Магний нахождение в природе кратко

Обновлено: 02.07.2024

№12 Магний

Соединения магния были известны человеку с давних пор. Латинское название элемента происходит от названия древнего города Магнезия в Малой Азии, в окрестностях которого имеются залежи минерала магнезита. Металлический магний впервые получил в 1808 английский химик Г. Дэви. Магний, полученный Дэви, был довольно грязным, чистый металлический магний получен впервые в 1828 французским химиком А. Бюсси.

Нахождение в природе, получение:

Магний — один из десяти наиболее распространенных элементов земной коры. В ней содержится 2,35% магния по массе. Из-за высокой химической активности в свободном виде магний не встречается, а входит в состав множества минералов — силикатов, алюмосиликатов, карбонатов, хлоридов, сульфатов и др. Так, магний содержат широко распространенные силикаты оливин (Mg,Fe)₂[SiO₄] и серпентин Mg₆(OH)₈[Si₄O₁₀].
Важное практическое значение имеют такие магнийсодержащие минералы, как асбест, магнезит, доломит MgCO₃•CaCO₃, бишофит MgCl₂•6H₂O, карналлит KCl•MgCl₂•6H₂O, эпсомит MgSO₄•7H₂O, каинит KCl•MgSO₄•3H₂O, астраханит Na₂SO₄•MgSO₄•4H₂O и др.
Магний содержится в морской воде (4% Mg в сухом остатке), в природных рассолах, во многих подземных водах.
Обычный промышленный метод получения металлического магния - это электролиз расплава смеси безводных хлоридов магния MgCl₂, натрия NaCl и калия KCl. В этом расплаве электрохимическому восстановлению подвергается хлорид магния.
Другой способ получения магния - термический. В этом случае для восстановления оксида магния при высокой температуре используют кокс или кремний. Применение кремния позволяет получать магний из такого сырья, как доломит CaCO₃·MgCO₃, не проводя предварительного разделения магния и кальция. С участием доломита протекают реакции:
CaCO₃·MgCO₃ = CaO + MgO + 2CO₂, 2MgO + 2CaO + Si = Ca₂SiO₄ + 2Mg.
Для получения магния используют не только минеральное сырье, но и морскую воду. Чистота рафинированного магния достигает 99,999% и выше.

Физические свойства:

Магний - серебристо-белый блестящий металл, сравнительно мягкий и пластичный, хороший проводник тепла и электричества. Плотность магния . г/см 3 , он почти в 5 раз легче меди, в 4,5 раза легче железа; даже алюминий в 1,5 раза тяжелее магния. Температура плавления . °C, температура кипения . °C.

Химические свойства:

Отношение к воздуху и кислороду при обычных условиях: .
При нагревании: .
С холодной водой магний почти не взаимодействует, но при нагревании разлагает ее с выделением водорода. В этом отношении он занимает промежуточное положение между бериллием, который вообще с водой не реагирует и кальцием, легко с ней взаимодействующим.
В электрохимическом ряду напряжений магний стоит значительно левее водорода и активно реагирует с разбавленными кислотами с образованием солей. В этих реакциях есть у магния особенности. Он не растворяется во фтороводородной, концентрированной серной и в смеси серной и в смеси азотной кислот, растворяющей другие металлы почти столь же эффективно, как "царская водка" (смесь HCl и HNO₃). Не взаимодействует с растворами щелочей.

Важнейшие соединения:

Оксид магния, MgO : .
При хранении на воздухе оксид магния постепенно поглощает влагу и CO₂, переходя в Mg(OH)₂ и в MgCO₃
Пероксид магния, MgO₂ : получен взаимодействием свежеосажденной Mg(OH)₂ с 30%-ной H₂O₂. Бесцветное микрокристаллическое вещество, малорастворимое в воде и постепенно разлагающееся при хранении на воздухе.
Гидроксид магния, Mg(OH)₂ : белый, очень малорастворим в воде. Помимо кислот, он растворим в растворах солей аммония (что важно для аналитической химии). Встречается в природе (минерал брусит).
Соли магния . Большинство солей магния хорошо растворимо в воде. Растворы содержат бесцветные ионы Mg 2+ , которые сообщают жидкости горький вкус. Заметно гидролизуются водой только при нагревании раствора.
Большинство солей выделяется из растворов в виде кристаллогидратов (напр. MgCl₂*6H₂O, MgSO₄*7H₂O). MgSO₄*7H₂O в природе образует минерал "горькая соль".
При нагревании кристаллогидратов галоидных солей образуются труднорастворимые в воде основные соли.
К малорастворимым солям магния относится MgF₂ (растворимость 0,08г/л), карбонат магния. Последний может быть получен реакцией обмена только при одновременном присутствии в растворе большого избытка CO₂, в противном случае осаждаются основные соли. Примером такой соли может служить "белая магнезия" - основная соль приблизительного состава 3MgCO₃*Mg(OH)₂*3H₂O

Применение:

Основная часть добываемого магния используется для получения различных легких сплавов. В состав этих сплавов, кроме магния, входят, как правило, алюминий, цинк, цирконий. Такие сплавы достаточно прочны и находят применение в самолетостроении, приборостроении и для других целей.
Для защиты от коррозии водонагревателей и отопительных котлов находят применение магниевые аноды, представляющие из себя стальные стержни с нанесенным на них слоем магниевого сплава. В этом случае разрушается сам анод, а не стенки водонагревателя (протекторная защита).
Высокая химическая активность металлического магния позволяет использовать его при магниетермическом получении таких металлов, как титан, цирконий, ванадий, уран и др. При этом магний реагирует с оксидом или фторидом получаемого металла, например:
2Mg + TiO₂ = 2MgO + Ti или 2Mg + UF₄ = 2MgF₂ + U.
Широкое применение находят многие соединения магния, особенно его оксид, карбонат и сульфат. Так, горькая соль применяется в текстильной и бумажной промышленности, а также в медицине.

В человеческом организме количество магния составляет всего несколько десятых или сотых долей процента, однако он играет немаловажную роль в процессах жизнедеятельности. Магний усиливает процессы обмена углеводов в мышцах, регулирует обмен кальция; поэтому из-за недостатка магния развивается остеопороз и воспалительно-дистрофические заболевания опорно-двигательного аппарата.
Недостаточное количество магния в крови - признак переутомления или стрессового состояния. Доказано, что недостаток магния в организме способствует заболеванию инфарктом миокарда. В организм поступает с пищей, но при этом усваивается менее 40% магния, так как его соединения плохо всасываются кишечником.

Земная кора богата магнием – в ней содержится более 2,1% этого элемента. Лишь шесть элементов периодической системы встречаются на Земле чаще магния. Он входит в состав почти двухсот минералов. Но получают его в основном из трех – магнезита, доломита и карналлита.

Магний есть в кристаллических горных породах в виде нерастворимых карбонатов или сульфатов, а также (в менее доступной форме) в виде силикатов. Оценка его общего содержания существенно зависит от используемой геохимической модели, в частности, от весовых отношений вулканических и осадочных горных пород. Сейчас используются значения от 2 до 13,3%. Возможно, наиболее приемлемым является значение 2,76%, которое по распространенности ставит магний шестым после кальция (4,66%) перед натрием (2,27%) и калием (1,84%).

В России богатые месторождения магнезита расположены на Среднем Урале (Саткинское) и в Оренбургской области (Халиловское). А в районе города Соликамска разрабатывается крупнейшее в мире месторождение карналлита. Доломит – самый распространенный из магнийсодержащих минералов – встречается в Донбассе, Московской и Ленинградской областях и многих других местах.

Большие области суши, такие как Доломитовые Альпы в Италии состоят преимущественно из минерала доломита MgCa(CO3)2. Там встречаются и осадочные минералы магнезит MgCO3, эпсомит MgSO₄·7H₂O, карналлит K₂MgCl₄·6H₂O, лангбейнит K₂Mg₂(SO₄)₃.

Большое количество магния в природе содержится в водах морей и океанов и в природных рассолах. В некоторых странах именно они являются сырьем для получения магния. По содержанию в морской воде из металлических элементов он уступает только натрию. В каждом кубометре морской воды содержится около 4 кг магния. Магний есть и в пресной воде, обусловливая, наряду с кальцием, ее жесткость.

