Преобладающий промышленный способ получения магния - электролиз расплава смеси MgCl 2

MgCl 2 Mg 2+ 2Cl -

Mg 2+ +2e Mg 0 2Cl - -2e Cl 2 0

2MgCl 2 2Mg+ 2Cl 2

расплава

в безводных MgCl 2 , KCl, NaCl. Для получения расплава исполь­зуют обезвоженный карналлит или бимофит, а также MgCl 2 , полученный хлорированием MgO или как отход при производстве Ti.

Температура электролиза 700-720 о С, аноды графитовые, катоды стальные. Со­держание MgCl 2 в расплаве 5-8 %, при снижении концентрации до 4 % уменьшается выход магния по току, при повышении концентрации MgCl 2 вы­ше 8 % увеличивается расход электроэнергии. Для обеспечения оптимально­го содержания MgCl 2 периодически отбирают часть отработанного электро­лита и добавляют свежий карналлит или MgCl 2 . Жидкий магний всплывает на поверхность электролита, откуда его отбирают вакуумным ковшом. Изв­лекаемый магниевый сырец содержит 0,1% примесей. Для очистки от неме­таллических примесей магний переплавляют с флюсами - хлоридами или фторидами K,Ba,Na,Mg. Глубокую очистку осуществляют перегонкой в вакуу­ме, зонной плавкой, электролитическим рафинированием. В результате по­лучают магний чистотой 99,999 %.

Кроме магния при электролизе получают также Cl 2 . В термических спосо­бах получения магния сырьем служит магнезит или доломит, из которых прокаливанием получают MgO.2Mg+O 2 =2MgO . В реторных или вращающих печах с графитовыми или угольными нагревателями оксид восстанавливают до металла кремнием (силиконотермический способ) или CaC 2 (карбидотермический способ) при 1280-1300 о С, либо углеродом (карботермический способ) при темпратуре выше 2100 о С. В карботермическом способе (MgO+C Mg+CO) образующуяся смесь CO и паров магния быстро охлаждают при выходе из печи инертным газом для предотвращения обратной реакции с магнием.

Свойства магния.

Физические свойства магния.

Магний - серебристо-белый блестящий металл, сравнительно мягкий и пластичный, хороший проводник тепла и электричества. Почти в 5 раз легче меди, в 4,5 раза легче железа; даже алюминий в 1,5 раза тяжелее магния. Плавится магний при темпратуре 651 о С, но в обычных усло­виях расплавить его довольно трудно: нагретый на воздухе до 550 о С он вспыхивает и мгновенно сгорает ослепительно ярким пламенем. По­лоску магниевой фольги легко поджечь обыкновенной спичкой, а в атмос­фере хлора магний самовозгорается даже при комнатной температуре. При горении магния выделяется большое количество ультрафиолетовых лучей и тепла - чтобы нагреть стакан ледяной воды до кипения, нужно сжечь все­го 4 г магния.

Магний расположен в главной подгрупп второй группы периодической сис­темы элементов Д.И. Менделеева. Порядковый номер его - 12, атомный вес - 24,312. Электронная конфигурация атома магния в невозбужденном сос­тоянии 1S 2 2S 2 P 6 3S 2 ; валентными являются электроны наружного слоя, в соответствии с этим магний проявляет валентность II. В тесной связи со строением электронных оболочек атома магния находится его реакционная способность. Из-за наличия на внешней оболочке только двух электронов атом магния склонен легко отдавать их для получения устойчивой восьми­электронной конфигурации; поэтому магний в химическом отношении очень активен.

На воздухе магний окисляется, но образующаяся при этом окисная пленка предохраняет металл от дальнейшего окисления. Нормальный электронный потенциал магния в кислой среде равен -2,37в, в щелочной - 2,69в. В разбавленных кислотах магний растворяется уже на холоде. Во фтористо­водородной кислоте нерастворим вследствие образования пленки из труд­норастворимого в воде фторида MgF 2 ; в концентрированной серной кислоте почти нерастворим. Магний легко растворяется при действии растворов солей аммония. Растворы щелочей на него не действуют. Магний поступает в лаборатории в виде порошка или лент. Если поджечь магниевю ленту, то она быстро сгорает с ослепительной вспышкой, развивая высокую темпера­туру. Магниевые вспышки применяют в фотографии, в изготовлении освети­тельных ракет. Температура кипения магния 1107 о С, плотность = 1,74 г/см 3 , радиус атома 1,60 НМ.

