МАГНИЙ (Magnesium) Mg, химический элемент II гр. периодической системы, атомный номер 12, атомная масса 24,305; относится к щелочноземельным элементам. Прир. МАГНИЙ состоит из трех стабильных изотопов ²⁴Mg (78,60%), ²⁵Mg (10,11%) и ²⁶Mg (11,29%). Поперечное сечение захвата тепловых нейтронов для природные смеси изотопов 5,9* 10^{- 20} м². Конфигурация внешний электронной оболочки 3s²; степень окисления +2, очень редко +1; энергии ионизации Mg⁰ : Mg⁺ : Mg²⁺ равны соответственно 7,64607 и 15,0353 эВ; электроотрицательность по Полингу 1,2; сродство к электрону -0,22 эВ; атомный радиус 0,160 нм, ионные радиусы для Mg²⁺ (в скобках указаны координац. числа) 0,071 нм (4), 0,08 нм (5), 0,086 нм (6), 0,103 нм (8).

Содержание МАГНИЙ в земной коре 2,35% по массе. Встречается в природе только в виде соединений. Известно более 100 минералов, содержащих МАГНИЙ; большинство из них - силикаты и алюмосиликаты, например оливин (Mg,Fe)₂[SiO₄], серпентин Mg₆(OH)₈[Si₄O₁₀] и др. Образуют залежи пром.

значения главным образом магнезит MgCO₃, доломит MgCO₃* СаСО₃, асбест, бишофит MgCl₂* 6H₂O, карналлит KCl* MgCl₂* 6H₂O, кизерит MgSO₄* H₂O, эпсомит MgSO₄* 7H₂O, каинит KCl* MgSO₄* 3H₂O, астраханит Na₂SO₄* MgSO₄* 4H₂O. Запасы хлоридных калийно-магниевых солей сосредоточены в СССР, ГДР, ФРГ, Испании, США, карбонатных минералов - в ЧССР, СФРЮ, КНР, Австрии, Греции и др. Много МАГНИЙ содержится в воде морей и океанов и в природные рассолах. МАГНИЙ всегда содержится в растениях, так как входит в состав молекулы хлорофилла.

Свойства. М. - серебристо-белый металл; кристаллич. решетка гексагональная, а = 0,3210 нм, с = 0,5200 нм, z = 2, пространств. группа Р6₃/ттс. Температура плавления 650 °С, температура кипения 1105°С; плотность 1,74 г/см³ (20 °С), 1,54 г/см³ (7,00 °С); С⁰_p 24,90 Дж/(моль* К); D H⁰_пл 8,5 кДж/моль (923 К); S⁰₂₉₈ 32,68 Дж/(моль* К); уравения температурной зависимости: давления пара над твердым и жидким МАГНИЙ соответственно lgp(мм рт. ст.) = 9,7124 - 7753,5/T - 2,453* 10^{- 4}T - 0,2293 lgT (298-1390 К), lgр(мм рт. ст.) = 16,7974 - 7844,2/T + 2,548* 10^{- 4}T - 2,7280 lgT (407-1390 К); коэффициент линейного расширения a = 25,0* 10^{- 6} + 0,0188 t °С^-1 (0 - 550 °С); теплопроводность 155 Вт/(м* К); r 4,49* 10^{- 8} Ом* м; парамагнетик, магн. восприимчивость +0,5* 10^{- 6}. МАГНИЙ - сравнительно мягкий, пластичный и ковкий металл. Его прочность и твердость минимальна для литых образцов и выше для прессованных и кованых; предел текучести 25-90 МПа; s _раст 120-200 МПа; твердость по Бринеллю 300-350 МПа; относит. удлинение 8,0-11,5%.

При обычных условиях поверхность МАГНИЙ защищена прочной пленкой магния оксида MgO, только при нагревании на воздухе до ~ 600 °С происходит разрушение этой пленки и металл сгорает ослепительно белым пламенем с образованием MgO и нитрида Mg₃N₂. С холодной водой МАГНИЙ не реагирует, из кипящей воды вытесняет Н₂ и образует магния гидроксид Mg(OH)₂. Аналогично реагирует с растворами солей аммония. С разбавленый кислотами МАГНИЙ интенсивно взаимодействие при комнатной температуре, с конц. H₂SO₄ и HNO₃ на холоду не реагирует. Он также устойчив к действию HF и фтористоводородной кислоты в результате образования защитной пленки MgF₂.

При взаимодействие с галогенами МАГНИЙ дает магния галогениды MgX₂. С водородом при 570°С и давлении ~20 МПа в присутствии MgI₂ образует гидрид MgH₂ - серые кристаллы с решеткой типа рутила; плотность 1,45 г/см³; устойчив на воздухе; медленно реагирует с водой, давая Mg(OH)₂ и Н₂; разлагается на элементы выше 280 °С. Гидрид МАГНИЙ, полученный взаимодействие LiH с магнийалкилами, - бесцв. твердое вещество, воспламеняется на воздухе, бурно реагирует с водой. С N₂ при 780-800°С МАГНИЙ образует нитрид Mg₃N₂ - желтоватые кристаллы с кубической решеткой типа Mn₂О₃ (a -форма); плотность 2,71 г/см³; D H⁰_обр -461,3 кДж/моль; S⁰₂₉₈ 85 Дж/(моль* К); при 550 °С переходит в b -форму, которая при 778 °С превращаются в g -модификацию; реагирует с водой с образованием Mg(OH)₂ и NH₃. Нитрид МАГНИЙ получают также при пропускании сухого NH₃ над МАГНИЙ при 600°С.

