МАГНИЙ — огненный металл

Тем, что название «магний» существует в мире химии, мы обязаны учебнику «Основания чистой химии» русского химика Гесса. Много русских химиков зубрили науку по этой книге — она была переиздана семь раз.

Пейте минералку

История открытия нашего героя начинается на английском курорте. Там скучающие химики решили исследовать, чем же их лечат. Из минеральной воды (горькой, но регулирующей пищеварение) выделили соль — горькую или английскую. Опыты продолжили, в результате почти одновременно Фарадей и Бюсси получили магний.

Этот металл серебристо-белого цвета можно добыть из почти любого булыжника под ногами, хотя для промышленного применения этот метод навряд ли пригоден.

Каков он, «вспыльчивый металл»

Наш герой — элемент второй группы периодической системы Менделеева. Латинское название Magnesium, атомный номер 12.

Магний теперь относится к щелочноземельным металлам. Однако раньше он таким не считался — его гидроксид не является щелочью, хотя раствор в присутствии фенолфталеина (индикатор) окрашивается в слабо-розовый цвет. Полноценные щелочи с фенолфталеином окрашиваются в густой малиновый цвет.

У чистого магния плотноупакованная гексагональная кристаллическая структура.

Строение атома указывает на принадлежность к металлам. Электронная формула элемента — 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2. То есть, на внешнем энергетическом уровне у магния болтается пара электронов, в любой момент готовая «свалить налево» — вступить в реакцию с другим элементом. Кое-кто еще помнит, что свойство металлов на внешнем уровне иметь от 1 до 3 электронов.

И чем же наш герой не металл?

Некоторые характеристики магния:

Химия магниевых реакций

Вспомним школьные годы. Немного химии во время карантина не повредит.

Итак, химические свойства нашего героя:

• К щелочам огненный металл равнодушен (сами такие, к щелочноземельным металлам относимся). В реакции со щелочами не вступает.
• Зато во взаимодействие с кислотами вступает охотно, даже бурно, с выделением водорода.
• На воздухе магний реагирует с кислородом воздуха, покрывается оксидной пленкой. Эта «одежка» защищает металл от дальнейшего окисления. Но влажная атмосфера разрушает нашего «горячего» героя. Потому его и не хранят во влажных помещениях.

Как он горит!

Немного найдется металлов, горящих на воздухе, и наш герой — один из них. Подожгите магниевую стружку, и вспыхнет яркий, жгучий огонь. Еще бы не жгучий, его температура более 3000 градусов. Только не зажигайте магний на песке. Металл прореагирует с диоксидом кремния в песке, и будет гореть веселее. Потому затушить «магниевый» пожар песочком не получится.

Порошок магния

Горящий магний можно использовать как факел в темноте. Пара грамм магния — и даже в самую черную ночь все будет видно в радиусе 5-7 метров.

Подожгите металл в луже, и увидите мощную вспышку. Здесь образуется гидроксид магния (Mg(OH)2) и водород, который многократно усилит мощность огня.

Кстати, головная боль пожарных — магний нельзя тушить водой. От этого огонь разгорится еще больше. Углекислотный огнетушитель тоже не вариант, ведь наш необыкновенный герой в присутствии углекислого газа хорошо горит, образуя уголь и оксид магния:

2Мg + CO2 = C + 2MgO

Минералы, месторождения

Наш герой настолько активен в химическом отношении (просто-таки «неразборчив в связях»), что его нахождение в природе в чистом виде практически невозможно.

Природные источники магния — минералы:

• брусит;
• кизерит;
• доломит;
• магнезит;
• бишофит;
• эпсомит;
• карналлит.

Даже из морской воды можно добывать огненный металл. Самосадочные озера (вода в них называется рапой), содержат большое количество минеральных солей, в том числе магния.

Крупнейшая российская группа месторождений — Саткинское — (разведано 14 штук) находится в Челябинской области, рядом с городом Сатка. Тут сосредоточены магнезиальные руды высокой чистоты.

Получение чистого металла

Промышленное получение металла возможно двумя способами:

1. Электролитическим.
2. Термическим.

В первом способе необходимы обезвоженные хлориды магния, натрия, калия. Их смешивают в электролитической ванне, в расплаве происходит восстановления магния.

Чистый металл сливают, добавляя в ванну сырье. В черновом металле содержится до 2% примесей. При необходимости еще не остывший магний рафинируют, доводя чистоту почти до идеальной — 99,999%.

