МА́ГНИЙ

МА́ГНИЙ (лат. Magnesium), Mg, хи­мич. эле­мент II груп­пы ко­рот­кой фор­мы (2-й груп­пы длин­ной фор­мы) пе­рио­дич. сис­те­мы; от­но­сит­ся к щё­лоч­но­зе­мель­ным ме­тал­лам; ат. н. 12, ат. м. 24,3050. В при­ро­де три ста­биль­ных нук­ли­да: 24 Mg (78,99%), 25 Mg (10,00%) и 26 Mg(11,01%); ис­кус­ст­вен­но по­лу­че­ны ра­дио­нук­ли­ды с мас­со­вы­ми чис­ла­ми 19–37.

Историческая справка

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

Распространённость в природе

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

Свойства

Кон­фи­гу­ра­ция внеш­ней элек­трон­ной обо­лоч­ки ато­ма М. 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 (ко­ор­ди­нац. чис­ло 6). В сво­бод­ном ви­де – се­реб­ри­сто-бе­лый от­но­си­тель­но мяг­кий и пла­стич­ный ме­талл. Кри­стал­лич. ре­шёт­ка гек­са­го­наль­ная; t_пл 650 °C, t_кип 1090 °C; плот­ность 1738 кг/м³.

М. хи­ми­че­ски ак­ти­вен, об­ла­да­ет свой­ст­ва­ми силь­но­го вос­ста­но­ви­те­ля. По­верх­ность ме­тал­лич. М. при обыч­ных ус­ло­ви­ях за­щи­ще­на от раз­ру­шаю­ще­го дей­ст­вия ат­мо­сфер­ных га­зов плён­кой маг­ния ок­си­да MgO. При на­гре­ва­нии на воз­ду­хе вы­ше 600 °C эта плён­ка раз­ру­ша­ет­ся и М. 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 М. не реа­ги­ру­ет, при взаи­мо­дей­ст­вии М. с ки­пя­щей во­дой вы­де­ля­ет­ся во­до­род и об­ра­зу­ет­ся гид­ро­ксид Mg(OH)₂. Ес­ли го­ря­щий М. вне­сти в во­ду, го­ре­ние про­дол­жа­ет­ся. При этом об­ра­зу­ет­ся MgO и вы­де­ля­ет­ся во­до­род, ко­то­рый тут же вос­пла­ме­ня­ет­ся. Го­ре­ние М. про­дол­жа­ет­ся в ат­мо­сфе­ре ди­ок­си­да уг­ле­ро­да, в ре­зуль­та­те об­ра­зу­ют­ся MgO и са­жа.

При взаи­мо­дей­ст­вии М. с га­ло­ге­на­ми об­ра­зу­ют­ся ди­га­ло­ге­ни­ды (напр., хло­рид MgCl₂). Взаи­мо­дей­ст­ви­ем М. с во­до­родом при на­гре­ва­нии мож­но по­лу­чить со­ле­об­раз­ный гид­рид MgH₂. При на­гре­ва­нии М. 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 М. 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 др. и бо­ро­во­до­ро­ды (бо­ра­ны) B₂H₆ и др. С раз­бав­лен­ны­ми ки­сло­та­ми М. энер­гич­но взаи­мо­дей­ст­ву­ет с об­ра­зова­ни­ем во­до­ро­да и со­от­вет­ст­вую­щих со­лей, напр. суль­фа­та MgSO₄, нит­ра­та Mg(NO₃)₂.

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

Боль­шин­ст­во со­лей М. (нит­рат, суль­фат, хло­рид, аце­тат и др.) хо­ро­шо рас­тво­ри­мы в во­де. К чис­лу пло­хо рас­тво­ри­мых со­лей М. от­но­сят­ся фто­рид MgF₂ и кар­бо­нат MgCO₃. Ио­ны Mg 2+ бес­цвет­ны и не­ток­сич­ны. Рас­тво­ры, в ко­то­рых они со­дер­жат­ся, име­ют горь­кий вкус. Суль­фат MgSO₄ при­ме­ня­ют в ме­ди­ци­не как ус­по­каи­ваю­щее, жел­че­гон­ное и сла­би­тель­ное сред­ст­во. Мн. со­ли М. обра­зу­ют ус­той­чи­вые кри­стал­ло­гид­ра­ты. Так, при взаи­мо­дей­ст­вии без­вод­но­го пер­хлора­та Mg(ClO₄)₂ (тех­нич. назв. 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 М. и ал­кил­га­ло­ге­ни­дов RHal об­ра­зу­ют­ся ал­кил­маг­ний­га­ло­ге­ни­ды RMgHal – ре­ак­ти­вы Гринь­я­ра – важ­ней­шие маг­ний­ор­га­ни­че­ские со­еди­не­ния.

Получение

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

Объ­ём ми­ро­во­го про­из-ва М. ок. 300 тыс. т/год.

Применение

Важ­ней­шая об­ласть при­ме­не­ния ме­тал­лич. М. – про­из-во лёг­ких спла­вов М. с алю­ми­ни­ем и др. ком­по­нен­та­ми (см. Маг­ние­вые спла­вы). Ме­тал­лич. М. ис­поль­зу­ет­ся для ме­тал­ло­тер­мич. вы­де­ле­ния та­ких ме­тал­лов, как ти­тан, цир­ко­ний, ва­на­дий, уран. Сме­си по­рош­ко­об­раз­но­го М. с окис­ли­те­ля­ми при­ме­ня­ют­ся в за­жи­га­тель­ных и ос­ве­ти­тель­ных со­ста­вах. Гид­рид MgH₂ пер­с­пек­ти­вен как ак­ку­му­ля­тор во­до­ро­да. М. при­ме­ня­ет­ся для из­го­тов­ле­ния рас­тво­ри­мых ано­дов для хи­мич. ис­точ­ни­ков то­ка, ис­поль­зу­ет­ся в ан­ти­кор­ро­зи­он­ных сис­те­мах за­щи­ты др. ме­тал­лов.

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