При нагревании МАГНИЙ с S, Se или Те образуются халькогениды MgS, MgSe, MgTe - бесцветные кристаллы; гидролизуются водой. Сульфид MgS - кристаллы с кубической решеткой; температура плавления ~2200°С; плотность 2,86 г/см³; С°_р 45,6 Дж/(моль* К); D H⁰_обр -348 кДж/моль; S⁰₂₉₈ 50,3 Дж/(моль* К); может быть также получен при нагревании МАГНИЙ с H₂S. При нагревании МАГНИЙ с В образуются бориды MgB₂, MgB₄, MgB₆, MgB₁₂ - темно-коричневые твердые вещества; MgB₂ медленно реагирует с водой и бурно с разбавленый кислотами, давая бороводороды; более богатые бором бориды не взаимодействие с разбавленый кислотами при комнатной температуре. С углеродом МАГНИЙ образует карбиды MgC₂ и MgC₃, которые реагируют с водой, давая С₂Н₂ и смеси углеводородов, в которых преобладает аллеи С,Н₄. С кремнием образует силицид Mg₂Si (температура плавления 1102°С), разлагающийся водой с выделением SiH₄ и др. силанов. С многие металлами МАГНИЙ дает интерметаллиды. МАГНИЙ восстанавливает СО₂, В₂О₃, SiO₂, галогениды металлов до соответствующего элемента.

Соли МАГНИЙ (см., например, Магния карбонат, Магния перхлорат. Магния сульфат) получают взаимодействие кислот или соответствующих им оксидов с MgO, действием разбавленый кислот на металлич. МАГНИЙ, обменными реакциями и др. Мн. соли хорошо растворим в воде с незначительной гидролизом, образуют кристаллогидраты. В водных растворах ион Mg²⁺ существует в виде аквакомплекса [Mg(H₂O)₆]²⁺ . В нсводных растворителях (жидкий NH₃ и др.) ион Mg²⁺ образует комплекс с молекулами растворителя; из таких растворов обычно кристаллизуются сольваты солей МАГНИЙ В водной среде кристаллосольваты разрушаются с образованием аквакомплексов. При взаимодействие щелочей с водными растворами солей МАГНИЙ осаждается Mg(OH)₂.

Получение. Преобладающий пром. способ получения МАГНИЙ - электролиз расплава смеси безводных MgCl₂, KCl и NaCl. Для получения расплава используют обезвоженный карналлит или бишофит, а также MgCl₂, полученный хлорированием MgO или как отход при производстве Ti. Температура электролиза 700-720 °С, аноды графитовые, катоды стальные. Содержание MgCl₂ в расплаве 5-8%, при снижении концентрации до 4% уменьшается выход МАГНИЙ по току, при повышении концентрации MgCl₂ выше 8% увеличивается расход электроэнергии. Для обеспечения оптим. содержания MgCl₂ периодически отбирают часть отработанного электролита и добавляют свежий карналлит или MgCl₂. Жидкий МАГНИЙ всплывает на поверхность электролита, откуда его отбирают вакуумным ковшом. Извлекаемый магниевый сырец содержит 0,1% примесей. Для очистки от неметаллич. примесей МАГНИЙ переплавляют с флюсами - хлоридами или фторидами К, Ва, Na, Mg. Глубокую очистку осуществляют перегонкой в вакууме, зонной плавкой, электролитич. рафинированием. В результате получают МАГНИЙ чистотой 99,999%. Кроме МАГНИЙ при электролизе получают также Сl₂.

В термодинамически способах получения МАГНИЙ сырьем служит магнезит или доломит, из которых прокаливанием получают MgO. В ретортных или вращающихся печах с графитовыми или угольными нагревателями оксид восстанавливают до металла кремнием (силикотермодинамически способ) или СаС₂ (карбидотермодинамически способ) при 1280-1300 °С либо углеродом (карботермодинамически способ) при температуре выше 2100°С. В карботермодинамически способе (MgO + С D Mg + CO) образующуюся смесь СО и паров МАГНИЙ быстро охлаждают при выходе из печи инертным газом для предотвращения обратной реакции СО с МАГНИЙ
Определение. Качественно МАГНИЙ обнаруживают по осаждению двойной соли MgNH₄PO₄* 6H₂O либо гидроксихинолината Mg(C₉H₆NO)₂* 2H₂O, по образованию окрашенных соединений Mg²⁺, например с титановым желтым, магнезоном I и II, хинализарином или дифенилкарбазидом, а также эмиссионным спектральным методом. Количественно МАГНИЙ определяют обычно комплексонометрически - титрованием раствором натриевой соли этилендиаминтетрауксусной кислоты с использованием индикаторов (эриохрома черного Т или др.), а также титрованием избытка кислоты, пошедшей на растворение MgO, или щелочи, использованной для осаждения Mg(OH)₂. Его определяют также гравиметрически в виде Mg₂P₂O₇, образующегося при прокаливании MgNH₄PO₄* 6H₂O, и в виде гидроксихинолината. Определяют также МАГНИЙ спектрофотометрически с использованием магнезонов. Для определения очень малых кол-в МАГНИЙ используют методы химико-спектрального анализа, чувствительность которых достигает 1* 10^-4% МАГНИЙ Применяют также методы атомно-абсорбц. анализа и фотометрии пламени.

Применение. Основные область использования МАГНИЙ - производство магния сплавов. МАГНИЙ применяют также для легирования сплавов на основе Аl и некоторых др., для металлотермодинамически получения металлов (Ti, U, Zr, V и др.), для раскисления и десульфурации ряда металлов и сплавов, в синтезе магнийорганических соединений (например, реактива Гриньяра). Смеси порошка МАГНИЙ с окислителями используют для приготовления осветит. и зажигат. составов.

Мировое производство МАГНИЙ 200 тысяч т/год (1980).

МАГНИЙ открыл в 1808 Г. Дэви.

Химическая энциклопедия. Том 2 >> К списку статей