Во втором способе в качестве сырья предпочтительно использовать доломит с добавлением кокса. Возможно использование морской воды. Смесь разогревают до 2100 градусов, пары магния отгоняются и конденсируются.

Польза и вред добавок

Чистый магний ковкий, легкий металл. Только есть у металла свойство — подверженность коррозии. Потому чистый металл используют редко, в отличие от его сплавов. Для сплавов магния очень важны добавки алюминия, циркония, цинка.

Алюминий делает сплав прочнее и удобнее для литейных работ.

Количество лигатуры важно для качеств сплава:

• 3% алюминия придадут наибольшую пластичность;
• 6% лигатуры — даст лучшие прочность и пластичность;
• 9% алюминия подарит сплаву максимальную прочность.

Свойства цинка в сплавах подобны алюминиевым:

• 3% добавка максимально увеличивает пластичность;
• 5% цинка даст гармоничное сочетание пластичности и прочности сплава;

Если в сплаве есть вредные примеси (никель, железо), то лигатура цинка повысит коррозионную стойкость.

Кремний повысит способность к литью, но в присутствии железа уменьшит устойчивость к ржавчине.

Никель и железо примеси вредные, они делают сплав подверженным ржавчине.

Сплавы магния делят на деформируемые (МА) и литейные (МЛ); последние применяются значительно чаще. В сплав МЦИ добавляют медь, железо, цинк, никель. Эта смесь металлов хороша при вибронагрузках.

Магний в нашей жизни

Металл и его сплавы нашли широкое применение в разных сферах жизни.

• Способность металла давать яркий огонь использовали на заре фотографии.
• Легкость металла открыла ему путь в авиацию. Наши ноутбуки, многие фотокамеры содержат магниевые детали — не таскать же тяжелый прибор, если можно сделать легкий.
• В химических источниках тока энергия химических реакций напрямую превращается в электрическую. Чистый металл и его соединения в электрических батареях сообщают им высокие ЭДС и отменные энергетические характеристики.

Металлический магний

Анодом в таких батареях служит магний. В качестве катода применяют:

• марганец;
• висмут;
• серу;
• хлористое серебро;
• хлористый свинец в смеси с графитом;
• диоксид марганца с графитом.

Огнеупорные материалы необходимы для футеровки металлургических печей, тиглей.

Дешевым и качественным сырьем для этого могут быть минералы магния:

• бишофит;
• магнезит;
• доломит.

В военном деле магний «освещает темные места». А проще, из него делают светозвуковые и светошумовые боеприпасы (патроны, гранаты, снаряды). До конца не убьет, но оглушит и дезориентирует.

Применяют в антитеррористических операциях, при освобождении заложников, разгоне противозаконных сборищ (при массовых беспорядках).

Зажигательные бомбы, трассирующие пули, ракеты сигнальные и осветительные — везде используется яркое горение металла.

Препараты магния необходимы в медицине. Недостаток макроэлемента губителен для сердечно-сосудистой системы. Ишемическая болезнь, артериальная гипертония, аритмии — каждая из этих болезней усугубляется дефицитом магния.

Недостаток нескольких граммов металла плохо отражается на наших нервах (депрессии, мигрени, головокружения, тревога, раздражительность).

Специалисты фирмы Тойота разработали аккумуляторную батарею (на основе серно-магниевых элементов). Показатели у аккумулятора завидные. Загвоздка в том, что в батарее происходит саморазряд (катод электрохимически восстанавливается, образуются полисульфидные анионы, переходящие в раствор). Пока эта проблема не будет решена, серно-магниевые аккумуляторы специалистам только снятся.

Магний металлический обладает сильными восстановительными свойствами. Его используют для получения бериллия, ванадия, хрома. Металл используют как лигатуру в сталях и чугуне.

Все шире применяют магнийорганические соединения в химическом синтезе галогенопроизводных, спиртов, углеводородов.

Где еще применяют соединения магния

Бесцветные кристаллы фторида магния используют в специальной оптике (вещество прозрачно в диапазонах от ультрафиолетового до инфракрасного.

Стеарат магния — пищевая добавка Е470. Используют в косметической, пищевой промышленности, в фармации.

Магниевые сплавы применяют в изготовлении отбойных молотков, в атомной и нефтяной промышленности.

Стоимость огненного металла

Цена первичного магния (МГ90):

• 3980 USD;
• 199000 (рублей).

Лом металла и магнийсодержащих элементов будет стоить от 35 до 50 рублей за килограмм.