Ма́гний (лат. Magnesium), Mg, химический элемент II группы короткой формы (2-й группы длинной формы) периодической системы; относится к щёлочноземельным металлам; атомный номер 12, атомная масса 24,3050. В природе три стабильных нуклида: ²⁴Mg (78,99 %), ²⁵Mg (10,00 %) и ²⁶Mg (11,01 %); искусственно получены радионуклиды с массовыми числами 19–37.

Историческая справка

Минералы, содержащие магний (магнезит, тальк, асбест), известны с глубокой древности. Индивидуальность магния как химического элемента установлена в 1755 г. Дж. Блэком. Магний впервые получен в 1808 г. Г. Дэви, который выделил этот металл из амальгамы (сплава с ртутью), образовавшейся при воздействии электрического тока на влажную смесь, содержащую гидроксид магния Mg(OH)₂ и оксид ртути HgO. Латинское название элемента, вероятно, произошло от названия г. Магнесия-на-Меандре в Малой Азии. Русское название элемента «магний» впервые появилось в 1831 г.

Распространённость в природе

На долю магния приходится, по разным данным, от 1,80 до 2,35 % массы земной коры. В природе магний встречается только в виде соединений. Известно более 100 минералов, содержащих магний, из них промышленное значение имеют магнезит, доломит, асбест, бишофит, карналлит, эпсомит и некоторые другие. Значительно содержание магния в воде морей и океанов, а также в составе некоторых подземных вод и солевых озёр. Присутствие ионов Mg²⁺ определяет жёсткость воды. Магний входит в состав хлорофилла, поэтому все зелёные растения содержат магний (до 2,7 % массы сухого вещества).

Свойства

Конфигурация внешней электронной оболочки атома магния 3s²; в соединениях проявляет степень окисления +2. Электроотрицательность по Полингу 1,31. Энергии ионизации Mg⁰→Mg⁺→Mg²⁺ равны соответственно 7,646 и 15,035 эВ. Атомный радиус 150 пм (эмпирический), радиус иона Mg²⁺ 86 пм (координационное число 6). В свободном виде – серебристо-белый, относительно мягкий и пластичный металл. Кристаллическая решётка гексагональная; t_пл 650 °C, t_кип 1090 °C; плотность 1738 кг/м³.

Образец чистого магния. Фото: Bjoern Wylezich / ShutterstockОбразец чистого магния. Фото: Bjoern Wylezich / ShutterstockМагний химически активен, обладает свойствами сильного восстановителя. Поверхность металлического магния при обычных условиях защищена от разрушающего действия атмосферных газов плёнкой оксида магния MgO. При нагревании на воздухе выше 600 °C эта плёнка разрушается и магний сгорает с ослепительным белым пламенем (образуются оксид MgO и нитрид Mg₃N₂); ранее горящую магниевую ленту использовали при фотосъёмках в условиях плохой освещённости. С холодной водой магний не реагирует, при взаимодействии магния с кипящей водой выделяется водород и образуется гидроксид Mg(OH)₂. Если горящий магний внести в воду, горение продолжается. При этом образуется MgO и выделяется водород, который тут же воспламеняется. Горение магния продолжается в атмосфере диоксида углерода, в результате образуются MgO и сажа.

При взаимодействии магния с галогенами образуются дигалогениды (например, хлорид MgCl₂). Взаимодействием магния с водородом при нагревании можно получить солеобразный гидрид MgH₂. При нагревании магния с серой, селеном или теллуром образуются соответственно сульфид MgS, селенид MgSe и теллурид MgTe. При нагревании с коксом образуются карбиды MgС₂ и Mg₂C₃. С кремнием магний образует силицид Mg₂Si, с бором – бориды разных составов, среди которых наибольшее значение имеет борид MgB₂. При действии разбавленной соляной кислоты на Mg₂Si и MgB₂ образуются соответственно кремневодороды (силаны) SiH₄ и другие и бороводороды (бораны) B₂H₆ и др. С разбавленными кислотами магний энергично взаимодействует с образованием водорода и соответствующих солей, например сульфата MgSO₄, нитрата Mg(NO₃)₂.

Оксид магния MgO с водой не реагирует. Отвечающее магнию основание Mg(OH)₂ в воде растворимо плохо и к числу щелочей не относится. Осадок гидроксида магния образуется при взаимодействии солей магния с растворами щелочей.

Большинство солей магния (нитрат, сульфат, хлорид, ацетат и др.) хорошо растворимы в воде. К числу плохо растворимых солей магния относятся фторид MgF₂ и карбонат MgCO₃. Ионы Mg²⁺ бесцветны и нетоксичны. Растворы, в которых они содержатся, имеют горький вкус. Сульфат MgSO₄ применяют в медицине как успокаивающее, желчегонное и слабительное средство. Многие соли магния образуют устойчивые кристаллогидраты. Так, при взаимодействии безводного перхлората Mg(ClO₄)₂ (техническое название ангидрон) c парáми воды образуется термически устойчивый кристаллогидрат Mg(ClO₄)₂·6Н₂О, что позволяет применять ангидрон как эффективный осушитель.

В среде эфира при взаимодействии порошкообразного магния и алкилгалогенидов RHal образуются алкилмагнийгалогениды RMgHal – реактивы Гриньяра – важнейшие магнийорганические соединения.

Получение

Для получения металлического магния используют два метода – электролиз расплавов солей (этот метод преобладает) и восстановление MgO кремнием, карбидом кальция или коксом (термический метод). Электролизу подвергают нагретый до 700–720 °C расплав безводных хлоридов магния, натрия и калия, в котором массовое содержание магния составляет 5–8 %. Полученный электролизом металл содержит около 0,1 % примесей. Для очистки магний подвергают переплавке с флюсами – хлоридами или фторидами натрия, калия, бария или магния. Последующая глубокая очистка магния методами зонной плавки, дистилляции в вакууме и другими позволяет получить магний чистотой 99,999 % и выше. При использовании термического метода нагревание смесей исходного оксидного материала и восстановителя ведут при температурах от 1100–1300 °C (карбидный способ) до 2100 °C.

Объём мирового производства магния около 1000 тыс т/год (2020).

Применение

Важнейшая область применения металлического магния – производство лёгких сплавов магния с алюминием и другими компонентами. Металлический магний используется для металлотермического выделения таких металлов, как титан, цирконий, ванадий, уран. Смеси порошкообразного магния с окислителями применяются в зажигательных и осветительных составах. Гидрид MgH₂ перспективен как аккумулятор водорода. Магний применяется для изготовления растворимых анодов для химических источников тока, используется в антикоррозионных системах защиты других металлов.

Магний необходим для нормального функционирования организма человека, входит в состав ряда ферментов (суточная потребность человека в магнии составляет 0,3–0,5 г). Потребность сельскохозяйственных растений в магнии обеспечивается внесением в почву магниевых удобрений.