави використовувались у літаках та автомобілях. Останні мають як вимогу контролю над викидами забруднюючих газів, зменшенням ваги автомобілів.

Застосування магнію засноване на його малій вазі, високій міцності та простоті виготовлення сплавів. До заявок належать ручний інструмент, спортивні товари, камери, техніка, рамки для багажу, автозапчастини, предмети для космічної галузі.

Магнійні сплави також використовуються для виготовлення літаків, ракет і космічних супутників, а також для фототравлення для отримання швидкої та керованої гравірування.

Металургія

Магній додається в невеликій кількості для лиття білого заліза, що покращує його міцність і ковкість. Крім того, магній, змішаний з вапном, вводиться в рідке доменне залізо, покращуючи механічні властивості сталі.

Магній бере участь у виробництві титану, урану та гафнію. Він діє як відновлюючий засіб для тетрахлориду титану в процесі Кролла, що дає титан.

Електрохімія

Магній використовують у сухій клітині, виступаючи анодом, а хлорид срібла як катод. Коли магній вступає в електричний контакт зі сталлю у присутності води, він жертвно кородує, залишаючи сталь недоторканою.

Цей тип захисту сталі є в кораблях, резервуарах, водонагрівачах, мостових конструкціях тощо.

Піротехніка

Магній у вигляді порошку або смужки утворюється опік, випромінюючи дуже інтенсивне біле світло. Це майно було використано у військовій піротехніці для встановлення пожеж чи освітлення факелами.

Її дрібнодисперсна тверда речовина застосовується як паливний компонент, особливо у твердих ракетних паливах.

- Сполуки

Карбонат магнію

Застосовується як теплоізолятор для котлів і труб. Оскільки він гігроскопічний і розчинний у воді, його застосовують для запобігання ущільнення звичайної солі в солянках і не стікає належним чином під час приправ їжі.

Гідроксид магнію

Він має застосування як антипірену. Розчинений у воді, він утворює відоме молоко магнезії, білувату суспензію, яка використовувалася як антацидний та проносний засіб.

Хлорид магнію

Застосовується при виготовленні високоміцного цементного підлоги, а також як добавка при виготовленні текстилю. Крім того, його використовують як флокулянт у соєвому молоці для виробництва тофу.

Оксид магнію

Застосовується при виготовленні вогнетривкої цегли для стійкості до високих температур і як тепловий та електричний ізолятор. Його також використовують як проносне і антацидний засіб.

Сульфат магнію

Використовується промислово для внесення цементу та добрив, дублення та фарбування. Він також є осушувачем. Сіль Epsom, MgSO ₄ · 7H ₂ O, використовується в якості очисного речовини.

- Корисні копалини

тальк-порошок

Він приймається як найменший рівень твердості (1) за шкалою Мооса. Він служить наповнювачем при виготовленні паперу та картону, а також запобігає подразнення та зволоження шкіри. Він використовується при виготовленні жароміцних матеріалів і як основа багатьох порошків, що використовуються в косметиці.

Хризотил або азбест

Його застосовували як теплоізолятор і в будівельній галузі для виготовлення стель. В даний час його не використовують через волокна раку легенів.

Список літератури

1. Mathews, CK, van Holde, KE та Ahern, KG (2002). Біохімія. 3 ^було видання. Редакція Pearson Educación, SA
2. Вікіпедія. (2019). Магній. Відновлено з: en.wikipedia.org
3. Кларк Дж. (2012). Металеве склеювання. Відновлено з: chemguide.co.uk
4. Халл А. В. (1917). Кристалічна структура магнію. Праці Національної академії наук Сполучених Штатів Америки, 3 (7), 470–473. doi: 10.1073 / pnas.3.7.470
5. Тимофій П. Гануса. (7 лютого 2019 р.). Магній. Encyclopædia Britannica. Відновлено: britannica.com
6. Ханчжоу LookChem мережевих технологій Co. (2008). Магній. Відновлено з: lookchem.com