- история
- признание
- Изоляция
- производство
- Структура и электронная конфигурация магния
- Числа окисления
- свойства
- Внешность
- Атомная масса
- Температура плавления
- Точка кипения
- плотность
- Теплота плавления
- Теплота испарения
- Молярная калорийность
- Давление газа
- Электроотрицательность
- Энергия ионизации
- Атомное радио
- Ковалентный радиус
- Атомный объем
- Термическое расширение
- Теплопроводность
- Удельное электрическое сопротивление
- Электропроводность
- твердость
- Номенклатура
- Формы
- сплавы
- Минералы и соединения
- Изотопы
- Биологическая роль
- гликолиз
- ДНК
- ATP
- фотосинтез
- Организм
- Где найти и производство
- электролиз
- Термическое восстановление
- Реакции
- Приложения
- - Элементарный магний
- сплавы
- металлургия
- электрохимия
- Пиротехника
- - Соединения
- Карбонат магния
- Гидроксид магния
- Хлорид магния
- Оксид магния
- Сульфат магния
- - Минералы
- тальк
- Хризотил или асбест
- Ссылки
Магния является щелочно - земельных металлов , принадлежащих к группе 2 периодической таблицы. Его атомный номер 12, и он представлен химическим символом Mg. Это восьмой по содержанию элемент в земной коре, около 2,5%.
Этот металл, как и его родственные ему и щелочные металлы, не встречается в природе в его естественном состоянии, но соединяется с другими элементами с образованием многочисленных соединений, присутствующих в горных породах, морской воде и в рассоле.
Предметы повседневного обихода из магния. Источник: Firetwister из Википедии.
Магний входит в состав минералов, таких как доломит (карбонат кальция и магния), магнезит (карбонат магния), карналит (гексагидрат хлорида магния и калия), брусит (гидроксид магния) и силикаты, такие как тальк и оливин.
Его самый богатый природный источник для его расширения - море, содержание которого составляет 0,13%, хотя в Большом Соленом озере (1,1%) и Мертвом море (3,4%) концентрация магния выше. Есть рассолы с большим его содержанием, которые концентрируют упариванием.
Название магний, вероятно, происходит от магнезита, найденного в Магнезии, в районе Фессалии, древнем регионе Греции. Хотя было указано, что магнетит и марганец были найдены в одном регионе.
Магний сильно реагирует с кислородом при температуре выше 645 ° C. Между тем, порошок магния горит на сухом воздухе, излучая интенсивный белый свет. По этой причине он использовался как источник света в фотографии. В настоящее время это свойство все еще используется в пиротехнике.
Это важный элемент для живых существ. Известно, что он является кофактором более чем 300 ферментов, включая несколько ферментов гликолиза. Это жизненно важный процесс для живых существ из-за его связи с производством АТФ, основного источника клеточной энергии.
Точно так же он является частью комплекса, подобного гемовой группе гемоглобина, присутствующей в хлорофилле. Это пигмент, который участвует в реализации фотосинтеза.
история
признание
Джозеф Блэк, шотландский химик, в 1755 году распознал его как элемент, экспериментально показав, что он отличается от кальция, металла, с которым его путали.
В связи с этим Блэк писал: «Мы уже экспериментально видим, что magnesia alba (карбонат магния) представляет собой соединение своеобразной земли и неподвижного воздуха».
Изоляция
В 1808 году сэру Хампри Дэви удалось изолировать его с помощью электролиза, чтобы получить амальгаму магния и ртути. Он сделал это путем электролиза своей влажной сульфатной соли с использованием ртути в качестве катода. Впоследствии он испарил ртуть из мальгамы при нагревании, оставив остаток магния.
Французскому ученому А. Бюсси в 1833 году удалось получить первый металлический магний. Для этого Бюсси произвел восстановление расплавленного хлорида магния металлическим калием.
В 1833 году британский ученый Майкл Фарадей впервые применил электролиз хлорида магния для выделения этого металла.
производство
В 1886 году немецкая компания Aluminium und Magnesiumfabrik Hemelingen использовала электролиз расплавленного карналита (MgCl 2 · KCl · 6H 2 O) для производства магния.
Хемелингену в партнерстве с промышленным комплексом Фарбе (IG Farben) удалось разработать технологию производства больших количеств расплавленного хлорида магния для электролиза для производства магния и хлора.
Во время Второй мировой войны компании Dow Chemical Company (США) и Magnesium Elektron LTD (Великобритания) начали электролитическое восстановление морской воды; перекачивается из залива Галвестон, штат Техас, и в Северном море в Хартлпул, Англия, для производства магния.
В то же время, Онтарио (Канада) создает технологию его производства на основе процесса LM Pidgeon. Технология заключается в термическом восстановлении оксида магния силикатами в ретортах с внешним обжигом.
Структура и электронная конфигурация магния
Магний кристаллизуется в компактной гексагональной структуре, где каждый из его атомов окружен двенадцатью соседями. Это делает его более плотным, чем другие металлы, такие как литий или натрий.
Его электронная конфигурация - 3s 2 , с двумя валентными электронами и десятью внутренней оболочкой. Имея дополнительный электрон по сравнению с натрием, его металлическая связь становится сильнее.
Это потому, что атом меньше, а в его ядре есть еще один протон; поэтому они оказывают большее притягивающее действие на электроны соседних атомов, что сокращает расстояния между ними. Кроме того, поскольку есть два электрона, результирующая полоса 3s заполнена, и она может чувствовать еще большее притяжение ядер.
Затем атомы Mg образуют плотный гексагональный кристалл с прочной металлической связью. Это объясняет его гораздо более высокую температуру плавления (650 ºC), чем у натрия (98 ºC).
Все 3s-орбитали всех атомов и их двенадцати соседей перекрываются во всех направлениях внутри кристалла, и два электрона уходят, когда приходят два других; так далее, без возможности образования катионов Mg 2+ .
Числа окисления
Магний может потерять два электрона, когда он образует соединения, и остаться в виде катиона Mg 2+ , который изоэлектронен благородному газу неону. Если учесть его присутствие в любом соединении, степень окисления магния составляет +2.
С другой стороны, хотя и менее распространен, может образоваться катион Mg + , который потерял только один из двух своих электронов и изоэлектронен натрию. Когда предполагается его присутствие в соединении, считается, что степень окисления магния равна +1.
свойства
Внешность
Блестящее белое твердое вещество в чистом виде до окисления или реакции с влажным воздухом.
Атомная масса
24,304 г / моль.
Температура плавления
650 ° С.
Точка кипения
1091 ° С.
плотность
1,738 г / см 3 при комнатной температуре. Y 1,584 г / см 3 при температуре плавления; иными словами, жидкая фаза менее плотная, чем твердая, как в случае с подавляющим большинством соединений или веществ.
Теплота плавления
848 кДж / моль.
Теплота испарения
128 кДж / моль.
Молярная калорийность
24,869 Дж / (моль · К).
Давление газа
При 701 К: 1 Па; то есть его давление пара очень низкое.
Электроотрицательность
1,31 по шкале Полинга.
Энергия ионизации
Первый уровень ионизации: 1737,2 кДж / моль (Mg + газ)
Второй уровень ионизации: 1450,7 кДж / моль ( газ Mg 2+ и требует меньше энергии)
Третий уровень ионизации: 7 732,7 кДж / моль ( газ Mg 3+ и требует много энергии).
Атомное радио
160 часов.
Ковалентный радиус
141 ± 17 часов
Атомный объем
13,97 см 3 / моль.
Термическое расширение
24,8 мкм / м · К при 25 ° С.
Теплопроводность
156 Вт / м К.
Удельное электрическое сопротивление
43,9 нОм · м при 20 ° C.
Электропроводность
22,4 × 10 6 См см 3 .
твердость
2,5 по шкале Мооса.
