Магний — химический элемент и вещество¶

Магний — химический элемент второй группы (по старой классификации — главной подгруппы второй группы) третьего периода периодической системы, атомный номер 12, обозначается символом Mg (лат. Magnesium). Простое вещество магний — лёгкий, ковкий металл серебристо-белого цвета, который на воздухе покрывается оксидной плёнкой. Относится к щёлочноземельным металлам.

¶История открытия

Соединения магния были известны человечеству с древности. Белый порошок оксида магния (жжёная магнезия) применялся в медицине и строительстве. В 1695 году английский врач и химик Нил Грю выделил из минеральной воды Эпсомского источника соль, обладающую горьким вкусом и слабительным действием, — сульфат магния (английская, или эпсомская, соль).

В чистом виде магний впервые получил английский химик Гемфри Дэви в 1808 году. Он пропускал электрический ток через смесь оксида магния и оксида ртути, в результате чего выделил загрязнённый ртутью металл. Чистый магний был получен позднее, в 1828 году, французским химиком Антуаном Бюсси, который восстановил расплавленный хлорид магния металлическим калием. Промышленное производство магния началось в Германии во второй половине XIX века.

Название элемента происходит от древнегреческого города Магнесия в Малой Азии, близ которого находились залежи минерала магнезита.

¶Физические свойства

Магний — серебристо-белый блестящий металл, плотность которого при комнатной температуре составляет 1,74 г/см³, что делает его одним из самых лёгких конструкционных металлов (легче только бериллий). Температура плавления — 650 °C, температура кипения — 1091 °C. Теплопроводность и электропроводность магния относительно высоки, но ниже, чем у алюминия и меди.

Металл обладает гексагональной кристаллической решёткой, что определяет его сравнительно невысокую пластичность при комнатной температуре. Магний легко поддаётся обработке резанием, но хуже деформируется давлением, чем алюминий. Тонкая стружка и порошок магния легко воспламеняются и горят ослепительно белым пламенем с выделением большого количества тепла.

¶Химические свойства

Магний — химически активный металл. На воздухе он покрывается плотной оксидной плёнкой, защищающей металл от дальнейшего окисления при обычной температуре. При нагревании выше 600 °C плёнка разрушается, и магний сгорает с образованием оксида магния MgO. При горении во влажном воздухе частично образуется нитрид магния Mg₃N₂.

Магний активно реагирует с разбавленными кислотами, выделяя водород. С холодной водой он практически не взаимодействует, но с горячей водой и водяным паром реакция идёт с выделением водорода. При нагревании магний взаимодействует с галогенами, серой, азотом и другими неметаллами.

Важная особенность магния — его способность восстанавливать многие металлы из их оксидов (магниетермия). Эта реакция используется в промышленности для получения титана, циркония, бериллия и других металлов.

¶Нахождение в природе

Магний — один из распространённых элементов земной коры. Его кларк (среднее содержание) составляет около 2,1 % по массе, что соответствует восьмому месту среди всех элементов. В природе магний встречается только в виде соединений. Важнейшие минералы — магнезит (карбонат магния MgCO₃), доломит (CaMg(CO₃)₂), карналлит (KMgCl₃·6H₂O), оливин, тальк, асбест.

Огромные количества магния растворены в водах Мирового океана — его концентрация составляет около 1,3 г/л, а общий запас оценивается в 6·10¹⁶ тонн. Магний входит в состав хлорофилла — зелёного пигмента растений, играя ключевую роль в фотосинтезе. Ионы магния содержатся в природных минеральных водах, придавая им характерный горьковатый вкус.

¶Получение

Основные промышленные способы получения магния — электролитический и металлотермический. При электролитическом способе расплав безводного хлорида магния или карналлита подвергают электролизу, в результате чего на катоде выделяется металлический магний. Металлотермический способ основан на восстановлении оксида магния кремнием, углеродом или алюминием при высокой температуре в вакууме. Наиболее распространён силикотермический процесс, при котором обожжённый доломит восстанавливают ферросилицием.

Мировое производство магния составляет около 1 миллиона тонн в год. Крупнейшими производителями являются Китай, США, Израиль, Казахстан и Россия.

¶Применение

¶Сплавы

Основная область применения магния — производство лёгких сплавов. Сплавы на основе магния (обычно с алюминием, цинком, марганцем, редкоземельными металлами) обладают высокой удельной прочностью, хорошей обрабатываемостью и демпфирующей способностью. Их используют в авиастроении, автомобилестроении, ракетно-космической технике, производстве электроники (корпуса ноутбуков, фотоаппаратов, смартфонов), спортивного инвентаря.

¶Металлургия

Магний применяется как легирующая добавка к алюминиевым сплавам, повышающая их прочность и коррозионную стойкость. В производстве чугуна и стали магний используют для десульфурации — удаления серы. Магний служит восстановителем при получении титана, циркония, гафния, урана и других металлов.

¶Химическая промышленность

Соединения магния широко используются в промышленности. Оксид магния (жжёная магнезия) применяется для изготовления огнеупорных материалов, цемента, в сельском хозяйстве как удобрение. Сульфат магния используется в медицине как слабительное и спазмолитическое средство, в текстильной промышленности. Карбонат магния применяется в производстве стекла, керамики, косметики.

¶Пиротехника

Способность магния гореть ярким белым пламенем используется в пиротехнике, производстве сигнальных ракет, осветительных составов, зажигательных боеприпасов. Фотовспышки на основе магниевого порошка применялись в фотографии до середины XX века.

¶Биологическая роль

Магний — жизненно важный элемент для всех организмов. В организме человека содержится около 25 г магния, из которых примерно 60 % находится в костях, остальное — в мышцах, мягких тканях и крови. Магний является кофактором более чем 300 ферментативных реакций, участвует в синтезе белка, передаче нервных импульсов, сокращении мышц, регуляции сердечного ритма.

Суточная потребность взрослого человека в магнии составляет около 300–400 мг. Источниками магния служат зелёные овощи, орехи, злаки, бобовые, шоколад, минеральная вода. Дефицит магния может приводить к мышечным судорогам, нарушениям сна, повышенной утомляемости, аритмии. Препараты магния применяются в медицине для лечения и профилактики этих состояний, а также при гипертонии, сахарном диабете, остеопорозе.

¶Интересные факты

Магний — восьмой по распространённости элемент земной коры и второй по содержанию металл в морской воде. В 1940–1950-х годах магниевые сплавы активно использовались в авиации, за что магний получил прозвище «крылатый металл». Порошок магния входит в состав некоторых видов фейерверков, придавая им ослепительно белый цвет. Жжёная магнезия (оксид магния) используется спортсменами для улучшения сцепления рук со снарядами в гимнастике и тяжёлой атлетике.