Химические свойства магния.

Химические свойства магния довольно своеобразны. Он легко отнимает кислород и хлор у большинства элементов, не боится едких щелочей, со­ды, керосина, бензина и минеральных масел. 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. Особенно интенсивно идет реакция с водяным паром, нагретым выше 380 о С:

Mg 0 (тв)+H 2 + O(газ) Mg +2 O(тв)+H 2 0 (газ).

Поскольку продуктом этой реакции является водород ясно, что тушение горящего магния водой недопустимо: может произойти образование гремучей смеси водорода с кислородом и взрыв. Нельзя потушить горящий магний и углекислым газом: магний восстанавливает его до свободного углерода

2Mg 0 + C +4 O 2 2Mg +2 O+C 0 ,

Прекратить к горящему магнию доступ кислорода можно засыпав его пес­ком, хотя и с оксидом кремния (IV) магний взаимодействует, но со зна­чительно меньшим выделением теплоты:

2Mg 0 + Si +4 O 2 =2Mg +2 O+Si 0

этим и определяется возможность использования песка для тушения крем­ния. Опасность возгорания магния при интенсивном нагреве одна из при­чин, по которым его использование как технического материала ограниче­на.

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 HNO 3). Устойчивость магния к растворе­нию во фтороводородной кислоте объясняется просто: поверхность магния покрывается нерастворимой во фтороводородной кислоте пленкой фторида магния MgF 2 . Устойчивость магния к достаточно концентрированной серной кислоте и смеси ее с азотной кислотой объяснить сложнее, хотя и в этом случае причина кроется в пассивации поверхности магния. С растворами щелочей и гидроксида аммония магний практически не взаимодействует. А вот с растворами аммонийных солей реакция хотя и медленно, но происхо­дит:

2NH + 4 +Mg=Mg 2+ + 2NH 3 + H 2

Удивительного в этой реакции нет. Эта реакция та же по существу, что и реакция вытеснения металлами водорода из кислот. В одном из определе­ний кислотой называют вещество, диссоциирующее с образованием ионов водорода. Именно так может диссоциировать и ион NH4:

NH 4 + NH 3 +H +

Mg 0 + 2HCl=Mg +2 Cl 2 +H 0 2

2H + +Mg Mg 2+ + H 0 2

При нагревании магния в атмосфере галогенов происходит воспламенение и образование галоидных солей.

Причина воспламенения - очень большое тепловыделение, как и в случае реакции магния с кислородом. Так при образовании 1 моль хлорида магния из магния и хлора выделяется 642 КДж. При нагревании магний соединяется с серой (MgS), и с азотом (Mg 3 N 2). При повышенном давлении и нагревании с водородом магний обра­зует гидрид магния

Mg 0 + H 2 0 Mg +2 H 2 - .

Большое сродство магния к хлору позволило создать новое металлургичес­кое производство - "магниетермию" - получение металлов в результате реакции

MeCln+0,5nMg=Me+0,5nMgCl 2

этим методом получают металлы, играющие очень важную роль в современ­ной технике - цирконий, хром, торий, бериллий. Легкий и прочный "ме­талл космической эры" - титан практически весь получают таким способом.

Сущность производства сводится к следующему: при получении металли­ческого магния электролизом расплава хлорида магния в качестве побоч­ного продукта образуется хлор. Этот хлор используют для получения хло­рида титана (IV) TiCl 4 , который магнием восстанавливается до металли­ческого титана

Ti +4 Cl 4 + 2Mg 0 Ti 0 +2Mg +2 Cl 2

Образовавшийся хлорид магния вновь используется для производства маг­ния и т.д. На основе этих реакций работают титаномагниевые комбинаты. Попутно с титаном и магнием получают при этом и другие продукты, та­кие, как бертолетову соль KClO 3 , хлор, бром и изделия - фибролитовые и ксилитовые плиты, о которых будет сказано ниже. В таком комплексном производстве степень использования сырья, рентабельность производства высока, а масса отходов не велика, что особенно важно для охраны окру­жающей среды от загрязнений.

История магния

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.

