7.2. Магний
Магний - один из самых распространенных элементов земной коры, его кларк составляет 2,0 мол.%. Основные минералы: оливин - Mg2SiO4, магнезит - MgCO3, доломит - CaCO3MgCO3, карналлит - KClMgCl26H2O. Хлорид магния содержится в морской воде (до 0,38%) и в воде некоторых соленых озер. Магний является биометаллом, входит в состав хлорофилла, играющего важную роль в процессе фотосинтеза. Катион Mg2+ - активатор ферментов, регулирует работу сердечно-сосудистой системы.
Магний представляет собой легкий белый металл, плотность 1,74 г/см3, т.пл. 651 С, мягче и пластичнее бериллия, на воздухе быстро окисляется. Получают магний электролизом расплава его хлорида или восстановлением прокаленного доломита кремнием при 1200 – 1300 С.
2(CaO·MgO) + Si = Ca2SiO4 + 2Mg
Основная область применения - получение "сверхлегких" сплавов. Наиболее важный сплав – электрон (3 - 10 % алюминия; 0,2 - 3 % цинка, остальное магний) - благодаря прочности и малой плотности применяется в ракетной технике и авиастроении. Кроме того магний используется в качестве восстановителя при получении других металлов (магнийтермия) и в пиротехнике.
Химические свойства. Очень активный металл. При комнатной температуре реагирует с галогенами, при нагревании сгорает на воздухе, окисляется серой и азотом. Магний взаимодействует практически со всеми неметаллами с образованием бинарных соединений, исключение составляют инертные газы и водород.
Магний горит даже в атмосфере углекислого газа:
t
2Mg + CO2 = 2MgO + C
Магний в ряду активности металлов расположен левее водорода, с холодной водой взаимодействует медленно, так как образующийся при этом гидроксид плохо растворим; при нагревании реакция ускоряется. С водными растворами кислот реагирует очень энергично, за исключением плавиковой и фосфорной кислот, которые образуют с магнием нерастворимые соли.
Mg + 2H2O = Mg(OH)2 + H2; Mg + 2HCl = MgCl2 + H2
Соединения магния
Оксид магния - MgO (жженая магнезия) - тугоплавкое вещество (т.пл. 2800 ºС). В промышленности получают термическим разложением карбоната магния:
t
MgCO3 = MgO + CO2
Мелкокристаллический оксид химически активен, является основным соединением, реагирует с кислотами и горячей водой. Сильно прокаленный оксид магния теряет химическую активность.
Жженную магнезию применяют как наполнитель в производстве резин, в огнеупорных строительных материалах, для очистки нефтепродуктов.
Гидроксид магния - Mg(OH)2 - малорастворим в воде, растворим в кислотах, основание средней силы (К2 = 2,5·10-3). Из насыщенных солей аммония вытесняет аммиак:
t
2NH4Cl + Mg(OH)2 = MgCl2 + 2NH3 + 2H2O
Большинство солей магния хорошо растворимы в воде, обычно кристаллизуются с шестью молекулами воды. Малорастворимы фторид MgF2, карбонат MgCO3 и фосфат Mg3(РO4)2. Безводные соли магния очень гигроскопичны. Перхлорат магния (ангидрон) - Mg(ClO4)2 - один из наиболее эффективных осушителей газов. Широкое применение находит хлорид магния, его получают хлорированием оксида магния в присутствии угля:
MgO + Сl2 + C = MgCl2 + CO
Используют хлорид для приготовления магнезиального цемента, устойчивого к действию кислот и щелочей. Цемент получают, смешивая прокаленный оксид магния с 30 % раствором хлорида. Смесь постепенно превращается в белую твердую массу вследствие образования полимерных цепей.