Магний и его сплавы

Оглавление 

Введение…………………………………………………………………………2

Физические  и химические свойства……………………………………………3

Соединения  магния………………………………………………………………4

История магния…………………………………………………………………..6

Не конструкционное применение магния……………………………………...7

Конструкционное применение магния………………………………………….9

Биологическая роль магния…………………………………………………….11

 Магний как лекарственное средство………………………………………….12

 Использованная литература……………………………………………..…….13 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Введение

        Магний –  один  из  самых  распространенных  в  земной  коре  элементов,  он

занимает VI место после кислорода, кремния, алюминия, железа  и  кальция.  В

литосфере (по А.П.Виноградову) содержание магния составляет 2,1%. В  природе

магний  встречается только в виде  соединений.  Он  входит  в  состав  многих

минералов: карбонатов, силикатов и др. К  числу важнейших из таких  минералов

относятся, в частности, углекислые карбонатные  породы,  образующие  огромные

массивы на суше и даже целые  горные  хребты  –  магнезит  MgCO3  и  доломит

MgCO3(CaCO3. Под  слоями  различных  наносных  пород  совместно  с  залежами

каменной  соли  известны  колоссальные  залежи  и  другого  легкорастворимого

магнийсодержащего  минерала  –  карналлита  MgCl2(KCl(6H2O  (в   Соликамске,

например, пласты карналлита достигают мощности до 100  м).  Кроме  того,  во

многих  минералах магний  тесно  связан  с  кремнеземом,  образуя,  например,

оливин [(Mg, Fe)2SiO4] и  реже  встречающийся  форстерит  (Mg2SiO4).  Другие

магнийсодержащие  минералы –  это  бруцит  Mg(OH)2,  кизерит MgSO4,  эпсонит

MgSO4(7H2O,  каинит  MgSO4(KCl(3H2O.  На  поверхности   Земли  магний   легко

образует  водные силикаты (тальк,  асбест  и  др.),  примером  которых  может

служить серпентин 3MgO(2SiO2(2H2O. Из известных науке 1500  минералов  около

200 (более  13%) содержат магний. Однако природные  соединения  магния  широко

встречаются и в  растворенном  виде.  Кроме  различных  минералов  и  горных

пород, 0,13% магния в виде MgCl2 постоянно содержатся в  водах  океана  (его

запасы  здесь  неисчерпаемы  –  около  6(1016  т)  и  в  соленых  озерах   и

источниках.  В  растительных  и  животных  организмах  магний  содержится  в

количествах порядка сотых долей процента, а в состав  хлорофилла  входит  до

2% Mg. Общее  содержание этого элемента в  живом  веществе  Земли  оценивается

величиной порядка 1011 тонн. При недостатке магния  приостанавливается  рост

и развитие растений. Накапливается он преимущественно  в  семенах.  Введение

магниевых  соединений  в  почву  заметно  повышает   урожайность   некоторых

культурных  растений (например, свеклы).

      Металлический магний был впервые  получен в 1828 г. А. Бюсси.  Основной

способ  получения магния – электролиз расплавленного  карналлита  или  MgCl2.

Металлический магний имеет  важное  значение  для  народного  хозяйства.  Он

используется  при  изготовлении  сверхлегких  сплавов  для   авиационной   и

ракетной  техники,  как  легирующий  компонент  в  алюминиевых  сплавах,  как

восстановитель  при магниетермическом получении  металлов (титана, циркония  и

т.п.), в  производстве  высокопрочного  “магниевого”  чугуна  со  включенным

графитом. Другие соединения магния –  окись,  карбонат,  сульфат  и  т.п.  –

совершенно  необходимы при изготовлении огнеупорных  материалов,  цементов  и

прочих  строительных материалов.

      Магний кристаллизуется в гексагональную  плотноупакованную решетку,  на

каждой  ячейке которой – по 6 атомов, из них  3  –  в  вершинах  и  в  центре

базисных  граней, а  3  –  в  центрах  трех  тригональных  призм.  Занятые  и

свободные призмы чередуются.

                      Физические и химические  свойства

      Магний – серебристо-белый   блестящий  металл,  сравнительно  мягкий  и

пластичный,  хороший  проводник  тепла  и  электричества.  На   воздухе   он

покрывается  тонкой  оксидной   пленкой,   придающей   ему   матовый   цвет.

Кристаллическая решетка магния относится к гексагональной системе.

      В природе магний встречается  в виде  трех  стабильных  изотопов:  24Mg

(78,60%), 25Mg (10,11%) и 26Mg (11,29%). Искусственно были  получены  изотопы

с массами 23, 27 и 28.

      В периодической  системе   элементов  магний  располагается   в  главной

подгруппе II  группы;  его  порядковый  номер  –  12,  атомный  вес  24,312.

Электронная конфигурация  невозбужденного  атома  –  1s22s2p63s2;  валентные

электроны наружного слоя определяют  валентность  +2  и  объясняет  типичный

характер  восстановительных реакций,  в  которые  вступает  магний.  Строение

внешних   электронных   оболочек   атома   Mg   (3s2)   соответствует    его

нульвалентному  состоянию.  Возбуждение  до  обычного  двухвалентного  (3s3p)

требует затраты 62 ккал/г-атом

      На внешнем электронном уровне  атома  содержатся  только  2  электрона,

которые   легко   отдаются   для   образования   стабильной    8-электронной

конфигурации,  в  результате  чего  образуются  двухвалентные   положительно

заряженные  ионы магния. Поэтому химически магний очень активен,  на  воздухе

окисляется, но образующаяся при этом на поверхности  окисная  пленка  отчасти

препятствует  дальнейшему окислению.

      Магний наряду с  бериллием,   кальцием,  стронцием,  барием  и  радием

относится  к  группе  щелочноземельных  металлов.  Все   они   имеют   бело-

серебристый цвет (исключение составляет барий  – он  светло-серый),  все  они

мягкие  и  легкие   (кроме   радия   –   он   тяжелый    и   радиоактивный).

Щелочноземельные  металлы плохо проводят электрический  ток;  почти  все  они

неустойчивы  на  воздухе,  активны,  легко   растворяются   в   разбавленных

кислотах,  при  нагревании  энергично  реагируют  с  кислородом,  водородом,

азотом, углеродом, галогенами, серой, фосфором и  др.;  они  используются  в

качестве   восстановителей   в   промышленном   многих   веществ.   Но   как

конструкционный материал из всей группы широко применяется  только магний.

  Пары магния  содержат  молекулы  Mg2,  энергия диссоциации   которых оценивается в 7 ккал/моль. Сжимаемость Mg мала, под давлением в 100 тыс. ат его объем уменьшается

до 0,85 исходного.

                              Соединения магния

      Поляризующая  способность  иона   Mg2+   невысока,   а   по   величине

коэффициента    поляризации,     который     количественно     характеризует

деформируемость иона, магний уступает большинству  металлов.

      Поэтому  комплексные  соединения  магния  малоустойчивы  и   образуются

обычно  только в щелочной среде.

      Ниже представлены теплоты образования  некоторых  соединений  магния  и

бериллия, рассчитанные в ккал на грамм-эквивалент металла: 

|                   |F    |Cl   |Br   |I    |O    |S    |N    |

|Mg                 |134  |77   |62   |43   |72   |42   |19   |

|Be                 |134  |77   |62   |43   |72   |42   |19   |

|Отношение  Mg/Be    |0,90 |0,73 |0,65 |0,47 |1,00 |0,47 |1,21 | 

      Из приведенных  данных  видно,  что  теплоты  образования   аналогичных

производных  бериллия  и  магния  близки  при  сравнительно  малых   объемах

металлоидных  атомов (F, O, N) и сильно расходятся при  больших  (Cl,  Br,  I,

S).  Так   как  сам  атом  магния  значительно  больше  атома   бериллия,  это

свидетельствует о значительной роли  объемных  соотношений  при  образовании

рассматриваемых соединений.

      Ядерные расстояния в кристаллах MgO (т. пл. 2850оС) равны 1,64 (, а   у

их  индивидуальных  молекул  (в  парах)  –   1,75   (.   Пары   MgO   сильно

диссоциированы  на элементы. MgO растворима в воде тем труднее,  чем  сильнее

она была предварительно прокалена. Такое  снижение  реакционной  способности

обусловлено в данном случае укрупнением кристаллов. При хранении на  воздухе

оксид магния постепенно поглощает влагу  и  CO2,  переходя  в Mg(OH)2  и в

MgCO3. Окись   магния  изредка  встречается   в  природе  (минерал  периклаз).

Получаемая  прокаливанием  природного  магнезита   MgO   является   исходным

продуктом для изготовления различных  огнеупорных  изделий  и  искусственных

строительных  материалов  (“ксилолит”  и  др.)  Кашица  из   замешанной   на

очищенном бензине окиси магния может быть использована для снятия  с  бумаги

жировых и масляных пятен: ею смазывают  пятно  и  дают  бензину  испариться,

после чего удаляют сорбировавшую жир окись магния.

      В основе ксилолита лежит магнезиальный  цемент, получаемый  смешиванием

предварительно  прокаленной  при  800оС  окиси  магния  с   30%-ным   водным

раствором MgCl2 (на 4 вес. ч. MgO  берется  1  вес.  ч.  безводного  MgCl2).

Вследствие  образования более или менее  длинных цепей типа –Mg–O–Mg–O–Mg–  (с