Магний в виде металла был впервые получен Гемфри Дэви в 1808 году. Английский химик проводил процесс электролиза между влажной смесью белой магнезии и оксидом ртути, в результате чего получил сплав ртути с неизвестным металлом (амальгаму). После выгонки ртути Дэви получил новое вещество – порошок металла, который был назван магнием (calorizator). Через два десятилетия, в 1828 году француз А.Бюсси получил чистый металлический магний.

Общая характеристика магния

Магний является элементом главной подгруппы II группы III периода периодической системы химических элементов Д.И. Менделеева, имеет атомный номер 12 и атомную массу 24,305. Принятое обозначение – Mg (от латинского Magnesium).

Нахождение в природе

Физические и химические свойства

Магний является лёгким и ковким металлом, его цвет – серебристо-белый с явным металлическим блеском. В обычном состоянии покрыт плёнкой оксида магния, которую можно разрушить, нагрев металл до 600-650˚С. Магний сгорает, выделяя ослепительно белое пламя и образуя оксид и нитрид магния.

Суточная потребность в магнии

Суточная потребность в магнии зависит от возраста, пола и физического состояния человека. Для здорового взрослого человека составляет от 400 до 500 мг.

Продукты питания богатые магнием

В продуктах питания содержится различное количество магния, расположим их по мере убывания содержания полезного микроэлемента:

крупы (пшено и гречка) , фасоль, лесные орехи, тахинная халва , арбуз, пшеничные отруби, шпинат, соевая мука , абрикосы, лимон, грейпфрут , мясо кролика, свинина , кукуруза, морковь, салат
молочные продукты, рыба, яйца , репчатый лук, белокочанная капуста , зелёный лук, свёкла , сливы.

Усвояемость магния

Всасывание органических соединений магния в основном происходит в двенадцатиперстной и толстой кишках, при чрезмерном употреблении кофеина, алкоголя и калия организм теряет значительную часть магния с мочой.

Взаимодействие с другими

Для организма важен баланс между кальцием и магнием, потому что именно эти минералы отвечают за нормальное состояние костной ткани и зубов. В аптечных витаминно-минеральных комплексах количество кальция и магния содержится в оптимальных количествах.

Натрий, магний и фосфор регулируют процессы в нервной системе и отвечают за мышечную активность. Обменные процессы магния в организме происходят с помощью витаминов В6, D, Е и калия.

Признаки нехватки магния

Нехватку магния в организме могут вызвать болезни почек, расстройство желудка, приём мочегонных средств и некоторых контрацептивов, чрезмерное увлечение алкоголем и кофеином. Признаками нехватки магния считают бессонницу, раздражительность, головокружения, нарушения сердцебиения и скачки кровяного давления, частые головные боли, чувство усталости, мерцающие точки перед глазами, судороги, мышечные спазмы, выпадение волос.

Признаки избытка магния

Признаками избытка магния считают:

понос, тошноту, рвоту
сонливость, замедление пульса
нарушения координации, речи
высыхание слизистых (во рту и носу).

Полезные свойства магния и его влияние на организм

Магний важен для эффективного функционирования нервов и мышц, важен для превращения сахара крови в энергию. Магний поддерживает здоровое состояние зубов, помогает предупредить отложения кальция, камни в почках и желчном пузыре, приносит облегчение при несварении. Организм человека содержит приблизительно 21 г магния.

Магний нормализует деятельность сердечно-сосудистой и эндокринной систем организма, функции головного мозга, оказывает помощь при выведении токсинов и тяжёлых металлов.

Применение магния в жизни

Соединения магния (сплавы) используются в самолётостроении и автомобильном производстве из-за прочности и лёгкости магниевых сплавов. Магний применяется как химический источник тока, в медицине, военном деле, в фотографии.

Лёгкий, ковкий, серебристо-белый металл

Магний / Magnesium (Mg), 12

1,31 (шкала Полинга)

1105 по Цельсию

a=0,32029 нм, c=0,52000 нм Å

Ма́гний — элемент 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 (CAS-номер: 7439-95-4) — лёгкий, ковкий металл серебристо-белого цвета.

Содержание

История

Происхождение названия

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

Впервые был выделен в чистом виде сэром Гемфри Дэви в 1808 году дистилляцией ртути из магниевой амальгамы, которую он получил электролизом полужидкой смеси оксида магния и ртути.

