Реферат: Характеристика магния

Содержание

• 1. Характеристика магния по положению в периодической таблице
• 2. Физические свойства магния
• 3. Химические свойства магния
• 4. История открытия элемента
• 5. Область применения магния
• 6. Нахождение магния в природе
• Список использованной литературы

1. Характеристика магния по положению в периодической таблице

Химический элемент магний-- двенадцатый по счету в таблице Менделеева. Он относится к второй группе, главной подгруппе и третьему периоду. Он входит в совокупность щелочноземельных металлов. На внешнем энергетическом уровне щелочноземельных металлов находится два валентных электрона. Электронная конфигурация внешнего энергетического уровня щелочноземельных металлов - ns². В своих соединениях они проявляют единственную степень окисления равную +2. Молекулы атомов в 2 группе, главной подгруппе одноатомные. С увеличением заряда ядра от бериллия до радия неметаллические свойства уменьшаются, а металлические усиливаются. Молекулы атомов простых веществ в периоде: натрий, магний, алюминий, кремний - одноатомные; фосфора четырехтомные P?, серы многоатомные (S)n, хлора двухатомные CI?.

От натрия к хлору меняются свойства веществ: натрий, магний - металлы, алюминий -амфотерный металл, кремний полуметалл, фосфор, сера, хлор - неметаллы. Также слева направо в периоде меняются окислительно-восстановительные свойства. Натрий, магний, алюминий - восстановители. Кремний, фосфор, сера, хлор - могут быть как восстановителями, таки окислителями. Формула высшего оксида: MgO - основной оксид. Формула гидроксида: Mg(OH)?- основание, не растворимое в воде. Летучего соединения с водородом не образует, а соединение магния с водородом - это гидрид магния MgH? -Представляет собой твёрдое белое нелетучее вещество. Мало растворим в воде. Взаимодействует с водой и спиртами.

MgH?+ 2H?O = 2H?+ Mg(OH)?.

Распадается на элементы при сильном нагревании.

2. 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 температуре 651 оС, но в обычных условиях расплавить его довольно трудно: нагретый на воздухе до 550 оС 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 подгруппе второй группы периодической системы элементов Д.И. Менделеева. Электронная конфигурация атома магния в невозбужденном состоянии 1S22S2P63S2; 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 восьми-электронной 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 фтористо-водородной кислоте нерастворим вследствие образования пленки из труднорастворимого в воде фторида MgF2; 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 магниевую ленту, то она быстро сгорает с ослепительной вспышкой, развивая высокую температуру. Магниевые вспышки применяют в фотографии, в изготовлении осветительных ракет. Температура кипения магния 1107 оС, плотность = 1,74 г/см3, радиус атома 1,60 НМ.

3. 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^оС:

_-2e Mg⁰(тв)+H₂⁺O(газ) Mg⁺²O(тв)+H₂⁰(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

_-4е 2Mg⁰+ C⁺⁴O₂2Mg⁺²O+C⁰,

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

_-4е 2Mg⁰+ Si⁺⁴O₂=2Mg⁺²O+Si⁰

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 HNO₃). Устойчивость магния к растворению во фтороводородной кислоте объясняется просто: поверхность магния покрывается нерастворимой во фтороводородной кислоте пленкой фторида магния MgF₂. 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=Mg²⁺+ 2NH₃+ H₂

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:

NH₄⁺NH₃+H⁺

Реакция же

_-2e Mg⁰+ 2HCl=Mg⁺²Cl₂+H⁰₂

2H⁺+Mg Mg²⁺+ H⁰₂

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

_-2e Mg + Cl₂⁰Mg⁺²+Cl₂^-

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 (Mg₃N₂). При повышенном давлении и нагревании с водородом магний образует гидрид магния

_-2e Mg⁰+ H₂⁰Mg⁺²H₂^-.

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

MeCln+0,5nMg=Me+0,5nMgCl₂

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) TiCl₄, который магнием восстанавливается до металлического титана

_-4e Ti⁺⁴Cl₄+ 2Mg⁰Ti⁰+2Mg⁺²Cl₂

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 KClO₃, 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.

4. История открытия элемента

В конце XVII в. Н. Грю открыл сернокислый магний (горькую соль) в воде эпсомских минеральных источников (Англия). Почти сразу же сульфат магния стал употребляться как лечебное средство и назывался тогда salanglicum или эпсомской солью. Окись магния известна с начала XVIII в. под названием «горькой земли».

