Магний (стр. 2 из 5)

Поэтому комплексные соединения магния малоустойчивы и образуются обычно только в щелочной среде.

Ниже представлены теплоты образования некоторых соединений магнияи бериллия, рассчитанные в ккал на грамм-эквивалент металла:

F	Cl	Br	I	O	S	N
Mg	134	77	62	43	72	42	19
Be	134	77	62	43	72	42	19
Отношение Mg/Be	0,90	0,73	0,65	0,47	1,00	0,47	1,21

Из приведенных данных видно, что теплоты образования аналогичных производных бериллия и магния близки при сравнительно малых объемах металлоидных атомов (F, O, N) и сильно расходятся при больших (Cl, Br, I, S). Так как сам атом магния значительно больше атома бериллия, это свидетельствует о значительной роли объемных соотношений при образовании рассматриваемых соединений.

Ядерные расстояния в кристаллах MgO (т. пл. 2850^оС) равны 1,64 Å, а у их индивидуальных молекул (в парах) – 1,75 Å. Пары MgO сильно диссоциированы на элементы. MgO растворима в воде тем труднее, чем сильнее она была предварительно прокалена. Такое снижение реакционной способности обусловлено в данном случае укрупнением кристаллов. При хранении на воздухе оксид магния постепенно поглощает влагу и CO₂, переходя в Mg(OH)₂и в MgCO₃. Окись магния изредка встречается в природе (минерал периклаз). Получаемая прокаливанием природного магнезита MgO является исходным продуктом для изготовления различных огнеупорных изделий и искусственных строительных материалов (“ксилолит” и др.) Кашица из замешанной на очищенном бензине окиси магния может быть использована для снятия с бумаги жировых и масляных пятен: ею смазывают пятно и дают бензину испариться, после чего удаляют сорбировавшую жир окись магния.

В основе ксилолита лежит магнезиальный цемент, получаемый смешиванием предварительно прокаленной при 800^оС окиси магния с 30%-ным водным раствором MgCl₂ (на 4 вес. ÷. MgO берется 1 вес. ч. безводного MgCl₂). Вследствие образования более или менее длинных цепей типа –Mg–O–Mg–O–Mg– (с гидроксилами или атомами хлора на концах) смесь через несколько часов дает белую, очень прочную и легко полирующуюся массу. При изготовлении ксилолита к исходной смеси примешивают опилки и т.п. Кроме ксилолита, используемого главным образом для покрытия полов, на основе магнезиального цемента часто готовят жернова, точильные камни и т.д.

Белый амфотерный гидроксид магния очень малорастворим в воде. Растворенная часть Mg(OH)₂ диссоциирована по типу основания и является электролитом слабой силы. Осаждение Mg(OH)₂в процессе нейтрализации кислого раствора наступает при pH=10,5. Гидроксид магния встречается в природе (минерал брусит). Помимо кислот, он растворим в растворах солей аммония (что важно для аналитической химии). Растворение, например, в NH₄Cl протекает по схеме Mg(OH)₂+2NH₄Cl « MgCl₂+2NH₄OH и обусловлено образованием сравнительно малодиссоциированного гидроксида аммония.

Для магния известна аналогичная гидроксиду этоксидная производная Mg(OC₂H₅)₂. Она может быть получена взаимодействием амальгамы магния со спиртом и представляет собой белый порошок, растворимый в спирте и разлагаемый водой.

Взаимодействием свежеосажденной Mg(OH)₂с 30%-ной H₂O₂была получена перекись магния MgO₂. Это бесцветное микрокристаллическое вещество, малорастворимое в воде и постепенно разлагающееся при хранении на воздухе.

Большинство солей магния хорошо растворимо в воде. Растворы содержат бесцветные ионы Mg²⁺, которые сообщают жидкости горький вкус. Соли Mg гидролизуются водой только при нагревании раствора.

Почти все галоидные соли магния расплываются на воздухе и легкорастворимы в воде. Исключением является MgF₂, растворимость которого весьма мала (0,08 г/л). Большинство солей выделяется из растворов в виде кристаллогидратов (напр. MgCl₂×6H₂O). При их нагревании происходит отщепление части галоидоводородной кислоты и остаются труднорастворимые в воде основные соли.

Нитрат магния легкорастворим не только в воде, но и в спирте. Кристаллизуются он обычно в виде Mg(NO₃)₂×6H₂O (т. пл. 90^оС). При нагревании выше температуры плавления нитрат отщепляет не только воду, но и HNO₃, а затем переходит в оксид.

Для сульфата магния характерен легкорастворимый кристаллогидрат MgSO₄×7H₂O. Он полностью обезвоживается при 200^оС. Константа электролитической диссоциации MgSO₄ – 5×10³. В природе MgSO₄ встречается в виде минералов горькой соли MgSO₄×7H₂O и кизерита MgSO₄×H₂O. Кизерит может служить хорошим материалом для получения MgO и SO₂, т.к. при накаливании с углем разлагается по схеме MgSO₄+C+64 ккал=CO+SO₂+MgO. Горькая соль применяется в текстильной и бумажной промышленности, а также в медицине.

