Опубликовано Оставить комментарий

Магний как легкий щелочноземельный металл

Магний является химическим элементом периодической таблицы Д.И. Менделеева с атомным номером 12 и условным обозначением Mg. Магний при нормальных условиях представляет собой блестящий серый металл с низкой плотностью, низкой температурой плавления и высокой химической активностью.



Открытие

Сэр Хэмфри Дэви — английский ученый открывший химические элементы натрий, магний и калий
Сэр Хэмфри Дэви — английский ученый открывший химические элементы натрий, магний и калий

Соединения магния были известны и использовались за столетия до того, как ученые научились производить элементарный магний. Шотландский физик и химик Джозеф Блэк был первым, кто систематически изучал соединения магния в XVIII веке. В 1755 году в своей работе «De humore acido a cibis orto et Magnesia alba», он признал разницу между известью (карбонатом кальция) и магнезией белой (карбонатом магния), которые в те времена достаточно часто путали. Он интерпретировал магнезию белую как соединение с новым химическим элементом. Блэка часто называют первооткрывателем магния, хотя он так и не смог получить элементарный магний.

В 1618 году фермер из Эпсома в Англии попытался напоить своих коров водой из местного колодца. Коровы отказывались пить воду из-за горького вкуса, но фермер заметил, что вода как будто залечивает царапины и сыпь. Вещество, полученное путем выпаривания воды, стало известно как соль Эпсома, и его слава распространилась. В конечном итоге он был признан гидратированным сульфатом магния.

Сам металл был впервые выделен сэром Хамфри Дэви в Англии в 1808 году. Он использовал электролиз смеси магнезии и оксида ртути. Антуан Бюсси подготовил его в последовательной форме в 1831 году. Первым предложением Дэви для названия было «магний» и сейчас это название используется в большинстве стран мира.


Характеристики

Физические характеристики
Состояние при Н.У. Твердое
Температура плавления 650 ° С
Точка кипения 1110°С
Плотность при Н.У. 1,738 г/см 3
Твердость по шкале Мооса 2.5
Критическая точка
Мол. теплота плавления 8,48 кДж/моль
Мол. теплота испарения 128 кДж/моль
Мол. теплоемкость 24,869 Дж/(моль·К)
Молярный объем 14,00 · 10 -6 м 3 ·моль -1
Химические характеристики
Атомный номер(Z) 12
Атомная масса 24,305
Электронная конфигурация 3s2
Радиус атома 160 пм
Ковалентный радиус 141 пм
Степени окисления 0, +1, +2
Радиус иона 66 пм
Электроотрицательность 1.31 (шкала Полинга)
Энергия ионизации 737,7 кДж/моль
Изотопы ²³Mg; ²⁴Mg; ²⁵Mg; ²⁶Mg; ²⁷Mg; ²⁸ Mg

Добыча и производство

Магний в виде металлического кристалла
Магний в виде металлического кристалла

Общий объем элементарного магния производимого в мире составляет порядка 1 миллиона тонн ежегодно. Лидерами по добыче и производству являются Китай, Россия, Израиль, Казахстан и Бразилия. При этом 88% добываемого магния приходится на Китай, около 7% на Россию, а остальное на других производителей.

Главный промышленный метод получения металлического магния — это электролиз расплава смеси безводных хлоридов магния MgCl2 (бишофит), натрия NaCl и калия KCl. В расплаве электрохимическому восстановлению подвергается хлорид магния:

MgCl2 → Mg + Cl2

Вышеперечисленным методом пользуются многие лидеры мирового производства в Китае и России.

Кроме того, катион Mg 2+ является вторым по распространенности катионом в морской воде, что делает морскую воду и морскую соль привлекательными коммерческими источниками магния. Для его извлечения в морскую воду добавляют гидроксид кальция с образованием осадка гидроксида магния.

MgCl2 + Ca(OH)2 → Mg(OH)2 + CaCl2

Гидроксид магния (брусит) нерастворим в воде, его можно отфильтровать и подвергнуть реакции с соляной кислотой с образованием концентрированного хлорида магния.

