§ 39. Магній

Природні сполуки. Магнію в природі у вільному стані немає. Він вхо­дить до складу різних мінералів і гірських порід. Магній становить близько 2,2 мас. % земної кори. Найважливішими мінералами, що містять магній, є: магнезит MgC0₃, доломіт MgC0₃ • СаС0₃₎ шпінель Mg (A10₂)₂₎ карналіт KMgCl₃ • 6Н₂0, кізерит MgS0₄ • Н₂0, епсоміт (гірка сіль) MgS0₄ • 7Н₂0. Магній є складовою частиною багатьох силікатів, наприклад тальку Mg₃H₂ (Si0₃)₄, азбесту CaMg₃(Si0₃)₄, серпентину Mg₃H₄Si₂0₉, рогової обманки CaMg₂Al₂(Si0₄)₃ тощо.

Властивості. Магній — сріблясто-білий метал. Його густина 1,7 х X 10³ кг/м³, температура плавлення 651° С. Він твердий, ковкий і тягучий. Магній дуже повільно розкладає гарячу воду, швидко розчиняється у роз­ведених кислотах, витискуючи з них водень.

Більшість сполук магнію білого кольору. Вони розчиняються у воді або кислотах. Оксид магнію MgO погано розчиняється у воді, утворюючи лужний розчин. Гідроксид магнію Mg(OH)₂ практично не розчиняється У воді.

Реакції іонів магнію. Для виявлення іонів Mg²+ використовують реак­ції утворення важкорозчинних осадів.

їдкі луги (NaOH, KOH) при відсутності солей амонію осаджують магній з нейтральних розчинів його солей у вигляді білого аморфного осаду гідро-• ксиду магнію Mg (OH)₂:

Mg²++20H- = Mg(OH)₂,

або

MgS0₄ + 2NaOH = Mg (OH)₂ + Na₂S0₄.

Гідроксид магнію Mg(OH)₂ не розчиняється в надлишку лугу, але розчи­няється в кислотах і солях амонію.

Аміак частково осаджує магній з розчинів його солей, які не містять

іонів NH4¹":

Mg²+ + 2NH₄OH <± Mg (OH)₂ + 2NH4¹".

У присутності іонів NH^ осадження іонів Mg²⁺ не може бути повним. Це пояснюється тим, що концентрація іонів ОН~~, яка в розчині аміаку не­велика, в процесі реакції стає такою малою, що частина іонів Mg²+ зали­шається у розчині неосадженою. При великій концентрації солей амонію ' аміак з іонами Mg²⁺ зовсім не утворює осаду. У цьому випадку іони NH₄ настільки пригнічують дисоціацію NH₄OH, що концентрація іонів ОН у розчині стає меншою, ніж це потрібно для досягнення добутку розчинності Mg (OH)₂. Інакше кажучи, аміак не осаджує іонів Mg²+ з водних розчинів

134

у присутності солей амонію тому, що в цих розчинах утворюється аміачний буфер (наприклад, NH₄OH -f NH₄C1) з такою концентрацією іонів Н⁺, при якій Mg (ОН)_а в осад не випадає.

Карбонат амонію (NH₄).,CO_;, не осаджує іонів магнію в присутності дос­татньої кількості солей амонію. Це пояснюється тим, що солі амонію на­стільки зменшують концентрацію іонів СОз~ У розчині, що добуток розчин­ності MgCOg не може бути досягнутий:

NH+ + C0²- + H₂0 tt NH₄OH'+HCOЈ-.

Карбонат амонію при нагріванні із солями магнію і відсутності солей амонію осаджує магній у вигляді білого аморфного осаду основної солі не­постійного складу. Частіше утворюється осад Mg (ОН)₂ • 3MgC0₃.

Гідрофосфат натрію Na₂HP0₄ з іонами Mg²+ в присутності NH₄OH і NH₄C1 утворює білий кристалічний осад фосфату магнію і амонію MgNH₄P0₄ • 6Н₂0:

Mg²+ + NH₃ + НРО|~ + 6Н₂0 = MgNH₄P0₄ • 6Н₂0,

або

MgCl₂ + NH₄OH -f Na₂HP0₄ + 5H₂0 = MgNH₄P0₄ • 6H₂0 + 2NaCl.

Хлорид амонію добавляють для того, щоб при дії аміаку не утворився осад Mg (ОН)₂. Крім того, NH₄C1 сприяє осадженню Mg NH₄P0₄ дією одно­йменних іонів NH4".

Ця реакція єдуже важливою для якісного виявлення і кількісного визна­чення магнію і фосфату.