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

По количеству содержания в земной коре магний занимает 8-е место среди минеральных веществ, он очень распространён. Природными источниками магния являются морская вода, ископаемые минеральные отложения и рассолы.

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.

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

• крупы ( и )
• молочные продукты, рыба,

Усвояемость магния

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

Взаимодействие с другими

Для организма важен баланс между 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.

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).

Магний важен для эффективного функционирования нервов и мышц, важен для превращения сахара крови в энергию. Магний поддерживает здоровое состояние зубов, помогает предупредить отложения , 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.

Магний не зря называют природным успокоительным: он расслабляет мышцы, способствует снижению давления и оказывает небольшое седативное воздействие на нервную систему . Он является незаменимым участником многих биологических процессов и «работает» вместе с другими важными макро- и микроэлементами.

Содержание магния в продуктах (на 100г):

Орехи кешью 270 мг
Гречка 260 мг
Морская капуста 170 мг
Овсянка 130 мг
Горошек 100 мг
Фасоль 100 мг

Что собой представляет магний?

Магний входит в состав минералов и живых организмов - растений и животных. Организм человека накапливает порядка 25 г этого металла, который содержится в органах и тканях в виде различных химических соединений.

Большая часть магния сосредоточена в костях, но элемент встречается и в большинстве других тканей.

Продукты питания, богатые магнием

Наиболее богатыми и полноценными источниками магния служат зеленые овощи.

Достаточно много магния содержится в водопроводной воде.

В плодах максимальным содержанием этого минерала отличается кожура.

Суточная потребность в магнии

В сутки человеку требуется дозировка магния до 0,5 грамма.

Увеличение потребности в магнии

Дополнительное применение магния требуется при высоких нервных нагрузках, при повышенном артериальном давлении , а также при интенсивных процессах роста и развития у детей и подростков.

Потребность в минерале также возрастает у спортсменов, людей, которые переносят тяжелые физические нагрузки, у беременных и кормящих женщин.

Усвоение магния из пищи

Магний хорошо усваивается из растительной и животной пищи. При повышенном поступлении кальция , натрия и фосфора усвояемость магния падает.

Чрезмерное увлечение продуктами и напитками, содержащими кофеин (кофе , крепкий чай, шоколад , энергетики) также снижает всасывание магния. Наконец, на этот процесс негативно влияет прием спиртных напитков.

Небольшие количества магния всегда выводятся из организма, не всасываясь, так как связываются пищевыми волокнами растительных продуктов. В целом волокна очень полезны, так что искусственно сокращать их содержание в рационе не стоит, однако постоянно потреблять отруби и клетчатку в больших дозах нежелательно.

Из некоторых продуктов, таких как орехи и отруби, магний усваивается плохо, несмотря на то, что в них присутствует много этого минерала. Они содержат так называемый фитин - вещество, препятствующее всасыванию микроэлементов.

Употребление фруктов и овощей со шкуркой - хороший способ повысить поступление магния в организм.

Биологическая роль магния

Функции магния:

Нужен для здоровья костей, способствует укреплению скелета наряду с фосфором и кальцием
. Принимает участие в обмене глюкозы, выделении и запасании энергии
. Магний в составе ферментов (а он необходим для образования порядка 300 разных ферментов) участвует во многих видах обмена веществ.
. Влияет на метаболизм жиров, при нормальном содержании магния в организме легче поддерживать оптимальную массу тела
. Повышает моторную активность кишечника, препятствует развитию запоров
. Улучшает образование и выделение желчи, что положительно сказывается на качестве пищеварения
. Способствует уменьшению жиров в питании, так как улучшает связывание и выведение холестерина
. Благотворно воздействует на передачу нервных импульсов
. Является частью процесса обмена аминокислот, образования белков
. Позитивно влияет на здоровье сердечно-сосудистой системы, поддерживает нормальный уровень артериального давления, улучшает метаболизм в сердечной мышце
. Отвечает за работу мышц, участвует в их расслаблении
. Оказывает спазмолитическое действие
. Регулирует работу почек, препятствует мочекаменной болезни
. Проявляет успокаивающее действие, способствует улучшению сна
. Улучшает устойчивость к стрессам , перегрузкам, снижает утомляемость
. Повышает позитивные эффекты, оказываемые на организм натрием, калием , витаминами D , В6 , .

Признаки нехватки магния

При недостаточных дозировках магния в составе пищи могут возникать симптомы его дефицита: усталость, ухудшение сна, нервозность, снижение стрессоустойчивости, повышение артериального давления, судороги, спазмы, выпадение волос, боли в мышцах, запоры, нарушения сердечного ритма.

Признаки избытка магния

Избыток минерала встречается редко, главным образом наблюдается при чрезмерно интенсивном применении магния в составе БАДов . Симптомы избытка магния: снижение выделения слюны, тошнота, диарея, сонливость, расстройства равновесия.

Если у Вас есть необходимость по медицинским показаниям в высоких дозах принимать магний, стоит параллельно вести прием препаратов кальция. Это «уравновесит» содержание элементов в организме и позволит избежать передозировки магния.

Факторы, влияющие на содержание в продуктах магния

Кулинарная обработка приводит к уменьшению содержания магния в пище. За рубежом магнием дополнительно обогащают питьевую воду.

История открытия магния начинается в 1695 году, когда в Англии из воды Эпсомского минерального источника была получена особая соль, обладавшая слабительным эффектом и горьким вкусом. Полученное вещество было названо магнезией.

В 1792 году австрийский ученый Антон фон-Рупрехт провел химическую реакцию восстановления углем из магнезии. Полученный металл бал назван австрием, и представлял собой магний, сильно загрязненный железом.

В 1808 году английский ученый Гемфри Дэви провел химическую реакцию электролиза смеси оксида ртути и магнезии, в результате чего получил амальгаму нового неизвестного металла - магния. Чистый магний был получен в 1829 году ученым из Франции Антуаном Бюсси в процессе химической реакции восстановления калием его хлорида.

Применение и свойства магния

Магний - распространенный элемент земной коры и морской воды. Соли магния повсеместно встречаются в солевых отложениях самосадочных озер. Кроме того природными источниками магния являются ископаемые минеральные отложения (карбонаты, магнезиты и доломиты). Рекордную долю в добыче магния имеет США (около 45%), страны СНГ (до 26%) и Норвегия (около 17%).

Магний представляет собой легкий и ковкий металл серебристого оттенка, обладающий характерным металлическим блеском. Вещество занимает главную подгруппу второй группы, третьего периода системы химических элементов Менделеева. Его поверхность покрыта защитной пленкой оксида, разрушающейся при температуре свыше 600°C.

Магний широко применяется в автомобильном и авиа производстве, в электротехнике и медицине. Основная область применения магния - в качестве конструкционного металла. Сплавы магния очень легкие, хорошо прессуются, отлично поддаются прокатыванию и резанию.

Влияние магния на организм человека

• Магний необходим для сжигания органических веществ в клетках (для выделения энергии).
• Поддерживает нормальный сердечный ритм, предупреждает спазмы артерий.
• Участвует в процессе образования инсулина.
• Ускоряет восстановление после спортивных травм.
• Нормализует артериальное давление.
• Предотвращает образование камней и отложение кальция в почках и желчном пузыре.
• Способствует выведению из организма тяжелых металлов и токсинов.

Магний в продуктах питания

Необходимую дозу магния человек получает с пищей. Содержание вещества наиболее высокое в продуктах растительного происхождения:

• бобовые культуры;
• брокколи, морковь, свекла;
• бананы, персики;
• финики;
• шлифованный рис, кукуруза, овсяные хлопья, пшеничные отруби, гречка;
• арахис, миндаль, грецкий орех, кешью, семечки;
• хлеб;
• порошок какао.

Усвояемость магния в организме составляет 30-40%. На процесс усвоения положительно влияют витамины B6, С и D, а также молочная и лимонная органические кислоты.

Нехватка магния в организме проявляется нарушениями подвижности суставов, судорогами, бессонницей, общей слабостью и нервозностью, тахикардией. Дефицит магния могут спровоцировать чрезмерное употребление кофе и алкоголя, заболевания почек и желудка, прием мочегонных и противозачаточных средств.

Польза магния для организма связана с присутствием многих других веществ. Для обеспечения нормальной работы нервной системы, помимо магния требуется фосфор и натрий. Совместно с витаминов D и кальцием, магний способствует укреплению костей и зубов, при этом без магния успешное усвоение кальция невозможно.

Касса