Mg(OH)2 + 2HCl → MgCl2 + 2H2O

Металлический магний затем можно получить из хлорида магния с использованием вышеупомянутого метода плавильного электролиза. Магний содержится более чем в 60 известных минералах, но коммерческое значение имеют только доломит, магнезит, брусит, карналлит, тальк и оливин.


Применение

Применение такого химического элемента как магний является очень распространенным. Магний является третьим наиболее часто используемым конструкционным металлом после железа и алюминия. Основные области применения магния:

  • алюминиевые сплавы;
  • литье под давлением (сплав цинком);
  • удаление серы при производстве железа и стали;
  • производство титана в процессе Кролла.

Магний используется в легких материалах и сплавах. Например, при введении наночастиц карбида кремния он обладает чрезвычайно высокой удельной прочностью, что позволяет его использовать в специализированных установках.

Исторически магний был одним из основных металлов аэрокосмической конструкции и использовался при производстве самолетов еще в период  Первой мировой войны и  Второй мировой войны. В коммерческой аэрокосмической промышленности магний обычно использовался только в компонентах двигателей из-за опасности возгорания и коррозии. Недавние разработки в металлургии и производстве позволили магниевым сплавам выступать в качестве замены алюминиевых и стальных сплавов в определенных областях применения.

Соединения магния применяют в качестве огнеупорного материала в футеровке печей при производстве железа, стали, цветных металлов, стекла и цемента. Оксид магния и другие соединения магния также используются в сельскохозяйственной, химической и строительной промышленности. Оксид магния, образующийся при прокаливании, используется в качестве электрического изолятора в огнестойких кабелях.

Магний реагирует с галогеналканами с образованием реактивов, которые используются для широкого спектра органических реакций с образованием углеродных связей. Соли магния входят в состав различных пищевых продуктов, удобрений (магний входит в состав хлорофилла), питательных сред для микроэлементов. Сульфит магния используется при производстве бумаги (сульфитный процесс).

Фосфат магния используется для огнезащиты древесины, используемой в строительстве. Гексафторосиликат магния используется для защиты тканей от моли. Кроме того магний используется для изготовления факелов, способных гореть под водой и других масштабных применений.


Безопасность

Опасность элементарного магния во многом зависит от температуры и размера частиц, так как компактный магний безвреден при температуре ниже точки плавления, а стружка и порошок магния легко воспламеняются. Благодаря большой площади поверхности последний легко вступает в реакцию с кислородом в воздухе. При использовании очень мелкого порошка магния даже существует риск самовозгорания, а воздушно-порошковые смеси имеют вероятность взорваться. Флегматизация – обработка, снижающая риск при обработке порошков магния и металлов в целом. Расплавленный магний также самовоспламеняется на воздухе. Мелкозернистый или нагретый магний реагирует со многими другими веществами, например с водой и другими кислородсодержащими соединениями.

По этой причине расплавы магния требуют постоянной защиты от проникновения кислорода. На практике это достигается путем покрытия расплава агентами, богатыми хлоридом магния. Гексафторид серы также подходит в качестве защиты от окисления. Ранее распространенная практика покрытия элементарной серой больше не практикуется из-за серьезных неудобств, вызываемых образующимся диоксидом серы.

Пожары магния могут достигать температуры 3000 °C. Ни при каких обстоятельствах нельзя использовать обычные средства пожаротушения, такие как вода, углекислый газ, пена или азот, так как магний бурно реагирует с ними. Если вода попадет в огонь магния, существует острый риск кислородно-водородной реакции и взрыва.

К такого рода пожарам применяется принцип тушения удушьем, т. е. быстрым вытеснением кислорода. В простейшем случае засыпанием сухим песком, в противном случае нанесением засыпки солью для расплавов магния. Пригодны также огнетушащие порошки класса пожаробезопасности D, порошок оксида магния ( Magnesia usta /обожженная магнезия), а при необходимости и сухая, нержавеющая стружка серого чугуна.

При использовании магния необходимо тщательно соблюдать все инструкции по безопасности. Ни при каких обстоятельствах нельзя создавать взрывоопасную атмосферу (магниевая пыль, водород, аэрозоли и пары легковоспламеняющихся смазочно-охлаждающих жидкостей). Также необходимо соблюдать обычные меры безопасности труда, например, избегать источников возгорания.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *