Получение магния в промышленности уравнение реакции

Видео:Горение магния - химическая реакция.Скачать

Магний: способы получения и химические свойства

Магний Mg — это щелочной металл. Серебристо-белый, относительно мягкий, пластичный, ковкий металл. На воздухе покрыт оксидной пленкой. Сильный восстановитель.

Относительная молекулярная масса M_r = 24,305; относительная плотность для твердого и жидкого состояния d = 1,737; t_пл = 648º C; t_кип = 1095º C.

Видео:Составление уравнений химических реакций. 1 часть. 8 класс.Скачать

Способ получения

1. В результате электролиза расплава хлорида магния образуются магний и хлор :

2. Нитрид магния разлагается при 700 — 1500º С образуя магний и азот:

3. Оксид магния легко восстанавливается углеродом при температуре выше 2000º С, образуя магний и угарный газ:

MgO + C = Mg + CO

4. Оксид магния также легко восстанавливается кальцием при 1300º С с образованием магния и оксида кальция:

MgO + Ca = CaO + Mg

Видео:Получение оксида магния. Опыт 1Скачать

Качественная реакция

Качественной реакцией для магния является взаимодействие соли магния с любой сильной щелочью, в результате которой происходит выпадение студенистого осадка:

1. Хлорид магния взаимодействует с гидроксидом калия и образует гидроксид магния и хлорид калия:

MgCl₂ + 2KOH = Mg(OH)₂ + 2KCI

Видео:Цитрат магния. Способы получения.Скачать

Химические свойства

1. Магний — сильный восстановитель . Поэтому он реагирует почти со всеми неметаллами :

1.1. Магний взаимодействует с азотом при 780 — 800º С образуя нитрид магния:

1.2. Магний сгорает в кислороде (воздухе) при 600 — 650º С с образованием оксида магния:

2Mg + O₂ = 2MgO

1.3. Магний активно реагирует при комнатной температуре с влажным хлором . При этом образуется хлорид магния :

1.4. С водородом магний реагирует при температуре 175º C, избыточном давлении и в присутствии катализатора MgI₂ с образованием гидрида магния:

2. Магний активно взаимодействует со сложными веществами:

2.1. Магний реагирует с горячей водой . Взаимодействие магния с водой приводит к образованию гидроксида магния и газа водорода:

2.2. Магний взаимодействует с кислотами:

2.2.1. Магний реагирует с разбавленной соляной кислотой, при этом образуются хлорид магния и водород :

Mg + 2HCl = MgCl₂ + H₂ ↑

2.2.2. Реагируя с разбавленной азотной кислотой магний образует нитрат магния, оксид азота (I) и воду:

2.2.3. В результате реакции сероводородной кислоты и магния при 500º С образуется сульфид магния и водород:

Mg + H₂S = MgS + H₂

2.3. Магний вступает в реакцию с газом аммиаком при 600 — 850º С. В результате данной реакции образуется нитрид магния и водород:

2.4. Магний может вступать в реакцию с оксидами :

2.4.1. В результате взаимодействия магния и оксида азота (IV) при температуре 150º С в вакууме, в этилацетилене образуется нитрат магния и оксид азота (II):

2.4.2. Магний взаимодействует с оксидом кремния при температуре ниже 800º С в атмосфере водорода образуя силицид магния и оксид магния:

4Mg + SiO₂ = Mg₂Si + MgO,

а если температуру поднять до 1000º С, то в результате реакции образуется кремний и оксид магния:

2Mg + SiO₂ = Si + 2MgO

Видео:Реакция магния с кремнием и получение силана / Heating magnesium with silicon and obtaining silaneСкачать

Магний

Магний
лёгкий, ковкий, серебристо-белый металл
Название, символ, номер	Магний / Magnesium (Mg), 12
Атомная масса (молярная масса)	[24,304; 24,307]а. е. м. (г/моль)
Электронная конфигурация	[Ne] 3s 2
Радиус атома	160 пм
Ковалентный радиус	136 пм
Радиус иона	66 (+2e) пм
Электроотрицательность	1,31 (шкала Полинга)
Электродный потенциал	−2,37 В
Степени окисления	0; +2
Энергия ионизации (первый электрон)	737,3 (7,64) кДж/моль (эВ)
Плотность (при н. у.)	1,738 г/см³
Температура плавления	650 °C (923 K)
Температура кипения	1090 °C (1363 K)
Уд. теплота плавления	9,20 кДж/моль
Уд. теплота испарения	131,8 кДж/моль
Молярная теплоёмкость	24,90 Дж/(K·моль)
Молярный объём	14,0 см³/моль
Структура решётки	гексагональная
Параметры решётки	a=0,32029 нм, c=0,52000 нм
Отношение c/a	1,624
Температура Дебая	318 K
Теплопроводность	(300 K) 156 Вт/(м·К)
Номер CAS	7439-95-4

Магний — элемент второй группы (по старой классификации — главной подгруппы второй группы), третьего периода периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева, с атомным номером 12. Обозначается символом Mg (лат. Magnesium ). Простое вещество магний — лёгкий, ковкий металл серебристо-белого цвета.

Видео:Химические уравнения // Как Составлять Уравнения Реакций // Химия 9 классСкачать

Содержание

• 1 История открытия
• 2 Изотопы
• 3 Нахождение в природе
  • 3.1 Природные источники магния
• 4 Получение
• 5 Физические свойства
  • 5.1 Фазовый переход в сверхпроводящее состояние
• 6 Химические свойства
• 7 Применение
  • 7.1 Сплавы
  • 7.2 Химические источники тока
  • 7.3 Соединения
  • 7.4 Огнеупорные материалы
  • 7.5 Военное дело
  • 7.6 Медицина
  • 7.7 Фотография
  • 7.8 Аккумуляторы
• 8 Производство
• 9 Цены
• 10 Биологическая роль и токсикология
  • 10.1 Токсикология
  • 10.2 Биологическая роль
  • 10.3 Таблица нормы потребления магния

Видео:Магний - самый горячий металл на Земле!Скачать

История открытия

В 1695 году из минеральной воды Эпсомского источника в Англии выделили соль, обладавшую горьким вкусом и слабительным действием. Аптекари назвали её «горькой солью», а также «английской» или «эпсомской солью». Минерал эпсомит представляет собой кристаллогидрат сульфата магния и имеет химическую формулу MgSO₄ · 7H₂O. Латинское название элемента происходит от названия древнего города Магнезия в Малой Азии, в окрестностях которого имеются залежи минерала магнезита.

В 1792 году Антон фон Рупрехт выделил из белой магнезии восстановлением углём неизвестный металл, названный им австрием. Позже было установлено, что «австрий» представляет собой магний крайне низкой степени чистоты, поскольку исходное вещество было сильно загрязнено железом.

В 1808 г. английский химик Гемфри Дэви с помощью электролиза увлажнённой смеси магнезии и оксида ртути получил амальгаму неизвестного металла, которому дал название «магнезиум», сохранившееся до сих пор во многих странах. В России с 1831 года принято название «магний». В 1829 г. французский химик А. Бюсси получил магний, восстанавливая его расплавленный хлорид металлическим калием. В 1830 г. М. Фарадей получил магний электролизом расплавленного хлорида магния.

Видео:Реакция МАГНИЯ и СОЛЯНОЙ КИСЛОТЫ. Получение ХЛОРИДА МАГНИЯ MgCI2. Опыты по химии дома. ЭкспериментыСкачать

Изотопы

Природный магний состоит из смеси 3 стабильных изотопов 24 Mg, 25 Mg и 26 Mg с молярной концентрацией в смеси 78,6 %, 10,1 % и 11,3 % соответственно.

Все остальные 19 изотопов нестабильны, самый долгоживущий из них 28 Mg с периодом полураспада 20,915 часов.

Видео:РЕАКЦИИ ИОННОГО ОБМЕНА, ИОННОЕ УРАВНЕНИЕ - Урок Химия 9 класс / Подготовка к ЕГЭ по ХимииСкачать

Нахождение в природе

Кларк магния — 1,95 % (19,5 кг/т). Это один из самых распространённых элементов земной коры. Большие количества магния находятся в морской воде в виде раствора солей. Основные минералы с высоким массовым содержанием магния:

Магнезиальные соли встречаются в больших количествах в солевых отложениях самосадочных озёр. Месторождения карналлита осадочного происхождения имеются во многих странах.

Магнезит образуется преимущественно в гидротермальных условиях и относящихся к среднетемпературным гидротермальным месторождениям. Доломит также является важным магниевым сырьём. Месторождения доломита широко распространены, запасы их огромны. Они генетически связаны с карбонатными осадочными слоями и большинство из них имеет докембрийский или пермский геологический возраст. Доломитовые залежи образуются осадочным путём, но могут возникать также при воздействии на известняки гидротермальных растворов, подземных или поверхностных вод.

Чрезвычайно редким минералом является самородный магний, образующийся в потоках восстановительных газов и впервые обнаруженный в 1991 году в береговых отложениях Чоны (Восточная Сибирь), а затем в лавах в Южном Гиссаре (Таджикистан).

Природные источники магния

• Ископаемые минеральные отложения (магнезиальные и калийно-магнезиальные карбонаты: доломит, магнезит).
• Морская вода.
• Рассолы (рапа соляных озёр).

В 1995 г. бо́льшая часть мирового производства магния была сосредоточена в США (43 %), странах СНГ (26 %) и Норвегии (17 %), на рынке возрастает доля Китая.

Видео:Реакция взаимодействия магния и азотной кислоты | Mg + 4HNO3 → Mg(NO3)2 + 2NO2 + 2H2OСкачать

Получение

Обычный промышленный метод получения металлического магния — это электролиз расплава смеси безводных хлоридов магния MgCl₂ (бишофит), натрия NaCl и калия KCl. В расплаве электрохимическому восстановлению подвергается хлорид магния:

Расплавленный металл периодически отбирают из электролизной ванны, а в неё добавляют новые порции магнийсодержащего сырья. Так как полученный таким способом магний содержит сравнительно много (около 0,1 %) примесей, при необходимости «сырой» магний подвергают дополнительной очистке. С этой целью используют электролитическое рафинирование, переплавку в вакууме с использованием специальных добавок — флюсов, которые удаляют примеси из магния или перегонку (сублимацию) металла в вакууме. Чистота рафинированного магния достигает 99,999 % и выше.

Разработан и другой способ получения магния — термический. В этом случае для восстановления оксида магния при высокой температуре используют кремний или кокс:

Применение кремния позволяет получать магний из такого сырья, как доломит CaCO₃·MgCO₃, не проводя предварительного разделения магния и кальция. С участием доломита протекают реакции, вначале производят обжиг доломита:

Затем сильный нагрев с кремнием:

2MgO + CaO + Si → CaSiO₃ + 2Mg

Преимущество термического способа состоит в том, что он позволяет получать магний более высокой чистоты. Для получения магния используют не только минеральное сырьё, но и морскую воду.

Видео:Получение осадка карбоната магнияСкачать

Физические свойства

Магний — металл серебристо-белого цвета с гексагональной решёткой, обладает металлическим блеском; пространственная группа P 6₃/mmc, параметры решётки a = 0,32029 нм, c = 0,52000 нм, Z = 2. При обычных условиях поверхность магния покрыта довольно прочной защитной плёнкой оксида магния MgO, которая разрушается при нагреве на воздухе до примерно 600 °C, после чего металл сгорает с ослепительно белым пламенем с образованием оксида и нитрида магния Mg₃N₂. Скорость воспламенения магния намного выше скорости одёргивания руки, поэтому при поджоге магния человек не успевает одёрнуть руку и получает ожог. На горящий магний желательно смотреть только через темные очки или стекло, так как в противном случае есть риск получить световой ожог сетчатки и на время ослепнуть.

Плотность магния при 20 °C — 1,738 г/см³, температура плавления 650 °C, температура кипения 1090 °C, теплопроводность при 20 °C — 156 Вт/(м·К).

Магний высокой чистоты пластичен, хорошо прессуется, прокатывается и поддаётся обработке резанием.

Фазовый переход в сверхпроводящее состояние

При температуре Т_с= 0,0005 К магний (Mg) переходит в сверхпроводящее состояние.

Видео:Получение и свойства гидроксида магния.Скачать

Химические свойства

При нагревании на воздухе магний сгорает с образованием оксида и небольшого количества нитрида. При этом выделяется большое количество теплоты и света:

Магний хорошо горит даже в углекислом газе:

2Mg + CO₂ → 2MgO + C

Раскаленный магний энергично реагирует с водой, вследствие чего горящий магний нельзя тушить водой:

Mg + H₂O → MgO + H₂ + 75 kcal

Возможна также реакция:

Щелочи на магний не действуют, в кислотах он растворяется с бурным выделением водорода:

Смесь порошка магния со взрывом реагирует с сильными окислителями, например с сухим перманганатом калия.

Также следует упомянуть реактивы Гриньяра, то есть алкил- или арилмагнийгалогениды:

RHal + Mg → (C2H5)2O RMgHal

Где Hal = I, Br, реже Cl.

Металлический магний — сильный восстановитель, применяется в промышленности для восстановления титана до металла из тетрахлорида титана и металлического урана из его тетрафторида

Видео:Галилео. Эксперимент. Магний в кислородеСкачать

Применение

Используется для получения лёгких и сверхлёгких литейных сплавов (самолётостроение, производство автомобилей), а также в пиротехнике и военном деле для изготовления осветительных и зажигательных ракет. Со второй половины XX века магний в чистом виде и в составе сплава кремния с железом — ферросиликомагния, стал широко применяться в чугунолитейном производстве благодаря открытию его свойства влиять на форму графита в чугуне, что позволило создать новые уникальные конструкционные материалы для машиностроения — высокопрочный чугун (чугун с шаровидным графитом — ЧШГ и чугун с вермикулярной формой графита — ЧВГ), сочетающие в себе свойства чугуна и стали.

Сплавы

Сплавы на основе магния являются важным конструкционным материалом в космической, авиационной и автомобильной промышленности благодаря их лёгкости и прочности. Из магниевого сплава изготавливались картеры двигателей бензопилы «Дружба» и автомобиля «Запорожец», ряда других машин. Сейчас из этого сплава производятся легкосплавные колёсные диски.

Химические источники тока

Магний в виде чистого металла, а также его химические соединения (бромид, перхлорат) применяются для производства энергоёмких резервных электрических батарей (например, магний-перхлоратный элемент, серно-магниевый элемент, хлористосвинцово-магниевый элемент, хлорсеребряно-магниевый элемент, хлористомедно-магниевый элемент, магний-ванадиевый элемент и др.) и сухих элементов (марганцево-магниевый элемент, висмутисто-магниевый элемент, магний-м-ДНБ элемент и др.). Химические источники тока на основе магния отличаются очень высокими значениями удельных энергетических характеристик и высокой ЭДС.

Соединения

Гидрид магния — один из наиболее ёмких аккумуляторов водорода, применяемых для его компактного хранения и получения.

Огнеупорные материалы

Оксид магния MgO применяется в качестве огнеупорного материала для производства тиглей и специальной футеровки металлургических печей.

Перхлорат магния, Mg(ClO ₄)₂ — (ангидрон) применяется для глубокой осушки газов в лабораториях, и в качестве электролита для химических источников тока с применением магния.

Фторид магния MgF₂ — в виде синтетических монокристаллов применяется в оптике (линзы, призмы).

Бромид магния MgBr₂ — в качестве электролита для химических резервных источников тока.

Военное дело

Свойство магния гореть белым ослепительным пламенем широко используется в военной технике для изготовления осветительных и сигнальных ракет, трассирующих пуль и снарядов, зажигательных бомб. В смеси с соответствующими окислителями он также является основным компонентом заряда светошумовых боеприпасов.

Медицина

Магний является жизненно-важным элементом, который находится во всех тканях организма и необходим для нормального функционирования клеток. Участвует в большинстве реакций обмена веществ, в регуляции передачи нервных импульсов и в сокращении мышц, оказывает спазмолитическое и антиагрегантное действие. Оксид и соли магния традиционно применяются в медицине в кардиологии, неврологии и гастроэнтерологии (аспаркам, сульфат магния, цитрат магния). В то же время, использование солей магния в кардиологии при нормальном уровне ионов магния в крови является недостаточно обоснованным.

Фотография

Магниевый порошок с окисляющими добавками (нитрат бария, перманганат калия, гипохлорит натрия, хлорат калия и т. д.) применялся (и применяется сейчас в редких случаях) в фотоделе в химических фотовспышках (магниевая фотовспышка).

Аккумуляторы

Магниево-серные батареи являются одними из самых перспективных, теоретически превосходя ёмкость ионно-литиевых, однако пока эта технология находится на стадии лабораторных исследований в силу непреодолимости некоторых технических препятствий.

Видео:Химические уравнения - Как составлять уравнения реакций // Составление Уравнений Химических РеакцийСкачать

Производство

Производство в России сосредоточено на двух предприятиях: г. Соликамск (СМЗ) и г. Березники (АВИСМА). Общая производительность составляет, примерно, 35 тыс. тонн в год.

Цены на магний в слитках в 2006 году составили в среднем 3 долл./кг. В 2012 году цены на магний составляли порядка 2,8—2,9 долл./кг.

Видео:Реакция магния с песком, возможно - мокрым / Reaction of magnesium with sand, obviousely -- wetСкачать

Биологическая роль и токсикология

Токсикология

Соединения магния малотоксичны (за исключением солей таких ядовитых кислот, как синильная, азотистоводородная, плавиковая, хромовая).

Биологическая роль

Магний — один из важных биогенных элементов, в значительных количествах содержится в тканях животных и растений (хлорофиллы). Его биологическая роль сформировалась исторически в период зарождения и развития протожизни на нашей планете в связи с тем, что солевой состав морской воды древней Земли был преимущественно хлоридно-магниевый, в отличие от нынешнего — хлоридно-натриевого.

Магний является кофактором многих ферментативных реакций. Магний необходим для превращения креатинфосфата в АТФ — нуклеотид, являющийся универсальным поставщиком энергии в живых клетках организма. Магний необходим на всех этапах синтеза белка. Он участвует в поддержании нормальной функции нервной системы и мышцы сердца, оказывает сосудорасширяющее действие, стимулирует желчеотделение, повышает двигательную активность кишечника, что способствует выведению из организма холестерина.

Усвоению магния мешают наличие фитина и избыток жиров и кальция в пище. Недостаток магния в организме может проявляться по-разному: бессонница, хроническая усталость, остеопороз, артрит, фибромиалгия, мигрень, мышечные судороги и спазмы, сердечная аритмия, запоры, предменструальный синдром (ПМС). При потливости, частом употреблении слабительных и мочегонных, алкоголя, больших психических и физических нагрузках (в первую очередь при стрессах и у спортсменов) потребность в магнии увеличивается.

Более всего магния содержится в пшеничных отрубях, тыквенных семечках, какао-порошке. К пище, богатой магнием относят также кунжут, отруби, орехи. Однако обилие фитина в этих продуктах делает его малодоступным для усвоения, поэтому только зелёные овощи могут служить надёжным источником магния. Магния совсем мало в хлебе, молочных, мясных и других повседневных продуктах питания современного человека. Суточная норма магния — порядка 300 мг для женщин и 400 мг для мужчин (предполагается, что всасывается около 30 % магния).

При употреблении витаминно-минеральных комплексов, содержащих магний, необходимо помнить, что при чрезмерном его потреблении возможна передозировка, сопровождающаяся снижением артериального давления, тошнотой, рвотой, угнетением центральной нервной системы, снижением рефлексов, изменениями на электрокардиограмме, угнетением дыхания, комой, остановкой сердца, параличом дыхания, анурическим синдромом.

Также следует соблюдать осторожность при приеме магния людям с почечной недостаточностью.

Таблица нормы потребления магния

• Магний (Mg)
• Азид магния (Mg(N₃)₂) Тринитрид магний
• Алюминат магния (Mg(AlO₂)₂) Метаалюминат магния
• Амид магния (Mg(NH₂)₂)
• Антимонид магния (Mg₃Sb₂) Магний сурмянистый
• Арсенат магния (Mg₃(AsO₄)₂) Магний мышьяковокислый
• Арсенид магния (Mg₃As₂) Магний мышьяковистый
• Аурат магния (Mg[AuO₂]₂)
• Ацетат магния (Mg(C₂H₃O₂)₂) Магний уксуснокислый
• Бензоат магния (Mg(C₆H₅COO)₂) Магний бензойнокислый
• Борид магния (MgB₂) Магний бористый
• Бромат магния (Mg(BrO₃)₂) Магний бромноватокислый
• Бромид магния (MgBr₂) Магний бромистый
• Ванадат магния (Mg₂V₂O₇) Магний ванадиевокислый
• Висмутид магния (Mg₃Bi₂)
• Вольфрамат магния (MgWO₄) Магний вольфрамовокислый
• Гексаборид магния (MgB₆) Бористый магний
• Гексафторогерманат магния (Mg[GeF₆])
• Гексафторосиликат магния (MgSiF₆)
• Гексацианоферрат II магния (Mg₂[Fe(CN)₆])
• Гептагидрат сульфата магния (MgSO₄·7H₂O) Английская соль
• Германид магния (Mg₂Ge)
• Гидрид магния (MgH₂) Магний водородистый
• Гидроарсенат магния (MgHAsO₄)
• Гидрокарбонат магния (Mg(HCO₃)₂) Бикарбонат магния, Магний двууглекислый
• Гидрокарбонат магния-калия (MgKH(CO₃)₂)
• Гидроксид магния (Mg(OH)₂) Гидроокись магний
• Гидроортофосфат магния (MgHPO₄)
• Гипофосфит магния (Mg(PH₂O₂)₂) Магний фосфорноватистокислый (Фосфинат магния)
• Глицерофосфат магния (MgC₃H₇O₆P)
• Дигидроортофосфат магния (Mg(H₂PO₄)₂)
• Дителлурид магния (MgTe₂)
• Дифенилмагний (Mg(C₆H₅)₂)
• Диэтилмагний (Mg(C₂H₅)₂)
• Додекаборид магния (MgB₁₂)
• Йодат магния (Mg(IO₃)₂) Магний йодноватокислый
• Йодид магния (MgI₂) Магний йодистый
• Карбид магния (MgC₂) Ацетиленид магния
• Карбонат магния (MgCO₃) Магний углекислый
• Карбонат магния лекарственное средство
• Каустический магнезит
• Магнезит
• Метаборат магния (Mg(BO₂)₂) Магний борнокислый мета
• Метагерманат магния (MgGeO₃) Магний германиевокислый
• Метасиликат магния (MgSiO₃) Магний кремнекислый магний
• Метатитанат магния (MgTiO₃) Магний титановокислый мета
• Молибдат магния (MgMoO₄) Магний молибденовокислый
• Нитрат магния (Mg(NO₃)₂) Магний азотнокислый
• Нитрид магния (Mg₃N₂) Магний азотистый
• Нитрит магния (Mg(NO₂)₂) Магний азотистокислый
• Оксид магния (MgO) Магний окись (магнезия жженая)
• Оксалат магния (MgC₂O₄) Магний щавелевокислый
• Олеат магния (Mg(C₁₈H₃₃O₂)₂) Магний олеиновокислый
• Ортоарсенат магния (Mg₃(AsO₄)₂)
• Ортоборат магния (Mg₃(BO₃)₂)
• Ортосиликат магния (Mg₂SiO₄)
• Ортотитанат магния (Mg₂TiO₄)
• Перманганат магния (Mg(MnO₄)₂) Магний марганцовокислый
• Пероксид магния (MgO₂) Перекись магния
• Перхлорат магния (Mg(ClO₄)₂) Магний хлорнокислый (Ангидрон)
• Пирофосфат магния (Mg₂P₂O₇)
• Рицинолеат магния (Mg(C₁₈H₃₃O₃)₂) Магний рицинолевокислый
• Селенат магния (MgSeO₄) Магний селеновокислый
• Селенид магния (MgSe) Магний селенистый
• Селенит магния (MgSeO₃) Магний селенистокислый
• Силицид магния (Mg₂Si) Магний кремнистый
• Станнид димагния (Mg₂Sn)
• Стеарат магния (MgC₃₆H₇₀O₄) Магний стеариновокислый
• Стекломагниевый лист
• Сульфат магния (MgSO₄) Магний сернокислый
• Сульфид магния (MgS) Магний сернистый
• Сульфит магния (MgSO₃) Магний сернистокислый
• Тартрат магния (MgC₄H₄O₆) Магний виннокислый
• Теллурид магния (MgTe) Магний теллуристый
• Тиосульфат магния (MgS₂O₃) Гипосульфит магния
• Тиоцианат магния (Mg(SCN)₂) Магний роданистый
• Трикарбид димагния (Mg₂C₃)
• Формиат магния (Mg(HCOO)₂) Магний муравьинокислый
• Фосфат магния (Mg₃(PO₄)₂) Магний Фосфорнокислый (Фосфат магния)
• Фосфид магния (Mg₃P₂) Магний фосфористый
• Фторид магния (MgF₂) Магний фтористый
• Хлорат магния (Mg(ClO₃)₂) Магний хлорноватокислый
• Хлорид магния (MgCl₂) Магний хлористый
• Хлорофилл
• Хлорофилл с1
• Хлорофилл с2
• Хлорофилл с3
• Хромат магния (MgCrO₄) Магний хромовокислый
• Хромит магния (MgCr₂O₄) Магний хромистокислый
• Цирконат магния (MgZrO₃) Магний циркониевокислый
• Цитрат магния (MgC₆H₆O₇) Магний лимоннокислый

Eu, Sm, Li, Cs, Rb, K, Ra, Ba, Sr, Ca, Na, Ac, La, Ce, Pr, Nd, Pm, Gd, Tb, Mg, Y, Dy, Am, Ho, Er, Tm, Lu, Sc, Pu,
Th, Np, U, Hf, Be, Al, Ti, Zr, Yb, Mn, V, Nb, Pa, Cr, Zn, Ga, Fe, Cd, In, Tl, Co, Ni, Te, Mo, Sn, Pb, H₂,
W, Sb, Bi, Ge, Re, Cu, Tc, Te, Rh, Po, Hg, Ag, Pd, Os, Ir, Pt, Au

Видео:Получение карбоната магния и оксида магнияСкачать

Основы металлургии магния

Металлический магний впервые получил Деви в 1808 г. Он подвергал электролизу с ртутным катодом водный раствор соли магния и получил сплав ртути и магния – амальгаму. Испарением ртути удалось выделить небольшое количество металла, сильно загрязненного примесями.

Позднее Бунзен (1852 г.) выделил магний электролизом расплавленного хлорида, и на основе этого в 1908 г. было начато промышленное производство магниевых сплавов.

Видео:Синтез ОКСИДА МАГНИЯ MgO. Разложение КАРБОНАТА МАГНИЯ. Опыты по химии дома. Chemical experiments.Скачать

Свойства магния

Магний относится ко II группе периодической системы Д.И. Менделеева. Атомная масса магния 24,32. По химическим свойствам магний относится к щелочноземельным металлам.

Магний плавится при 651 ºС и кипит при 1107 ºС. Полиморфных модификаций магний не имеет и во всем интервале температур ниже точки плавления сохраняет гексагональную плотноупакованную структуру с соотношением осей с/а (1,6235), почти равным теоретическому значению (1,633). Атомный диаметр магния равен 0,32 нм. Магний относится к наиболее легким конструкционным металлам; его плотность равна 1,74 г/см 3 при 20 ºС.

Удельная теплоемкость магния примерно такая же, как у алюминия, а скрытая теплота плавления в два раза ниже. Теплопроводность магния в полтора раза меньше, чем у алюминия, но больше, чем у стали. Коэффициенты линейного расширения магния и алюминия примерно одинаковы. Электросопротивление магния почти в два раза больше, чем у алюминия. Магний – парамагнитный металл.

Магний незначительно захватывает тепловые нейтроны. Сечение захвата тепловых нейтронов для него равно 5,9 · 10 -26 см 2 .

Модули Юнга и сдвига магния невелики и составляют всего 44,1 ГПа и 17,85 ГПа. Они обнаруживают заметную анизотропию. Магний при низких температурах обладает невысокой пластичностью. При низких температурах скольжение происходит лишь по плоскостям базиса (0001). При нагреве до 200…300 ºС в магнии появляются дополнительные плоскости скольжения и и пластичность сильно возрастает. Во всех случаях скольжение осуществляется в направлениях . Пластическая деформация осуществляется также двойникованием по плоскостям . Прочностные свойства магния при комнатной температуре выше, чем у алюминия.

Магний – химически активный металл. Свежая поверхность металла серебристо-белого цвета, но она быстро тускнеет из-за окисления магния на воздухе с образованием оксидной плёнки. При низких температурах оксидная плёнка аморфна, но при нагреве выше 200 ºС приобретает кристаллическое строение. При температурах ниже 450 ºС толщина оксидной пленки невелика; она сравнительно плотная и обладает определенными защитными свойствами против окисления. При более высоких температурах резко возрастает скорость окисления магния, оксидная пленка становится рыхлой, пористой, поэтому облегчается доступ кислорода к поверхности металла. При нагреве на воздухе до температур выше 623 ºС магний воспламеняется и горит, излучая ослепительный яркий свет. Оксидная пленка на магнии не обладает достаточными защитными свойствами, потому что плотность MgO значительно больше, чем магния.

Магний легко растворяется во всех разбавленных минеральных кислотах, с трудом – в концентрированной серной и совсем не взаимодействует с плавиковой, энергично реагирует со многими органическими кислотами.

Магний устойчив в керосине, бензине, минеральных маслах, фреоне, феноле, спиртах (кроме метилового).

Магний растворяет большие количества водорода. При температуре кристаллизации в жидком магнии растворяется около 50 см 3 /100 г водорода, а в твердом – около 20 см 3 /100 г.

Железо, медь, кобальт, кремний и никель резко ухудшают коррозионную стойкость магния. Легирование магния цирконием и марганцем повышает его коррозионную стойкость. Наилучшим способом защиты магния и его сплавов от коррозии является нанесение на поверхность изделий плотных тончайших оксидных пленок или тонких лакокрасочных покрытий.

Магниевые сплавы удовлетворительно свариваются различными методами сварки: дуговой сваркой с нерасходуемым вольфрамовым электродом в защитной среде из инертных газов, контактной точечной и роликовой сваркой.

Видео:Реакция магния и уксусной кислотыСкачать

Сырье для производства магния

Магний значительно распространен в земной коре, кларк его 2,35 %. Существенная доза запасов магния находится в воде морей и океанов, содержащей в среднем 0,3 % MgCl₂, 0,04 % MgBr₂, 0,18 % MgSO₄. По ориентировочным подсчетам, в гидросфере имеется 1,85 · 10 15 т магния, однако из-за малой концентрации добыча его из морской воды обходится дорого и применяется в странах, бедных другими видами сырья (США, Норвегия, Англия).

Пригодные для производства ископаемые соединения магния – карналлит KCl · MgCl₂ · 6H₂O, магнезит MgCO₃ и доломит MgCO₃· CaCO₃ в изобилии находятся в недрах Российской Федерации. В России около 80 % магния получают из карналлита и 20 % из магнезита.

Карналлит – гигроскопическая ископаемая соль, содержащая наряду с магнием калий, а также примеси хлористого натрия и бромидов. Руду, добытую из недр, называют карналлитовой породой или естественным карналлитом.

Естественный карналлит подвергают гидрохимическому обогащению, основанному на меньшей растворимости NaCl по сравнению с KCl и MgCl₂. Дробленую породу растворяют при 110 ºС в оборотном растворе хлористого магния (32 % MgCl₂). Основное количество NaCl остается в виде кристаллов и отделяется на ситах. Раствор направляют в вакуум-кристаллизаторы. Из полученной здесь пульпы кристаллов искусственный карналлит выделяют в отстойниках, а затем центрифугируют. Он имеет примерно следующий состав: 32 % MgCl₂; 25 % KCl; 6 % NaCl; 37 % H₂O.

Извлечение магния в искусственный карналлит не превышает 75 %, поэтому не прекращаются поиски других, более выгодных процессов, в частности основанных на механическом обогащении.

Видео:МАГНИЕВЫЕ опыты!Скачать

Способы получения магния

Электролиз расплавленного хлорида

Способ электролиза расплавленного хлорида MgCl₂ или расплава MgCl₂ и KCl стал теперь основным в мировой практике. Для этого применяется ванна из огнеупорного кирпича в стальном кожухе. В середине ванны установлен графитовый анод, а по бокам – два стальных катода. Хлористый магний плавится при 718 ºС, расплав его состоит из ионов Mg 2+ и Cl – .

Ионы разряжаются на катоде:

Магний выделяется в жидком виде (температура плавления 651 ºС) и всплывает в электролите, собираясь на его поверхности; плотность жидкого магния около 1,47 кг/м 3 , а плотность жидкого MgCl₂ 1,68 кг/м 3 .

На аноде выделяется хлор:

пузырьки его также всплывают в электролите. Магний и хлор не должны встречаться: это привело бы к сгоранию магния в хлоре:

Для разделения продуктов электролиза в ванне устанавливают керамические перегородки – диафрагмы. Чтобы предупредить потери хлора и окисление магния кислородом воздуха, ванну закрывают керамической крышкой.

Присутствие в расплаве хлоридов щелочных металлов – калия и натрия – не изменяет ход электролиза: напряжение разложения этих солей выше, поэтому калий и натрий не выделяются на катоде вместе с магнием. Присутствие в расплаве даже небольших количеств воды вредит электролизу, так как хлористый магний при этом гидролизуется:

Окись магния выпадает в осадок и образует на дне ванны нежелательный для процесса шлам. Подобное действие оказывают примеси сульфата на восстановленный магний:

Примеси железа восстанавливаются легче магния и загрязняют его. Поэтому для производства магния электролизом нужен безводный его хлорид, не содержащий остаточной воды, сульфата и железа. Безводный хлористый магний можно получить обезвоживанием природных солей – бишофита MgCl₂ · 6H₂O и карналлита либо хлорированием магнезита.

Соли обезвоживают сушкой и переплавкой. Для хлорирования природный MgCО₃ обжигают при температуре около 700–800 ºС, превращая его в каустический магнезит по реакции

Каустический магнезит смешивают с углем, брикетируют и обрабатывают хлором. Безводный хлористый магний получается в результате реакции

Получение хлористого магния из магнезита бывает выгоднее обезвоживания солей, если для этого можно использовать хлор, получаемый при электролизе карналлита.

Поэтому для производства магния электролизом расплавленного хлорида требуется предварительное получение из природного сырья достаточно чистого безводного хлористого магния.

Термические способы получения магния

Углетермический способ основан на реакции

Окись магния смешивают с мелким нефтяным коксом и брикетируют. Брикеты нагревают в среде водорода, предупреждающего доступ воздуха, в электрической печи при температуре около 2500 ºС. Магний получается в виде паров, смешанных с окисью углерода.

Выходящую из печи газовую смесь быстро охлаждают до 120 ºС, смешивая с большим количеством водорода или природного газа. Резкое охлаждение необходимо для «закаливания» газов, предупреждающего обратную реакцию – окисление паров магния окисью углерода. Магний конденсируется в тонкую пыль; ее улавливают из газов пылеуловителями и подвергают дистилляции в вакууме, получая твердый металл.

Для углетермического способа требуется сложная дорогая аппаратура, и он взрывоопасен: мелкая пыль магния склонна к самовозгоранию. Поэтому в современной практике этот способ применяется редко.

Силикотермический способ требует меньших температур и более простого оборудования. По этому способу окись магния восстанавливают в вакууме ферросилицием – сплавом железа и кремния.

В герметичных стальных ретортах, обогреваемых электричеством или газом до 1160–1170 ºС, нагревают брикеты из тщательно перемешанных порошков каустического доломита и ферросилиция. Каустический доломит – смесь окислов CaO и MgO для силикотермического способа удобнее, чем чистая окись магния: входящая в доломит окись кальция способствует восстановлению.

Каустический доломит получают обжигом природного доломита при 1000–1100 ºС в трубчатых вращающихся печах.

В реторте протекает реакция

2MgO + 2CaO + Si(Fe) → Ca₂SiO₄ + 2Mg + Fe.

Магний удаляется в виде паров, а в реторте остаются полурасплавленный остаток силиката кальция и железо. Пары магния, охлаждаясь в конденсаторе, дают кристаллический осадок металла.

Этот способ сложен и дорог из-за большого расхода реторт. Реторты даже из дорогой хромоникелевой стали недолговечны. Силикотермический способ применяют в том случае, если отсутствуют месторождения хлоридов магния.

Видео:ВУЛКАНЧИК ИЗ БИХРОМАТА АММОНИЯ И МАГНИЯСкачать

Получение хлорида магния

Магний широко применяют в виде сплавов с алюминием, цин­ком и марганцем для изготовления деталей авиационных и автомобильных двигателей. Магниевые сплавы обладают хоро­шими литейными свойствами, что дает возможность получать из них сложные отливки. Сплавы легко поддаются свариванию и обработке резанием.

Основными видами сырья для получения магния являются магнезит, доломит, карналлит и бишофит. Главной состав­ляющей магнезита является MgCO₃, а доломита CaCO₃ • MgCO₃. Карналлит — это природный хлорид магния и калия MgCl₂ • KCl • 6Н₂O. Бишофит (MgCl₂ • 6Н₂O) полу­чается при переработке карналлита или выпаривается из воды соленых озер и морей. Наиболее распространен в нас­тоящее время электролитический способ получения магния, при этом магний в процессе электролиза получается из вво­димого в электролит хлорида MgCl₂. Технология получения магния этим способом включает три стадии: получение без­водного хлорида магния MgCl₂, электролиз с выделением из хлорида жидкого магния, рафинирование магния.

Получение хлорида магния ведут тремя способами. Первый способ — обезвоживание карналлита MgCl₂ • KCl • 6Н₂O. Процесс осуществляют в две стадии. Первую проводят, нагревая карналлит в трубчатых вращающихся печах или пе­чах кипящего слоя. Вторую — в основном в печах- хлораторах, имеющих плавильную камеру (печь сопротивле­ния), где карналлит расплавляют при температурах 550—600 °С; две хлорирующие камеры, где продувкой хлором примеси (MgO) переводят в MgCl₂ и копильник расплава (миксер). На некоторых заводах вторую стадию проводят в электрических печах сопротивления, где карналлит расплав­ляют при температуре

500 °С и сливают в миксер. В обоих случаях жидкий карналлит сливают из миксеров в ковш и везут в электролизный цех. Обезвоженный карналлит содер­жит, %: MgCl₂ 47-52; KCl 40-46; NaCl 5-8.

Второй способ получения хлорида магния заключается в хлорировании магнезита MgCO₃ или оксида магния, получае­мого путем предварительного обжига магнезита. Процесс ведут в шахтных электрических печах. В нижней части печи (рис. 250) расположены в два ряда электроды 2; между ними находятся угольные брикеты, которые при прохождении электрического тока нагреваются до

750 °С. Шихту (MgO или MgCO₃) загружают сверху, через фурмы 7 вдувают хлор. У фурм происходит хлорирование оксида магния: MgO + Cl₂ + С = MgCl₂ + СО. Хлористый магний плавится и скапливается на подине, периодически его выпускают в ковш и транспортируют в электролизный цех.

Третий способ — это получение MgCl₂ в качестве побоч­ного продукта в процессе восстановления титана магнием из TiCl₄ (см. ниже). Этот жидкий хлорид магния направляют в магниевое производство (магний и титан обычно производят на одном предприятии).

Электролитическое получение магния осуществляют в электролизере (рис. 251). Анодами служат графитовые плас­тины 7, а катодами — стальные пластины 2. Удельная плот­ность магния меньше удельной плотности электролита, и поэтому магний всплывает. Хлор, выделяемый на аноде, тоже всплывает. Чтобы избежать взаимодействия хлора с магнием, а также короткого замыкания анода и катода расплавленным магнием, вверху устанавливают специальную разделительную диафрагму 3.

Электролит состоит из MgCl₂ (5—17 %), KCl, NaCl и до­бавок CaF₂ и NaF. По мере расходования MgCl₂ в электролизер периодически заливают жидкие карналлит либо хлорис­тый магний. Электролиз ведут при 670—720 °С. На катоде выделяется магний: Mg 2+ + 2e _→ Mg, на аноде — газо­образный хлор 2Cl — — 2е → Cl₂. Из электролизера откачи­вают хлор и 2—3 раза в сутки с помощью вакуум-ковшей с электрообогревом извлекают жидкий магний.

В последнее время наряду с описанными выше диафрагмен­ными электролизерами применяют бездиафрагменные.

Рафинирование магния осуществляют отстаиванием в пе­чах, возгонкой или электролизом. Наиболее распространен первый способ, заключающийся в выдержке магния в печах сопротивления под слоем флюса. При этом происходит отстаивание (переход в осадок) запутавшихся в расплаве частиц электролита и шлама. Рафинирование возгонкой осу­ществляют путем испарения магния в вакууме при 900 °С. Испаряющийся чистый магний осаждается в конденсаторе. Электролитическое рафинирование магния схоже с аналогич­ным процессом рафинирования алюминия по трехслойному ме­тоду. В электролизере внизу у анода нахо­дится слой рафинируемого магния, выше — слой электролита, а над ним у катода накапливается чистый магний.

Применяют также термические способы получения магния с использованием в качестве восстановителя С, Si или СаС₂. Из них проще силикотермический способ, при котором поль­зуются специальными ретортами из хромоникелевой жаропроч­ной стали, помещаемыми в электропечь, отапливаемую газо­образным топливом. В качестве сырья лучше всего брать до­ломит MgCO₃ • СаСО₃, а в качестве восстановителя — крем­ний ферросилиция. Магний получается высокой чистоты.