Магний (стр. 3 из 7)

_-2e

Mg⁰ + H₂⁰ Mg⁺²H₂^-.

Большое сродство магния к хлору позволило создать новое металлургическое производство - "магниетермию" - получение металлов в результате реакции

MeCln+0,5nMg=Me+0,5nMgCl₂

этим методом получают металлы, играющие очень важную роль в современной технике - цирконий, хром, торий, бериллий. Легкий и прочный "металл космической эры" - титан практически весь получают таким способом.

Сущность производства сводится к следующему: при получении металлического магния электролизом расплава хлорида магния в качестве побочного продукта образуется хлор. Этот хлор используют для получения хлорида титана (IV) TiCl₄, который магнием восстанавливается до металлического титана

_-4e

Ti⁺⁴Cl₄ + 2Mg⁰ Ti⁰+2Mg⁺²Cl₂

Образовавшийся хлорид магния вновь используется для производства магния и т.д. На основе этих реакций работают титаномагниевые комбинаты. Попутно с титаном и магнием получают при этом и другие продукты, такие, как бертолетову соль KClO₃, хлор, бром и изделия - фибролитовые и ксилитовые плиты, о которых будет сказано ниже. В таком комплексном производстве степень использования сырья, рентабельность производства высока, а масса отходов не велика, что особенно важно для охраны окружающей среды от загрязнений.

4. Соединения магния.

Для аналитической химии магния имеют значение его труднорастворимые и особенно внутрикомплексные (бесцветные, окрашенные или флуорисцирующие) соединения. Поляризующая способность иона Mg²⁺ невысокая, а по величине кэффициента поляризации, характеризующего количественно деформируемость иона, магний уступает большинству металлов. Поэтому комплексные соединения магния сравнительно малоустойчивы и образуются, как правило, только в щелочной среде. Тем не менее, они имеют чрезвычайно важное значение для аналитической химии магния. Меньшая устойчивость некоторых комплексных соединений магния, по сравнению с комплексами других металлов, иногда используется для маскирования последних при определении магния титриметрическими, фотометрическими и другими методами.

4.1. Неорганические соединения магния.

Важнейшие соединения магния: оксид, гидроксид и соли магния.

Оксид магния - MgO хорошо знаком тем, кто занимается гимнастикой. Нанесенный на ладони порошок оксида магния (магнезии) предохраняет спортсмена от опасности сорваться с гимнастического снаряда (например перекладины).

Оксид магния - легкий, рыхлый порошок белого цвета, легко связывающий воду. На этом и основано его применение гимнастами.

_-4е

2Mg⁰ + C⁺⁴O₂ 2Mg⁺²O^- + C⁰

_{-4е t}

2Mg⁰ + O₂⁰ 2Mg⁺²O^-2

MgO образуется при прокаливании гидроокиси и многих других соединений магния. Окись магния плавится при 2800^оС, растворимость ее в воде составляет 0,00062 г/100 г при 20^оС. Аморфная окись магния, полученная прокаливанием соединений магния при низких температурах, гигроскопична, легко поглощает из воздуха влагу и углекислый газ с образованием основных карбонатов; хорошо растворяется в кислотах и в солях аммония. При прокаливании до 1000^оС и выше образуется кристаллическая окись магния (кубическая сингония), которая теряет способность поглощать влагу и растворяться в кислотах. По литературным данным, прокаленная при 1000^оС окись магния не меняет своего веса, если даже оставить на один час на воздухе. Все же желательно охлаждать окись магния при весовых определениях в эксикаторе и взвешивать по возможности быстро.

Оксид магния встречается в природе в виде минерала периклаза. Получаемый прокаливанием природного магнезита оксид магния является исходным продуктом и для получения самого магния, и для получения искусственных строительных материалов ("ксилолит"). В основе ксилолита лежит магнезиальный цемент, получаемый смешиванием прокаленного оксида магния с 30% раствором хлорида магния. Образование полимерной структуры из атомов магния, связанных в цепь -O-Mg-O-Mg-O-, приводит к тому, что смесь через несколько часов образует белую, очень прочную и легко полирующуюся массу. При изготовлении ксилолита к смеси примешивают древесные опилки и другие наполнители. Ксилолитовые плиты используют для покрытия полов.

