Магний

Периодическая система хим. элементов Менделеева

Магний (лат. Magnesium), Mg, химический элемент II группы периодической системы Менделеева, атомный номер 12, атомная масса 24,305. Природный М. состоит из трёх стабильных изотопов: ²⁴Mg (78,60% ), ²⁵Mg (10,11%) и ²⁶Mg (11,29%). М. открыт в 1808 Г. Дэви, который подверг электролизу с ртутным катодом увлажнённую магнезию (давно известное вещество); Дэви получил амальгаму, а из неё после отгонки ртути - новый порошкообразный металл, названный магнием. В 1828 французский химик А. Бюсси восстановлением расплавленного хлорида М. парами калия получил М. в виде небольших шариков с металлическим блеском.

Распространение в природе. М. - характерный элемент мантии Земли, в ультраосновных породах его содержится 25,9% по массе. В земной коре М. меньше, средний кларк его 1,87%; преобладает М. в основных породах (4,5%), в гранитах и других кислых породах его меньше (0,56%). В магматических процессах Mg²⁺ - аналог Fe²⁺, что объясняется близостью их ионных радиусов (соответственно 0,74 и 0,80 ). Mg²⁺ вместе с Fe²⁺ входит в состав оливина, пироксенов и других магматических минералов.

Минералы М. многочисленны - силикаты, карбонаты, сульфаты, хлориды и другие (см. Магниевые руды). Более половины из них образовались в биосфере - на дне морей, озёр, в почвах и т. д.; остальные связаны с высокотемпературными процессами.

В биосфере наблюдается энергичная миграция и дифференциация М.; здесь главная роль принадлежит физико-химическим процессам - растворению, осаждению солей, сорбции М. глинами. М. слабо задерживается в биологическом круговороте на континентах и с речным стоком поступает в океан. В морской воде в среднем 0,13% М. - меньше, чем натрия, но больше всех других металлов. Морская вода не насыщена М. и осаждения его солей не происходит. При испарении воды в морских лагунах в осадках вместе с солями калия накапливаются сульфаты и хлориды М. В илах некоторых озёр накапливается доломит (например, в озере Балхаш). В промышленности М. получают в основном из доломитов, а также из морской воды.

Физические и химические свойства. Компактный М. - блестящий серебристо-белый металл, тускнеющий на воздухе вследствие образования на поверхности окисной плёнки. М. кристаллизуется в гексагональной решётке, а = 3,2028 , с = 5,1998 . Атомный радиус 1,60 , ионный радиус Mg²⁺ 0,74 . Плотность М. 1,739 г/см³ (20 °C); t_пл 651 °C; t_kип 1107 °C. Удельная теплоёмкость (при 20 °C) 1,04x10³ дж/(кг-К),то есть 0,248 кал/(г-°C); теплопроводность (20 °C) 1,55x10² вт/(м-К),то есть 0,37 кал/(см-сек-°C); термический коэффициент линейного расширения в интервале 0-550 °C определяется из уравнения 25,0x10^-6 + 0,0188 t. Удельное электрическое сопротивление (20 °C) 4,5x10^-8 ом-м (4,5 мком-см). М. парамагнитен, удельная магнитная восприимчивость + 0,5x10^-6, М. - относительно мягкий и пластичный металл; его механические свойства сильно зависят от способа обработки. Например, при 20 °C свойства соответственно литого и деформированного М. характеризуются следующими величинами: твёрдость по Бринеллю 29,43x10⁷ и 35,32x 10⁷ н/м² (30 и 36 кгс/мм²), предел текучести 2,45x10⁷ и 8,83x10⁷ н/м⁷ (2,5 и 9,0 кгс/мм²), предел прочности 11,28x10⁷ и 19,62x10⁷н/м² (11,5 и 20,0 кгс/мм²), относительное удлинение 8,0 и 11,5%.

Конфигурация внешних электронов атома М. 3s². Во всех стабильных соединениях М. двухвалентен. В химияеском отношении М. - весьма активный металл. Нагревание до 300-350 ?C не приводит к значительному окислению компактного М., так как поверхность его защищена окисной плёнкой, но при 600-650 ?C М. воспламеняется и ярко горит, давая магния окись и отчасти нитрид Mg₃N₂. Последний получается и при нагревании М. около 500 °C в атмосфере азота. С холодной водой, не насыщенной воздухом, М. почти не реагирует, из кипящей медленно вытесняет водород; реакция с водяным паром начинается при 400 ?C. Расплавленный М. во влажной атмосфере, выделяя из H₂O водород, поглощает его; при застывании металла водород почти полностью удаляется. В атмосфере водорода М. при 400-500 ?C образует MgH₃.

М. вытесняет большинство металлов из водных растворов их солей; стандартный электродный потенциал Mg при 25 °C - 2,38 в. С разбавленными минеральными кислотами М. взаимодействует на холоду, но в плавиковой кислоте не растворяется вследствие образования защитной плёнки из нерастворимого фторида MgF₂. В концентрированной H₂SO₄ и смеси её с HNO₃ М. практически нерастворим. С водными растворами щелочей на холоду М. не взаимодействует, но растворяется в растворах гидрокарбонатов щелочных металлов и солей аммония. Едкие щёлочи осаждают из растворов солей М. гидроокись Mg(OH)₂, растворимость которой в воде ничтожна. Большинство солей М. хорошо растворимо в воде, например магния сульфат; мало растворимы MgF₂, MgCO₃ (см. Магния карбонат), Mg₃(PO₄)₂ и некоторые двойные соли.

При нагревании М. реагирует с галогенами, давая галогениды; с влажным хлором уже на холоду образуется MgCl₂. При нагревании М. до 500-600 °C с серой или с SO₂ и H₂S может быть получен сульфид MgS, с углеводородами - карбиды MgC₂ и Mg₂C₃. Известны также силициды Mg₂Si, Mg₃Si₂, фосфид Mg3P₂ и другие бинарные соединения. М. - сильный восстановитель; при нагревании вытесняет другие металлы (Be, Al, щелочные) и неметаллы (В, Si, С) из их окислов и галогенидов. М. образует многочисленные металлоорганические соединения, определяющие его большую роль в органическом синтезе (см. Магнийорганические соединения). М. сплавляется с большинством металлов и является основой многих технически важных лёгких сплавов.

Получение и применение. В промышленности наибольшее количество М. получают электролизом безводного хлорида MgCl₂ или обезвоженного карналлита KClxMgCl₂x6H₂O (см. Магния хлорид). В состав электролита входят также хлориды Na, К, Са и небольшое количество NaF или CaF₂. Содержание MgCl₂ в расплаве - не менее 5-7%; по мере хода электролиза, протекающего при 720-750 °C, проводят корректировку состава ванны, удаляя часть электролита и добавляя MgCl₂ или карналлит. Катоды изготовляют из стали, аноды - из графита. Расплавленный М., всплывающий на поверхность электролита, периодически извлекается из катодного пространства, отделённого от анодного перегородкой, не доходящей до дна ванны. В состав чернового М. входят до 2% примесей; его рафинируют в тигельных электрических печах под слоем флюсов и разливают в изложницы. Лучшие сорта первичного М. содержат 99,8% Mg. Последующая очистка М. проводится сублимацией в вакууме: 2-3 сублимации повышают чистоту М. до 99,999%. Анодный хлор после очистки используется для получения безводного MgCl₂ из магнезита, тетрахлорида титана TiCl₄ из двухокиси TiO₂ и других соединений.

Другие способы получения М. - металлотермический и углетермический. По первому брикеты из прокалённого до полного разложения доломита и восстановителя (ферросилиция или силикоалюминия) нагревают при 1280-1300 °C в вакууме (остаточное давление 130-260 н/м², то есть 1-2 мм рт. ст.). Пары М. конденсируют при 400-500 °C. Для очистки его переплавляют под флюсом или в вакууме, после чего разливают в изложницы. По углетермическому способу брикеты из смеси угля с окисью М. нагревают в электропечах выше 2100 °C; пары М. отгоняют и конденсируют.

Важнейшая область применения металлического М. - производство сплавов на его основе (см. Магниевые сплавы). Широко применяют М. в металлотермических процессах получения трудновосстанавливаемых и редких металлов (Ti, Zr, Hf, U и других), используют М. для раскисления и десульфурации металлов и сплавов. Смеси порошка М. с окислителями служат как осветительные и зажигательные составы. Широкое применение находят соединения М.

Лит.: Стрелец Х. Л., Тайц А. Ю., Гуляницкий Б. С., Металлургия магния, 2 изд., М., 1960; Ulbmann Encykiopadie der technischen Chemie, 3 Aufl., Bd 12, Munch. - В., 1960.

? В. Е. Плющев.

Магний в организме. М. - постоянная часть растительных и животных организмов (в тысячных - сотых долях процента). Концентраторами М. являются некоторые водоросли, накапливающие до 3% М. (в золе), некоторые фораминиферы - до 3,5%, известковые губки - до 4%. М. входит в состав зелёного пигмента растений - хлорофилла (в общей массе хлорофилла растений Земли содержится около 100 млрд. т М.), а также обнаружен во всех клеточных органеллах растений и рибосомах всех живых организмов. М. активирует многие ферменты, вместе с кальцием и марганцем обеспечивает стабильность структуры хромосом и коллоидных систем в растениях, участвует в поддержании тургорного давления в клетках. М. стимулирует поступление фосфора из почвы и его усвоение растениями, в виде соли фосфорной кислоты входит в состав фитина. Недостаток М. в почвах вызывает у растений мраморность листа, хлороз растений (в подобных случаях используют магниевые удобрения). Животные и человек получают М. с пищей. Суточная потребность человека в М. - 0,3-0,5 г; в детском возрасте, а также при беременности и лактации эта потребность выше. Нормальное содержание М. в крови - примерно 4,3 мг%; при повышенном содержании наблюдаются сонливость, потеря чувствительности, иногда паралич скелетных мышц. В организме М. накапливается в печени, затем значительная его часть переходит в кости и мышцы. В мышцах М. участвует в активировании процессов анаэробного обмена углеводов. Антагонистом М. в организме является кальций. Нарушение магниево-кальциевого равновесия наблюдается при рахите, когда М. из крови переходит в кости, вытесняя из них кальций. Недостаток в пище солей М. нарушает нормальную возбудимость нервной системы, сокращение мышц. Крупный рогатый скот при недостатке М. в кормах заболевает так называемой травяной тетанией (мышечные подёргивания, остановка роста конечностей). Обмен М. у животных регулируется гормоном паращитовидных желёз, понижающим содержание М. в крови, и проланом, повышающим содержание М. Из препаратов М. в медицинской практике применяют: сульфат М. (как успокаивающее, противосудорожное, спазмолитическое, слабительное и желчегонное средство), магнезию жжёную (магния окись)и карбонат М. (как щёлочи, лёгкое слабительное).