Большая советская энциклопедия - магний

Магний (лат. Magnesium), Mg, химический элемент II группы периодической системы Менделеева, атомный номер 12, атомная масса 24,305. Природный М. состоит из трех стабильных изотопов: 24Mg (78,60% ), 25Mg (10,11%) и 26Mg (11,29%). М. открыт в 1808 Г. Дэви, который подверг электролизу с ртутным катодом увлажненную магнезию (давно известное вещество); Дэви получил амальгаму, а из нее 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, озер, 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 озер 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 пленки. М. кристаллизуется в гексагональной решетке, а = 3,2028 , с = 5,1998 . Атомный радиус 1,60 , ионный радиус Mg2+ 0,74 . Плотность М. 1,739 г/см3 (20 °С); tпл 651 °С; tkип 1107 °С. Удельная теплоемкость (при 20 °С) 1,04?103 дж/(кг·К), то есть 0,248 кал/(г·°С); теплопроводность (20 °С) 1,55?102 вт/(м·К), то есть 0,37 кал/(см·сек·°С); термический коэффициент линейного расширения в интервале 0—550 °С определяется из уравнения 25,0?10-6 + 0,0188 t. Удельное электрическое сопротивление (20 °С) 4,5?10-8 ом·м (4,5 мком·см). М. парамагнитен, удельная магнитная восприимчивость + 0,5?10-6, М. — относительно мягкий и пластичный металл; его механические свойства сильно зависят от способа обработки. Например, при 20 °С свойства соответственно литого и деформированного М. характеризуются следующими величинами: твердость по Бринеллю 29,43?107 и 35,32? 107 н/м2 (30 и 36 кгс/мм2), предел текучести 2,45?107 и 8,83?107 н/м7 (2,5 и 9,0 кгс/мм2), предел прочности 11,28?107 и 19,62?107н/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 пленкой, 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 °С 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 °С — 2,38 в. С разбавленными минеральными кислотами М. взаимодействует на холоду, но в плавиковой кислоте не растворяется вследствие образования защитной пленки из нерастворимого фторида MgF2. В концентрированной H2SO4 и смеси ее 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 щелочи 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 °С 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 легких сплавов. Получение и применение. В промышленности наибольшее количество М. получают электролизом безводного хлорида MgCl2 или обезвоженного карналлита KCl?MgCl2?6H2O (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 °С, 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, отделенного 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 прокаленного до полного разложения доломита и восстановителя (ферросилиция или силикоалюминия) нагревают при 1280—1300 °С в вакууме (остаточное давление 130—260 н/м2, то есть 1—2 мм рт. ст.). Пары М. конденсируют при 400—500 °С. 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 °С; 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 зеленого 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 подергивания, остановка роста конечностей). Обмен М. у животных регулируется гормоном паращитовидных желез, 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 жженую (магния окись) и карбонат М. (как щелочи, легкое слабительное). Г. Я. Жизневская.