С сульфатами некоторых одновалентных металлов MgSO₄ образет двойные соли, так называемые шениты состава M₂[Mg(SO₄)₂]×6H₂O, где M – одновалентный катион. Шенитом K₂[Mg(SO₄)₂]×6H₂O пользуются иногда в качестве калийного минерального удобрения.

Почти нерастворимый в воде нормальный карбонат магния может быть получен только при одновременном присутствии в растворе большого избытка CO₂. В противном случае осаждаются также почти неростворимые основные соли. Белая магнезия – это основная соль приблизительного состава 3MgCO₃×Mg(OH)₂×3H₂O.

Магниды

Кристаллические структуры магнидов, по сравнению со многими системами на основании других металлов, значительно различаются между собой. В первом приближении все магниды можно разделить на две большие группы:

· магниды, имеющие структуры, типичные для металлов и сплавов;

· магниды, имеющие структуры, типичные для ионных или гетерополярных соединений.

Граница между этими группами условна, но, в общем, увеличение атомного номера в периоде сопровождается последовательным переходом от соединений металлического типа к валентным и ионным соединениям.

Существуют несколько способов получения магнидов; важнейшими из них являются следующие:

1) синтез из компонентов по реакции общего вида

xMe + yMg ® Me_xMg_y,

реакция осуществляется сплавлением, спеканием (или горячим прессованием), дистилляцией. Этим методом можно получать все обнаруженные к настоящему времени магниды двойных или многокомпонентных систем;

2) магниетермическое восстановление (или восстановление галлоидными соединениями)

MeO + Mg ® MeMg + MgO

Применяется в случаях, когда прямое сплавление не дает положительного результата;

3) электрохимический способ (электролитическое выделение);

4) термическое разложение (термолиз)

(например, MgB₂^{800–960 C}® MgB₄^{970 C}® MgB₆^{>1200 C}®MgB₁₂).

Применение магнидов в технике

Магниды – фазовые составляющие многих сплавов на основе Mg, которые благодаря высокой удельной прочности, хорошей обрабатываемости, коррозионной стойкости широко применяются в технике. Магниды входят в состав некоторых промышленных сплавов на основе алюминия. Область применения магниевых сплавов расширяется при введении в их состав небольшого количества магнидов, придающих им определенные физические свойства. Так, сплавы магния с редкоземельными металлами представляют значительный практический интерес, поскольку механические свойства магния и его сплавов при повышении температуры могут быть значительно улучшены путем введения небольших количеств редкоземельных металлов. Практический интерес представляют сплавы Mg–Zr, поскольку сравнительно небольшая добавка циркония существенно уменьшает размер зерна магния и таким образом улучшает механические свойства материала. Такие сплавы применяются, например, в качестве материала для оболочек тепловыделяющих элементов реактора с графитовым замедлителем и теплоносителем CO₂.

История магния

Природные магнийсодержащие материалы магнезит и доломит издавна использовались в строительстве.

Во время засухи в Англии летом 1618 г. Генри Уикер обнаружил на пастбище в Эпсоме небольшую ямку, заполненную водой, которую животные отказывались пить. Позднее обнаружилось, что при наружном и внутреннем употреблении эта вода проявляет целебные свойства. С середины XVII века Эпсом приобретает известность как курорт с источником минеральной воды.

Вскоре натуральной соли из этого источника стало не хватать, что привело к усиленным поискам ее искуственного заменителя. Каспар Неуманн (1683–1757) заявил, что приготовил искусственную эпсомскую соль посредством добавления H₂SO₄ к водному раствору морской соли, привозимой из Испании и Португалии. Он отличил эпсомскую соль (MgSO₄) от “мирабилитовой соли Глаубера” (Na₂SO₄) и указал, что “земля горькой слабительной соли называется magnesia alba (белая магнезия)”, по названию местности в горном районе Греции, где впервые было обнаружено это соединение. Магнезию долго не могли отличить от извести; лишь в XVIII в. немецкий врач-терапевт Фридрих Гоффман (1660–1742) установил, что эти соединения различны.

Первые попытки выделить металлическую основу магнезии в чистом виде были предприняты в начале XIX в. знаменитым английским физиком и химиком Гемфри Дэви (1778–1829), после того, как он подверг электролизу едкий кали и едкий натр и получил металлический Na и K. Он решил попытаться аналогичным образом осуществить разложение оксидов щелочноземельных металлов и магнезии. В своих первоначальных опытах Дэви пропускал ток через влажные оксиды, предохраняя их от соприкосновения с воздухом слоем нефти; однако при этом металлы сплавлялись с катодом и их не удавалось отделить.