Умови проведення реакції. Осад MgNH₄P0₄ • 6Н₂0 утворюється лише в певних умовах. Так, гідрофосфат натрію в нейтрально­му розчині утворює з іонами Mg²+ аморфний осад MgHP0₄:

Mg²+ + HPO²- = MgHP0₄,

або

MgC!₂ -f Na₂HP0₄ = MgHP0₄ + 2NaCl.

У лужному середовищі реакція відбувається за рівнянням 3MgCl₂ + 2Na₂HP0₄ + 2NaOH == Mg₃ (P0₄)₂ + 6NaCl -f 2H₂0.

Кисла сіль MgHP0₄ і середня сіль Mg₃ (P0₄)₂ краще розчиняються, ніж MgNH₄P0₄. Крім того, в лужному розчині магній може випасти в осад у вигляді Mg(OH)₂.

Для повного осадження середовище повинно бути аміачним, бо без до­бавляння аміаку в процесі реакції утворюються іони Н⁺, під впливом яких осад розчиняється. Це видно з рівняння реакції, яка являє собою оборотний процес:

^> Mg²+ + HPO²" + NH+ zt MgNH₄P0₄ + Н+,

або

MgCl_a + Na₂HP0₄ + NH₄C1 ^ MgNH₄P0₄ + 2NaCl + HCl.

135

Звідси видно, що всяка кислота, сильніша за НР0₄ , розчинятиме MgNH₄P0₄, і тому цей осад добре розчиняється навіть в оцтовій кислоті.

Розчинність MgNH₄P0₄ в нейтральному розчині збільшується в резуль­таті гідролізу цієї солі, який відбувається за рівнянням MgNH₄P0₄ + Н₂0 ^ NH₄OH + Mg²⁺ + НРО^-.

З рівняння видно, що з добавлянням NH₄OH пригнічується процес гід­ролізу і тому зменшується розчинність осаду.

З розведених розчинів (в результаті здатності до утворення пересичених розчинів) осад випадає дуже повільно; осадження можна прискорити охо­ лодженням і збовтуванням роз- ~^5<

чину. ^^llte^litisisl ^"^^ss

О тже, при виявленні магнію у ^—^й^з^^ ^

вигляді MgNH₄P0₄ реакцію про-

Рис. 21. Кристали MgNH₄P0₄-6H₂0, Рис. 22. Кристали MgNH₄P0₄ • 6Н₂0, щоутво- що утворюються при повільній кри- рюються при швидкій кристалізації,

сталі за ції.

водять так. До слабко підкисленого розчину солі магнію краплинами добав­ляють розчин аміаку до появи каламуті і приливають розчин NH₄C1, поки розчин стане зовсім прозорим. Після цього приливають розчин Na₂HP0₄ (якщо випаде осад, то його слід розчинити добавлянням НС1) і NH₄OH до появи слабкого запаху. При такому порядку добавляння і дозування реак­тивів утворюється сполука MgNH₄P0₄.

.Виконання реакції. У пробірку до 2—3 краплин слабкокис-лого досліджуваного розчину (пробірку струшують) добавляють 2—3 крап­лини NH₄OH, таку саму кількість розчину NH₄C1 і 3—4 краплини розчину Na₂HP0₄. Якщо випадає осад, то добавляють краплинами HC1 до повного розчинення його. Після цього добавляють, енергійно струшуючи пробірку, краплинами аміак до появи слабкого запаху. У присутності магнію випаде кристалічний осад MgNH₄P0₄ • 6Н₂0.

Мікрокристалоскопічне виявлення магнію проводять, користуючись реак­цією утворення MgNH₄P0₄. Форма кристалів цієї солі залежить від кон­центрації розчину і швидкості кристалізації.

Виконання реакції. До краплини досліджуваного розчину на предметному склі добавляють краплину розчину NH₄C1. Предметне скло перевертають краплиною вниз і тримають протягом 1—2 хв над склян-

136

кою з розчином аміаку. Після цього в краплину вносять кристалик Na₂HP0₄ або краплину розчину цієї солі.

При повільній кристалізації з розведених розчинів утворюються крис­тали у формі призм і трапецій (рис. 21). При швидкій кристалізації (рис. 22) з більш концентрованих розчинів кристали виділяються у вигляді зірочок або дендритів.

Гіпойодит калію КЮ (реакція Петрашеня). При осадженні магнію у ви­гляді гідроксиду в присутності йоду випадає осад буро-червоного кольору. Вважають, що цей осад є адсорбційною сполукою Mg (OH)₂ і І₂. Реакція краще відбувається з реактивом, що являє собою лужний розчин йоду і йоди­ду калію.

