Раздел 6. Специальные вопросы химии

6.1. Свойства магния, кальция и алюминия

Характеристику свойств металлов будем давать по следующему плану.

1. Расположение в периодической системе элементов (ПСЭ). Электронное строение.

2. Физические свойства.

3. Способ получения.

4. Химические свойства. Вначале рассматривается взаимодействие с простыми веществами – неметаллами, затем взаимодействие со сложными веществами – водой, кислотами, основаниями, солями.

5. Применение в промышленности. Применение важнейших соединений металла.

6. Экологические аспекты получения и применения металла и его соединений.

1. Магний

1) Химический символ Mg. Расположен в 3 периоде IIА группе ПСЭ. Порядковый номер 12. Электронная конфигурация ₁₂Mg = 1s²2s²2p⁶3s². Относительная атомная масса 24,3.

2) Магний ‑ легкий, серебристый металл, на воздухе быстро тускнеет.  = 1,74 г/см³, Т_пл =650 ºС, Т_кип =1105 ºС.

3) Основной способ получения чистого магния – электролиз расплава смеси солей MgCl₂, KCl и NaCl. Образующийся металл всплывает на поверхность расплава, откуда его собирают вакуумным ковшом. Дополнительная очистка проводится переплавкой с флюсами – хлоридами или фторидами калия, бария или натрия. Глубокую очистку осуществляют перегонкой в вакууме или зонной плавкой.

4) Магний является очень активным металлом. Во всех своих соединениях проявляет степень окисления +2. В водных растворах существует в виде гидратированного иона Mg²⁺.

Магний легко реагирует практически со всеми неметаллами.

С холодной водой магний не реагирует, поскольку покрыт оксидной пленкой. В горячей воде постепенно образует гидроксид

.

Реагирует со многими оксидами, вытесняя из них элементы, например:

Значение стандартного окислительно-восстановительного потенциала , поэтому магний легко вытесняет водород из растворов кислот .

С основаниями магний не реагирует.

В водных растворах способен вытеснять из солей менее активные металлы, например

.

5) Несмотря на высокую химическую активность и низкую температуру плавления и кипения, магний находит широкое применение в технике. Входит в состав ряда сплавов, сообщая им легкость. Широко используется сплав магния с алюминием и марганцем – дюралюминий (основной компонент ‑ Al, около 4 % Cu, 1,5 % Mg и 0,5 % Mn), который называют «авиационным» сплавом.

Кроме чистого металла широко используются его соединения.

MgCO₃·CaCO₃ – доломит, применяется для известкования почв. MgO·MgCl₂ – используют в строительном производстве (магнезиальный цемент).

Наличие ионов в воде обуславливает ее жесткость. Поэтому, если в технологических процессах используют чистую воду, то от ионов необходимо избавляться. Жесткость воды устраняют добавлением извести Ca(OH)₂, карбоната натрия Na₂CO₃, кипячением или ионообменным способом.

6) Магний широко распространен в природе. Содержание в земной коре оценивается в 2,1 % (по молям). Магний является биогенным, т.е. необходимым для нормального функционирования живых организмов, элементом. Он необходим для нормального развития и функционирования живых организмов. В небольших количествах нетоксичен.