Карбонат магния (MgCO₃) - бесцветное кристаллическое вещество, труднорастворимое в воде - растворимость его 0,0094 г/100г при 18^оС. Карбонат из водных растворов выделяется лишь в присутствии большого избытка оксида углерода (IV) CO₂; обычно образуются основные карбонаты. Из них основной карбонат 3MgCO₃*Mg(OH)₂*3H₂O - соединение, труднорастворимое в воде (0,04 г/100г), но растворимое в солях аммония. При 900-1000^оС разлагается с образованием окиси магния. При пропускании углекислого газа через водную взвесь карбоната магния происходит его растворение, благодаря образованию кислой соли (гидрокарбоната).

MgCO₃+CO₂+H₂O Mg(HCO₃)₂

Двойной карбонат магния и кальция MgCO₃*CaCO₃ - доломит - самое распространенное природное соединение магния, образует огромные залежи, в которых минерал часто бывает окрашен примесями в более или менее темные цвета. Карбонаты магния - магнезит и доломит широко применяют для изготовления огнеупорных материалов путем обжига их до оксидов. Такие материалы идут, например, на обкладку внутренней поверхности конвертеров для производства стали. Полуобожженный доломит - смесь MgO и CaCO₃ используют для изготовления строительных плит и в качестве добавки в почву и воду для уменьшения их кислотности.

Искусственно приготовленный основной карбонат магния является исходным материалом для приготовления других соединений магния, он растворяется в кислотах гораздо быстрее, чем магнезит. Кроме того, его применяют как составную часть пудры, зубных порошков, а так же как наполнитель в производстве красок, бумаги и резины.

Сульфат магния MgSo₄

Из кислот магний выделяет водород:

Mg + H₂SO₄ = MgSO₄+H₂

MgSO₄, в отличии от труднорастворимых сульфатов щелочноземельных металлов легко растворим в воде; растворимость 36,6 г MgSO₄/100 г при 18^оС. Образует кристаллогидраты с 1,2,3,5,6,7 и 12 молекулами воды,из которых важнейшими являются моногидрат (кизерит) и гептагидрат (горькая соль). Кизерит MgSO₄ * H₂O обезвоживается при 320-300^оС. Безводный MgSO₄ при температуре 1100-1200^оС частично разлагается на MgO, SO₂ и O₂. Кизерит встречается в природе в виде примесей в месторождениях калийных солей и карналлита. Интересно, что несмотря на значительную растворимость сульфата магния, кизерит очень медленно переходит в раствор. Поэтому при выщелачивании калийных солей остается в осадке в виде похожей на песок массы, которую перерабатывают в горькую соль. Горькая соль MgSO₄*7H₂O в природе содержится в осадочных породах, остающихся после высыхания озер, а также кристаллизуется из вод минеральных источников. На воздухе постепенно выветривается. Применяется для пропитки марли с целью снижения ее горючести, как наполнитель в производстве бумаги и в медицине - как слабительное. Сульфат магния гидролизуется очень слабо: 0,2N раствор его при 25^оС показывает степень гидролиза 0,0047%.

Перхлорат магния

Mg(ClO₄)₂ - "ангидрон", дает гидраты с 2,4,6 молекулами воды. Растворимость в воде 99,6 г/100г при 25^оС. Безводный перхлорат магния очень сильно поглощает влагу; выше 250^оС он разлагается. Используется как осушитель органических веществ и газов.

Гидроокись магния

2MgO+2H₂O=2Mg(OH)₂ выделяется при действии щелочей на растворы солей магния в виде объемистого студенистого осадка. Гидроокись магния - слабое основание, легко растворяется в кислотах, из воздуха поглощает углекислый газ. Растворимость ее в воде зависит от степени старения, для свежеосажденной гидроокиси магния составляет 7,0*10 -4 моль/л.

Хлорид магния

_-2е

Mg⁰ + Cl₂⁰ Mg⁺²Cl₂^-

образует гидраты с 1,2,4,6 молекулами воды. Растворимость его в воде 54,5 г/100г при 20^оС (в расчете на безводную соль). Хлорид магния с хлоридами щелочных металлов образует двойные соли, важнейшие из них - карналлит

MgCl₂*KCl₂*6H₂O.

Для нитрата магния Mg(NO₃)₂ известны гидраты с 2,6 и 9 молекулами воды. Растворимость Mg(NO₃)₂*6H₂O в воде при 25^оС составляет 75г/100г, для Mg(NO₃)₂*9H₂O) при 25^оС - 50,6г/100г. Получение:

Mg + 2HNO₃ Mg(NO₃)₂+H₂

Фторид магния MgF₂ - труднорастворимое в воде соединение. Плавится при 1265^оС, с фторидами щелочных металлов образует двойные соли типа

M¹F*MgF₂ и 2M¹F*MgF₂.