В свободном состоянии магний впервые получен в 1808 г. Гемфри Дэви электролизом увлажненной гидроокиси. Для этого он изготовил из соответствующей смеси небольшой сосуд и ставил его на кусок листовой платины, соединенной с положительным полюсом батареи. В сосуд наливалась ртуть, которая соединялась с помощью погруженной в нее проволоки с отрицательным полюсом батареи. Магний выделялся на катоде и образовывал с ртутью амальгаму. Перегоняя последнюю при нагревании, Дэви получал не особенно чистый металлический магний. В 1829 г. А. Бюсси получил металл в чистом виде.

В царской России магний не производился совершенно, хотя первые удачные опыты по выделению металлического магния из расплавленного карналлита были осуществлены зимой 1914--1915 гг. в Петербургском политехническом институте студентом-дипломником Н.Н. Ворониным под руководством профессора П.П. Федотьева. Об этом первом исследовании получения магния в России, проведенном в условиях, близких к промышленным, П.П. Федотьев писал: «Опыты в нашей лаборатории намечены были в довольно большом масштабе с целью приблизиться по возможности к условиям заводского получения магния».

Название элемента происходит от латинского слова magnesia (Магнезия -- местность в Фессалии). Окись магния различными авторами называлась по-разному. Севергин (1801) называет ее «мыловкой», А.М. Шерер (1807) -«талком», «талковой» или «горькой землей», а Захаров (1810)-«горькоземом». Металлический магний впервые описан Ф. Гизе (1813) под названием «магнезии». Н.П. Щеглов (1830) этот металл называл «горькоземий» и лишь в 1831 г. Г.И. Гесс предложил современное название - «магний».

По-настоящему проблема магния была решена только в условиях бывшего Советского Союза. П.П. Федотьев, указывая на полную возможность организации производства магния в Советском Союзе, в «Химико-технологических очерках» писал: «В наших условиях естественно прибегнуть к хлористому магнию, добываемому на крымских озерах. Впоследствии могут быть применены соли Соликамского района. Установление магниевого производства не связано ни в какой мере с импортом сырья или аппаратуры и могло бы быть организовано внутренними средствами».

В марте 1931 г. был пущен опытный завод в Ленинграде, а 14 марта 1936 г. был получен первый металлический магний из карналлитов.

5. Область применения магния

Большое значение в органической химии имеют магнийорганические соединения, содержащие связь Mg--C. Особенно важную роль среди них играет так называемый реактив Гриньяра -- соединения магния общей формулы RMgHal, где R -- органический радикал, а Hal = Cl, Br или I. Эти соединения образуются в эфирных растворах при взаимодействии магния и соответствующего органического галоида RHal и используются для самых разнообразных синтезов.

Применение магния в авиации

Магний чрезвычайно легок, и это свойство могло бы сделать его прекрасным конструкционным материалом, но, увы - чистый магний мягок и непрочен. Поэтому конструкторы используют магний в виде сплавов его с другими металлами. Особенно широко применяются сплавы магния с алюминием, цинком и марганцем. Каждый из компонентов вносит свой «пай» в общие свойства: алюминий и цинк увеличивают прочность сплава, марганец повышает его антикоррозионную стойкость. Ну, а магний? Магний придает сплаву легкость - детали из магниевого сплава на 20...30% легче алюминиевых и на 50...75% - чугунных и стальных. Есть немало элементов, которые улучшают магниевые сплавы, повышают их жаростойкость и пластичность, делают устойчивее к окислению. Это литий, бериллий, кальций, церий, кадмий, титан и другие.

Но есть, к сожалению, и «враги» - железо, кремний, никель; они ухудшают механические свойства сплавов, уменьшают их сопротивляемость коррозии.

Магниевые сплавы находят широкое применение. Авиация и реактивная техника, ядерные реакторы, детали моторов, баки для бензина и масла, приборы, корпуса вагонов, автобусов, легковых автомобилей, колеса, масляные насосы, отбойные молотки, пневмобуры, фото и киноаппараты, бинокли - вот далеко не полный перечень областей применения магниевых сплавов.

Применение магния в металлургии