Магний как химический элемент¶

Магний (лат. Magnesium, химический символ Mg) — химический элемент второй группы периодической системы Д. И. Менделеева, атомный номер 12, атомная масса 24,305. Относится к щёлочноземельным металлам. При нормальных условиях представляет собой лёгкий серебристо-белый металл, тускнеющий на воздухе из-за образования оксидной плёнки. Название происходит от латинского magnesia — так в древности называли минерал, добывавшийся в области Магнесия в Фессалии.

¶История открытия

Соединения магния известны с давних времён. В 1618 году английский врач Сэмюэл Гартман обнаружил в минеральной воде Эпсома горькую соль, получившую название «горькая», или эпсомская соль (сульфат магния). Долгое время её применяли в медицине как слабительное средство.

В чистом виде металл впервые выделил в 1808 году английский химик Хэмфри Дэви путём электролиза влажной окиси магния с ртутным катодом. Практически значимый способ получения разработал в 1830 году французский химик Антуан Бюсси. В 1828 году французский учёный Антуан Балар получил безводный хлорид магния, что открыло путь к промышленному производству. В России первые опыты по электролитическому получению магния относятся к началу XX века, а промышленное производство было налажено в 1930-е годы.

¶Физические и химические свойства

Магний — один из самых лёгких конструкционных металлов: его плотность составляет 1,74 г/см³, температура плавления — 650 °C, температура кипения — 1090 °C. По распространённости в земной коре элемент занимает восьмое место (около 2 % массы), а в морской воде — третье после натрия и хлора.

Химически магний достаточно активен. Во влажном воздухе поверхность металла покрывается рыхлой плёнкой гидроксида, которая не защищает от дальнейшего окисления. При нагревании магний горит ослепительно белым пламенем, поэтому в прошлом его применяли в фотографии (магниевая вспышка) и в пиротехнике. Металл активно взаимодействует с водой, кислотами и галогенами. Порошок магния способен воспламеняться от искры, что требует осторожности при обращении.

¶Нахождение в природе

В свободном виде магний в природе не встречается из-за высокой химической активности. Основные минералы: магнезит (карбонат магния), доломит (двойной карбонат магния и кальция), карналлит, бишофит, оливин, тальк и асбест. Значительные запасы сосредоточены в соляных озёрах и морской воде. Крупные месторождения магнезита разрабатываются на Урале, в Сибири, а также в Китае, Австрии, Греции и Турции.

¶Получение

Промышленные способы основаны на электролизе расплавов хлорида магния или термическом восстановлении его оксида. Электролитический метод применяют при переработке карналлита и морской воды. Термический (силикотермический) способ предполагает восстановление оксида магния кремнием при высокой температуре. В России производство сосредоточено на предприятиях цветной металлургии, использующих как рудное, так и соляное сырьё.

¶Применение

Магний и его сплавы находят широкое применение благодаря малой плотности и прочности.

Металлургия. Магний используют как раскислитель и десульфуратор в производстве стали, а также для модифицирования чугуна. Сплавы с алюминием, цинком и марганцем (магналии) применяют в авиа- и автомобилестроении, в приборостроении.
Пиротехника и военное дело. Магний входит в состав осветительных и сигнальных составов, трассирующих пуль, зажигательных смесей.
Химическая промышленность. Металл служит восстановителем в органическом синтезе, применяется для получения титана, циркония, бериллия и других металлов.
Медицина. Соединения магния — оксид, сульфат, цитрат — используются как лекарственные средства: слабительные, антациды, препараты для коррекции дефицита магния в организме.
Строительство. Магнезиальные вяжущие (каустический магнезит) применяют для производства ксилолитовых полов, огнеупоров и магнезитового кирпича.

¶Биологическая роль

Магний — жизненно важный макроэлемент. В организме человека содержится около 25 г магния, преимущественно в костях и мышцах. Он участвует в работе более 300 ферментов, в синтезе белка, передаче нервных импульсов, сокращении мышц и регуляции уровня сахара в крови. Суточная потребность взрослого человека составляет 300–400 мг. Основные пищевые источники — орехи, бобовые, злаки, зелёные овощи, какао. Недостаток магния проявляется судорогами, утомляемостью, нарушениями сердечного ритма. В растениях магний входит в состав хлорофилла, обеспечивая фотосинтез.

¶Безопасность

Пыль и пары магния токсичны, при вдыхании вызывают так называемую литейную лихорадку. Порошок и стружка магния пожароопасны; горение металла нельзя тушить водой, поскольку это приводит к выделению водорода и взрыву. Для тушения применяют сухой песок, асбестовое одеяло или специальные порошковые составы.

¶Значение и перспективы

Магний рассматривается как перспективный конструкционный материал для транспортной и аэрокосмической отраслей, где снижение массы изделий критично. Ведутся разработки магниевых аккумуляторов и водородных накопителей на основе гидрида магния. Ограничивающими факторами остаются коррозионная активность металла и сложность его обработки.

Источники: Большая российская энциклопедия; Химическая энциклопедия; справочные материалы по неорганической химии; данные геологических и металлургических обзоров.