Номенклатура
Металлический магний не имеет других названий. Его соединения, поскольку считается, что в большинстве своем они имеют степень окисления +2, упоминаются с использованием номенклатуры запасов без необходимости указывать указанное число в скобках.
Например, MgO - это оксид магния, а не оксид магния (II). Согласно систематической номенклатуре предыдущее соединение: монооксид магния, а не монооксид магния.
Что касается традиционной номенклатуры, то же самое происходит и с номенклатурой акций: названия соединений заканчиваются одинаково; то есть с суффиксом –ico. Таким образом, согласно этой номенклатуре MgO представляет собой оксид магния.
В противном случае другие соединения могут иметь или не иметь общие или минералогические названия, или они могут состоять из органических молекул (магнийорганических соединений), номенклатура которых зависит от молекулярной структуры и алкильных (R) или арильных (Ar) заместителей.
Что касается магнийорганических соединений, почти все они являются реактивами Гриньяра с общей формулой RMgX. Например, BrMgCH 3 представляет собой бромид метилмагния. Обратите внимание, что номенклатура не кажется такой сложной при первом контакте.
Формы
сплавы
Магний используется в сплавах, потому что это легкий металл, в основном он используется в сплавах с алюминием, что улучшает механические характеристики этого металла. Он также использовался в сплавах с железом.
Однако его использование в сплавах сократилось из-за его склонности к коррозии при высоких температурах.
Минералы и соединения
Из-за своей реакционной способности он не встречается в земной коре в своей естественной или элементарной форме. Скорее, он является частью многочисленных химических соединений, которые, в свою очередь, находятся примерно в 60 известных минералах.
Среди наиболее распространенных минералов магния:
-Доломит, карбонат кальция и магния, MgCO 3 CaCO 3
-Магнезит, карбонат магния, CaCO 3
-Брюсит, гидроксид магния, Mg (OH) 2
-карналит, хлорид магния-калия, MgCl 2 · KCl · H 2 O.
Также он может быть в форме других минералов, таких как:
-Кизерит, сульфат магния, MgSO 4 H 2 O
-Форстерит, силикат магния, MgSiO 4
-Хризотил или асбест, другой силикат магния, Mg 3 Si 2 O 5 (OH) 4
-Тальк, Mg 3 Si 14 O 110 (OH) 2 .
Изотопы
В природе магний встречается в виде комбинации трех природных изотопов: 24 Mg с содержанием 79%; 25 Mg с содержанием 11%; и 26 Mg с содержанием 10%. Кроме того, существует 19 искусственных радиоактивных изотопов.
Биологическая роль
гликолиз
Магний - незаменимый элемент для всего живого. Люди получают от 300 до 400 мг магния в день. Его содержание в организме взрослого человека составляет от 22 до 26 г, в основном в костном скелете (60%).
Гликолиз - это последовательность реакций, в которых глюкоза превращается в пировиноградную кислоту с чистым образованием 2 молекул АТФ. Пируваткиназа, гексокиназа и фосфофрукткиназа являются ферментами гликолиза, которые используют Mg в качестве активатора.
ДНК
ДНК состоит из двух нуклеотидных цепей, которые имеют в своей структуре отрицательно заряженные фосфатные группы; следовательно, цепи ДНК подвергаются электростатическому отталкиванию. Ионы Na + , K + и Mg 2+ нейтрализуют отрицательные заряды, предотвращая диссоциацию цепочек.
ATP
В молекуле АТФ есть фосфатные группы с отрицательно заряженными атомами кислорода. Между соседними атомами кислорода возникает электрическое отталкивание, которое может расщепить молекулу АТФ.
Этого не происходит, потому что магний взаимодействует с соседними атомами кислорода, образуя хелат. АТФ-Mg считается активной формой АТФ.
фотосинтез
Магний необходим для фотосинтеза, центрального процесса в использовании энергии растениями. Он является частью хлорофилла, имеющего внутри структуру, аналогичную гемовой группе гемоглобина; но с атомом магния в центре вместо атома железа.