1₂ + 20Н-

Реакцію розчинення йоду в лузі можна зобразити таким рівнянням:

ю- + н₂о + г

Як видно з рівняння, реакція являє собою оборотний процес. При добав­лянні реактиву до розчину солі магнію іони Mg²+ зв'язуються іонами ОН^-і випадають в осад у вигляді Mg (0H)₂. Утворення цього осаду супроводжу­ється зменшенням кількості іонів 0Н~ у розчині, внаслідок чого рівновага реакції зміщується вліво; при цьому виникає достатня кількість вільного йоду для адсорбції осадом Mg (0H)₂.

В аналізі слід користуватись свіжоприготовленим реактивом, бо при зберіганні його іони І0~, які постачають вільний йод для реакції, розкла­даються за рівнянням:

■2Г

310- = ю;

Виконання реакції. До 0,5 мл 0,1 н. розчину йоду в КІ до­бавляють краплинами 1 н. розчину NaOH або КОН, поки розчин стане ли­монно-жовтим. До цього розчину приливають 1 мл досліджуваного розчину. У присутності магнію випадає буро-червоний осад.

Цією реакцією можна виявляти магній у присутності барію, стронцію і кальцію. Солі амонію і кислоти заважають реакції, бо гідроксид магнію в присутності солей амонію не випадає, а в кислотах розчиняється.

8-ОксихінолінC₉H₆NOH в аміачному середовищі з іонами Mg²+ утворює зеленувато-жовтий кристалічний осад внутрішньокомплексної сполуки окси- хінолінату магнію Mg (C₉H₆NO)₂ • 2Й2О¹: .

або

Mg²+ + 2C₉H₆NOH + 2NH₄OH = Mg (C₉H₆NO)₂ • 2H₂0 + 2NH+,

MgCl₂ + 2C₉H_eNOH + 2NH₄OH = Mg (C₉H_eNO)₂ • 2H₂0 + 2NH₄C1.

Оксихінолінат магнію розчиняється в кислотах. Іони К⁺, Na⁺, NH₄^r реак­ції не заважають.

Виконання реакції. У пробірку до 3—5 краплин досліджу­ваного розчину добавляють краплинами розчину аміаку до появи слабкого

^ V==/ ^Maf"" \==-

\

У структурному вигляді:

Mg^?+ + 2

^№

+ 2Н⁺

137

запаху, нагрівають розчин до кипіння і добавляють до нього краплинами 5%-й спиртовий розчин оксихіноліну. У присутності магнію випадає зеле­нувато-жовтий кристалічний осад.

Кольорові реакції. Утворення забарвлених продуктів реакції пояснюється здатністю гідроксиду магнію адсорбувати деякі органічні барвники. Забарв­лення адсорбованої сполуки з барвником не таке, як забарвлення самого барвника. Реакції заважають солі амонію (не випадає Mg (OH)₂), тому перед виявленням магнію їх треба видалити.

Магнезон І (n-нітробензол-азо-резорцин) або магнезон II (п-нітробен-зол-азо-а-нафтол) * в лужному середовищі забарвлені в червоний або черво­но-фіолетовий колір. У присутності гідроксиду магнію утворюється адсор­бована сполука, яка забарвлює розчин у темно-синій колір. Іони лужних і лужноземельних металів реакції не заважають.

Виконання реакції. На краплинну фарфорову з заглибинами пластинку наносять в одну з заглибин краплину розчину солі магнію і до­бавляють 1—2 краплини лужного розчину реактиву. Стільки ж реактиву наносять поряд у другу заглибину краплинної пластинки. Залежно від кількості магнію у досліджуваному розчині або утворюється синій осад, або розчин стає синім. Це особливо виразно видно, якщо колір досліджуваного розчину порівняти з червоним або червоно-фіолетовим кольором самого реак­тиву в другій заглибині пластинки.

Титановий жовтий ². Цей барвник у лужному розчині має жовто-бурий колір. Адсорбуючись гідроксидом магнію, титановий жовтий забарвлює його в червоний колір. При незначних кількостях іонів Mg²+ забарвлення реактиву змінюється на червоне. Іони лужних і лужноземельних металів не заважають реакції.

Виконання реакції. До 3—5 краплин нейтрального або слаб-кокислого досліджуваного розчину добавляють 3—5 краплин реактиву і 1 мл 2 н. розчину лугу (КОН або NaOH). Залежно від кількості магнію в розчині утворюється червоний осад або розчин забарвлюється в червоний колір, при слабкому нагріванні якого випадає червоний осад.

Структурні формули:

Магнезон І ²Структуриа формула:

Магнезон II

H 1-38