Характеристика элемента

Mg

МАГНИЙ

План:

       1. Характеристика элемента.

       2. Получение магния.

       3. Свойства магния.

3.1. Физические свойства магния.

3.2. Химические свойства магния.

4. Соединения магния.

4.1. Неорганические соединения

       4.2. Магнийорганические соединения

       5. Природные соединения магния

       6. Определение магния в почвах, в воде

       7. Биологическое значение магния

       8. Области применения магния

       9. Жесткость воды

10. Практическая работа «Определение жесткости воды»

Характеристика элемента

Название «магнезия» встречается уже в III веке н.э., хотя не вполне ясно, какое вещество оно обозначает. Долгое время магнезит - карбонат магния - ошибочно отождествляли с известняком - карбонатом кальция. Слово магнезия происходит от названия одного из Греческих городов - Магнесии. До XVIII века соединения магния считали разновидностями кальциевых или натриевых солей. Открытию магния способствовало изучение состава минеральных вод. В 1695 году английский врач Крю сообщил, что им выделена из воды эпсомского минерального источника соль, обладающая лечебными свойствами, и вскоре был доказан её индивидуальный характер. Затем стали известны и другие соединения магния. Карбонат магния получил название "белая магнезия", в отличие от «чёрной магнезии» - оксида марганца. Отсюда и созвучие названий металлов, выделенных впоследствии из этих соединений.

Впервые магний был получен Деви (XIX в.) из окиси магния. Бюсси, Либих, Девильс, Карон и др получали магний действием паров калия или натрия на хлористый магний.

В 1808 г. английский химик Г. Деви электролизом увлажнённой смеси магнезии и оксида ртути получил амальгаму неизвестного металла, которому и дал название "магнезии", сохранившееся до сих пор во многих странах. В России с 1831 года принято название "магний". В 1829 г. Французский химик А. Бюсси получил магний, восстанавливая его расплавленный хлорид калием. Следующий шаг к промышленному получению сделал М. Фарадей. В 1830 г. он впервые получил магний электролизом расплавленного хлористого магния.

Промышленное производство магния электролитическим способом предпринято в Германии в конце XIX в. Перед второй мировой войной началось освоение термических способов получения магния.

В настоящее время наряду с развитием электролитического способа совершенствуются силикотермический и карботермический способы получения магния. На первой стадии развития магниевой промышленности в качестве сырья применяли хлористые соли карналлит, природные рассолы, хлоромагниевые щёлочи калийной промышленности.

Сейчас наряду с хлористыми солями широко используют доломит и магнезит. Большой интерес представляет применение в качестве сырья для производства магния из морской воды. В России электролитический метод получения магния впервые разработал П.П. Федотьев в 1914 г. в Петроградском политехническом институте. В 1931 г. в Ленинграде вступил в строй первый опытный магниевый завод. Промышленное производство магния в СССР начато в 1935 г.

₊₁₂Mg ))) 1S² 2S²   2P⁶   3S² 3P⁰ –электронная формула нормального атома

282  

При затрате необходимой энергии один из электронов переходит в P-состояние, т.е. оба электрона становятся неспаренными. Поэтому магний проявляет степень окисления +2.

3S²-валентные электроны

1S² 2S² 2P⁶  3S¹    3P¹

                                   - электронная формула возбуждённого атома

₊₁₂Mg +P¹²,n⁰12

              e12

Строение внешней электронной оболочки магния, обладающей структурой 3S², с двумя слабо связанными электронами объясняет восстановительный характер типичных реакций, в которых магний переходит в двухвалентный катион Mg²⁺. Благодаря большому химическому сродству к кислороду, магний способен отнимать кислород у многих окислов и хлор у хлоридов. Это свойство в последнее время используется при магниетермическом получении титана, циркония, урана. При комнатной температуре на воздухе компактный магний химически стоек. На его поверхности образуется окисная пленка, предох­раняющая от окисления. При нагревании химическая активность магния воз­растает. Считается, что верхний температурный предел устойчивости магния в кислороде находится в интервале 350-400 ^оС. Кипящую воду магний разлагает с выделением водорода. 

На магний не оказывает заметного действия дис­тиллированная вода, фтористоводородная кислота любой концентрации, хромовая кислота, водные растворы фтористых солей и др. 

Разрушающее действие оказывает на магний морская и минеральная вода, водные растворы соля­ной, серной, азотной, фосфорной, кремнефтористоводородной кислот, вод­ные растворы галоидных солей,  сернистых соединений, аммиак и его вод­ные растворы, органические кислоты, гликоли и гликолевые смеси, многи альдегиды.

Магний - один из самых распространенных в земной коре элементов, по распространенности занимает шестое место после кислорода, кремния, алюминия, железа и кальция. Содержание магния в литосфере, по А.П. Ви­ноградову, сотавляет 2,10%. В природе магний встречается исключительно в виде соединений и входит в состав многих минералов: карбонатов, си­ликатов и др. Важнейшими являются следующие из них: магнезит MgCO₃, доломит MgCO₃*CaCO₃, карналлит MgCl₂*KCL*6H₂O, бруцит Mg(OH)₂, кизерит MgSO₄, эпсонит MgSO₄*7H₂O, каинит MgSO₄*KCl*3H₂O, оливин (Mg,Fe)₂ [SiO₄], серпентин H₄Mg₃Si₂O₉.

Природный или естественный маг­ний представляет собой смесь трех устойчивых изотопов ²⁴Mg -78,6 %, ²⁵Mg -10,1 %, ²⁶Mg -11,3 %.

В реакциях магний практически всегда проявляет степень окисления +2 (валентность II). Для того, чтобы перевести атом магния из состояния 3S² в реакционноспособное состояние 3S¹3P¹, нужно затратить 259 КДж/моль, а при последовательном отрыве электронов, т.е. ионизации Mg до Mg⁺ и Mg⁺², требуется соответственно 737 КДж/моль и 1450 КДж/моль. Магний кристаллизуется в гексагональную плотноупакованную решетку.

ПОЛУЧЕНИЕ МАГНИЯ.

Преобладающий промышленный способ получения магния - электролиз расплава смеси MgCl₂

MgCl₂ Mg²⁺ 2Cl^-

К -) А +)

Mg²⁺ _+2e Mg⁰ 2Cl^- _-2e Cl₂⁰

    ЭЛ-3

2MgCl₂    2Mg + 2Cl₂

  расплава

в безводных MgCl₂, KCl, NaCl. Для получения расплава исполь­зуют обезвоженный карналлит или бимофит, а также MgCl₂, полученный хлорированием MgO или как отход при производстве Ti.

Температура электролиза 700-720 ^оС, аноды графитовые, катоды стальные. Со­держание MgCl₂ в расплаве 5-8 %, при снижении концентрации до 4 % уменьшается выход магния по току, при повышении концентрации MgCl₂ вы­ше 8 % увеличивается расход электроэнергии. Для обеспечения оптимально­го содержания MgCl₂ периодически отбирают часть отработанного электро­лита и добавляют свежий карналлит или MgCl₂. Жидкий магний всплывает на поверхность электролита, откуда его отбирают вакуумным ковшом. Изв­лекаемый магниевый сырец содержит 0,1% примесей. Для очистки от неме­таллических примесей магний переплавляют с флюсами - хлоридами или фторидами K,Ba,Na,Mg. Глубокую очистку осуществляют перегонкой в вакуу­ме, зонной плавкой, электролитическим рафинированием. В результате по­лучают магний чистотой 99,999 %.

Кроме магния при электролизе получают также Cl₂. В термических спосо­бах получения магния сырьем служит магнезит или доломит, из которых прокаливанием получают MgO. 2Mg+O₂=2MgO. В реторных или вращающих печах с графитовыми или угольными нагревателями оксид восстанавливают до металла кремнием (силиконотермический способ) или CaC₂ (карбидотермический способ) при 1280-1300 ^оС, либо углеродом (карботермический способ) при темпратуре выше 2100 ^оС. В карботермическом способе (MgO+C Mg+CO) образующуяся смесь CO и паров магния быстро охлаждают при выходе из печи инертным газом для предотвращения обратной реакции с магнием.

СВОЙСТВА МАГНИЯ.