Хлорофилл поглощает световую энергию и использует ее в фотосинтезе для преобразования углекислого газа и воды в глюкозу и кислород. Глюкоза и кислород позже используются для производства энергии.
Организм
Снижение концентрации магния в плазме крови связано с мышечными спазмами; сердечно-сосудистые заболевания, такие как гипертония; сахарный диабет, остеопороз и другие заболевания.
Ион магния участвует в регулировании работы кальциевых каналов в нервных клетках. В высоких концентрациях блокирует кальциевый канал. Напротив, снижение уровня кальция вызывает активацию нерва, позволяя кальцию проникать в клетки.
Это могло бы объяснить спазм и сокращение мышечных клеток в стенках крупных кровеносных сосудов.
Где найти и производство
Магний не встречается в природе в элементарном состоянии, но входит в состав примерно 60 минералов и многочисленных соединений, находящихся в море, скалах и рассолах.
В море концентрация магния составляет 0,13%. Из-за своего размера море является основным резервуаром магния в мире. Другими резервуарами магния являются Большое Соленое озеро (США) с концентрацией магния 1,1% и Мертвое море с концентрацией 3,4%.
Минералы магния, доломит и магнезит, добываются из его жил с использованием традиционных методов добычи. Между тем, в карналите используются растворы, которые позволяют другим солям подниматься на поверхность, сохраняя карналит на заднем плане.
Рассолы, содержащие магний, концентрируются в прудах с использованием солнечного нагрева.
Магний получают двумя способами: электролизом и термическим восстановлением (процесс Пиджена).
электролиз
В процессах электролиза используются расплавленные соли, содержащие безводный хлорид магния, частично обезвоженный безводный хлорид магния или минеральный безводный карналит. В некоторых случаях, чтобы избежать загрязнения натурального карналита, используют искусственный.
Хлорид магния также можно получить, следуя методике, разработанной компанией Dow. Вода смешивается в флокуляторе со слегка кальцинированным минеральным доломитом.
Хлорид магния, присутствующий в смеси, превращается в Mg (OH) 2 путем добавления гидроксида кальция в соответствии со следующей реакцией:
MgCl 2 + Ca (OH) 2 → Mg (OH) 2 + CaCl 2
Осажденный гидроксид магния обрабатывают соляной кислотой, получая хлорид магния и воду, в соответствии с описанной химической реакцией:
Mg (OH) 2 + 2 HCl → MgCl 2 + 2 H 2 O
Затем хлорид магния подвергают дегидратации до достижения 25% гидратации, завершая дегидратацию в процессе плавки. Электролиз проводят при температуре от 680 до 750 ºC.
MgCl 2 → Mg + Cl 2
Двухатомный хлор образуется на аноде, а расплавленный магний всплывает на поверхность солей, где он собирается.
Термическое восстановление
Из его паров выпадал кристалл магния. Источник: Warut Roonguthai. В процессе Pidgeon измельченный и кальцинированный доломит смешивают с мелко измельченным ферросилицием и помещают в цилиндрические никель-хром-железные реторты. Реторты помещаются внутри печи и последовательно с конденсаторами, расположенными вне печи.
Реакция протекает при температуре 1200 ° C и низком давлении 13 Па. Кристаллы магния удаляются из конденсаторов. Образующийся шлак собирается со дна реторт.
2 CaO + 2 MgO + Si → 2 Mg (газообразный) + Ca 2 SiO 4 (шлак)
Оксиды кальция и магния производятся прокаливанием карбонатов кальция и магния, присутствующих в доломите.
Реакции
Магний бурно реагирует с кислотами, особенно с оксокислотами. Его реакция с азотной кислотой дает нитрат магния, Mg (NO 3 ) 2 . Таким же образом он реагирует с соляной кислотой с образованием хлорида магния и газообразного водорода.
Магний не реагирует со щелочами, такими как гидроксид натрия. При комнатной температуре он покрывается нерастворимым в воде слоем оксида магния, который защищает его от коррозии.
Он образует химические соединения, среди других элементов, с хлором, кислородом, азотом и серой. Он очень реактивен с кислородом при высоких температурах.
Приложения
- Элементарный магний
сплавы
Магниевые сплавы используются в самолетах и автомобилях. Последние имеют в качестве требования для контроля выбросов загрязняющих газов снижение веса автомобилей.
Применение магния основано на его небольшом весе, высокой прочности и простоте изготовления сплавов. Применения включают ручной инструмент, спортивные товары, камеры, бытовую технику, багажные рамы, автозапчасти, изделия для аэрокосмической промышленности.
Магниевые сплавы также используются в производстве самолетов, ракет и космических спутников, а также в фототравлении для получения быстрой и контролируемой гравировки.
металлургия
В белый чугун в небольшом количестве добавляют магний, что улучшает его прочность и ковкость. Кроме того, магний, смешанный с известью, вводится в жидкий доменный чугун, улучшая механические свойства стали.
Магний участвует в производстве титана, урана и гафния. Он действует как восстановитель тетрахлорида титана в процессе Кролла, образуя титан.
электрохимия
Магний используется в сухом элементе как анод, а хлорид серебра - как катод. Когда магний вступает в электрический контакт со сталью в присутствии воды, он жертвенно корродирует, оставляя сталь нетронутой.
Этот тип стальной защиты присутствует на судах, резервуарах для хранения воды, водонагревателях, мостовых конструкциях и т. Д.
Пиротехника
Магний в виде порошка или полосок горит, испуская очень интенсивный белый свет. Это свойство использовалось в военной пиротехнике для поджигания или зажигания ракетами.
Его мелкодисперсное твердое вещество использовалось в качестве компонента топлива, особенно в твердом ракетном топливе.
- Соединения
Карбонат магния
Применяется как теплоизолятор для котлов и труб. Поскольку он гигроскопичен и растворим в воде, он используется для предотвращения уплотнения поваренной соли в солонках и ее неправильного стекания во время заправки пищи.
Гидроксид магния
Имеет применение как антипирен. Растворенный в воде, он образует известное молоко магнезии, беловатую суспензию, которую использовали как антацидное и слабительное средство.
Хлорид магния
Используется при производстве высокопрочного цемента для полов, а также в качестве добавки при производстве текстильных изделий. Кроме того, он используется в качестве флокулянта в соевом молоке при производстве тофу.
Оксид магния
Он используется при производстве огнеупорных кирпичей, устойчивых к высоким температурам, а также в качестве теплового и электрического изолятора. Он также используется как слабительное и антацидное средство.
Сульфат магния
Он используется в промышленности для производства цемента и удобрений, дубления и окрашивания. Это также осушитель. Соль Эпсома, MgSO 4 · 7H 2 O, используется как слабительное.
- Минералы
тальк
Он принят за эталон наименьшей твердости (1) по шкале Мооса. Он служит наполнителем при производстве бумаги и картона, а также предотвращает раздражение и увлажнение кожи. Он используется при производстве термостойких материалов и в качестве основы для многих порошков, используемых в косметике.
Хризотил или асбест
Он использовался в качестве теплоизолятора и в строительной индустрии для изготовления потолков. В настоящее время он не используется из-за его волокон рака легких.
Ссылки
- Мэтьюз, К. К., ван Холде, К. Э. и Ахерн, К. Г. (2002). Биохимия. 3 было издание. Редакция Pearson Educación, SA
- Wikipedia. (2019). Магний. Получено с: en.wikipedia.org
- Кларк Дж. (2012). Металлическое соединение. Получено с: chemguide.co.uk
- Корпус AW (1917 г.). Кристаллическая структура магния. Слушания Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки, 3 (7), 470–473. DOI: 10.1073 / pnas.3.7.470
- Тимоти П. Хануса. (7 февраля 2019 г.). Магний. Encyclopdia Britannica. Получено с: britannica.com
- Ханчжоу LookChem Network Technology Co. (2008 г.). Магний. Получено с: lookchem.com