Нахождение в природе

Кларк магния 19 кг/т. Это один из самых распространённых элементов земной коры. Большие количества магния находятся в морской воде. Главными видами нахождения магнезиального сырья являются:

₂

₄

₂

эпсомит — MgSO₄ • 7H₂O (Mg 16,3 %), — KCl • MgSO₄ • 3H₂O (Mg 9,8 %), — MgCO₃ (Mg 28,7 %), — CaCO₃·MgCO₃ (Mg 13,1 %), — Mg(OH)₂ (Mg 41,6 %).

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

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

Типы месторождений

Природные источники магния:

ископаемые минеральные отложения (магнезиальные и калийно-магнезиальные карбонаты: доломит, магнезит),
морская вода,
рассолы (рапа соляных озёр).

Большая часть мировой добычи магния сосредоточена в США (43 %), странах СНГ (26 %) и Норвегии (17 %), возрастает доля Китая [3] .

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:

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:

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.

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 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. Плотность магния при 20 °C — 1,737 г/см³, температура плавления металла t_пл = 651 °C, температура кипения t_кип = 1103 °C, теплопроводность при 20 °C — 156 Вт/(м·К).

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

Химические свойства

Смесь порошкового магния с перманганатом калия KMnO₄ — взрывчатое вещество

Раскаленный магний реагирует с водой:
Mg + Н₂О = MgO + H₂↑
Щелочи на магний не действуют, в кислотах он растворяется легко с выделением водорода:
Mg + 2HCl = MgCl₂ + H₂
При нагревании на воздухе магний сгорает с образованием оксида и небольшого количества нитрида. При этом выделяется большое количество теплоты и световой энергии:
2Mg + О₂ = 2MgO
3Mg + N₂ = Mg₃N₂
Магний может гореть даже в углекислом газе:
2Mg + CO₂ = 2MgO + C

Горящий магний нельзя тушить водой.

Применение

Применяется для восстановления металлического титана из тетрахлорида титана. Используется для получения лёгких и сверхлёгких сплавов (самолётостроение, производство автомобилей), а также для изготовления осветительных и зажигательных ракет.

Сплавы

Химические источники тока

Магний в виде чистого металла, а также его химические соединения (бромид, перхлорат) применяются для производства очень мощных 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 высоким разрядным напряжением.

Соединения

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

Огнеупорные материалы

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

Перхлорат магния, Mg(ClO₄)₂ — (ангидрон) применяется для глубокой осушки газов в лабораториях, и в качестве электролита для химических источников тока с участием 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 применяется в медицине в кардиологии, неврологии и гастроэнтерологии (аспаркам, сульфат магния, цитрат магния. Наиболее интересным природным ресурсом магния является минерал бишофит). Оказалось, что магниевые эффекты бишофита в первую очередь проявляются при транскутанном (через кожном) применении в лечении патологии опорно-двигательного аппарата. Бишофитотерапия использует биологические эффекты природного магния в лечении и реабилитации широкого круга заболеваний, в первую очередь — позвоночника и суставов, последствий травм, нервной и сердечно-сосудистой систем.

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, превосходя в теории ёмкость ионо-литиевых, однако, пока эта технологи находится на стадии лабораторных исследований в силу непреодолённости некоторых технических препятствий. [4]

Биологическая роль и токсикология

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 морская среда первобытной земли была преимущественно хлоридно-магниевая, в отличие от нынешней — хлоридно-натриевой.

Магний — часть солевого баланса живых организмов: недостаток магния ухудшает усвоение других микроэлементов, избыток — их вымывание (замещение) [5] [неавторитетный источник?] . Магний является кофактором многих ферментативных реакций. Магний необходим для превращения креатина фосфата в АТФ — нуклеотид, являющийся универсальным поставщиком энергии в живых клетках организма. Магний необходим на всех этапах синтеза белка.

Дефицит магния 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.

К пище, богатой магнием, относятся: кунжут, отруби, орехи. 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. По результатам последних исследований обнаружено, что цитрат магния является наиболее усваиваемым продуктом, содержащим магний [6] [7] .

Одним из наиболее биологически целесообразных источников магния при транскутанном (чрезкожном) всасывании является минерал бишофит, широко использующийся в целях медицинской реабилитации, физиотерапии и санаторно-курортного лечения. Преимуществом транскутанного применения является высокая биодоступность ионов магния, насыщающего локальные проблемные зоны минуя выделительную систему.

Читайте также: