Какими свойствами обладает магний и почему

Сегодня даже не каждый взрослый вспомнит почему мы можем однозначно ответить на вопрос: магний металл или неметалл? Магний – относят к щелочноземельным металлам! Вспомнить это поможет беглый взгляд на электронную конфигурацию 1s22s22p63s2 нейтрального атома этого вещества. Учитывая специфику металлов иметь от 1 до 3 свободных электронов на внешнем энергетическом уровне, смотрят на этот параметр и для Mg. Не трудно увидеть, что конфигурация содержит 2 свободных электрона.

Общие металлические свойства магния характерны тем же, что проявляют другие вещества, относящие к данному типу. Обычно они тверды, но пластичны (в отличие от хрупких неметаллов). Имеют специфический блеск. Mg имеет склонность тускнеть на воздухе из-за того, что покрывается защитной кислородной пленкой. Порошок магния легко воспламеняется, достаточно поднести зажженную спичку. Цвет магния, горящего – ярко-белый. Одна из причин, почему этот металл первоначально использовался при фотографировании. Mg наносили на специальную ленту и поджигали ее. При горении образуется MgO, также при протекании процесса на воздухе выделяется нитрид магния с выделением большого количества теплоты.

Особенности Mg, как элемента периодической системы

Химические свойства магния во многом лежат где-то между бериллием и кальцием. Прежде всего, это проявляется во взаимодействии с водой. Первый не реагирует с ней вообще, второй же в ней растворяется. Mg слабо взаимодействует с нагретой водой. Но при взаимодействии с водяным паром (от 400 градусов по Цельсию) происходит реакция Mg+ H2O = MgO + H2, в которой металл растворяется при активном выделении водорода.

Видео – химические свойства магния:

Несколько иная реакция происходит с водяным паром: Mg+ 2H2O = Mg(OH)2 +H2. Причем свободный водород в итоге поглощается магнием MgH3. В результате, если плавление металла происходило во влажной среде, по мере его застывания водород практически полностью исчезает.

Свойства магния: взаимодействовать с водой при высоких температурах становится и гореть при присутствии в атмосфере углекислого газа, – затрудняют тушение пожаров с участием Mg. Их нельзя тушить водой. По инструкции используют порошковые огнетушители и песок. Также можно применять оксиды Si, с которыми магний вступает в реакцию, но количество выделяемой теплоты значительно ниже.

Также необходимо отметить, что несмотря на фактическую нерастворимость Mg(OH)2 в воде, раствор фенолфталеина в его присутствии окрашивается в розовый цвет.

Магний металл устойчив к едким щелочам, соде, керосину, бензину, минеральным маслам. Способность этого элемента отнимать кислород и хлор, используют для восстановления чистых веществ. Например, брома или титана.

Для синтезов разных классов органических соединений используется свойство магния взаимодействовать с галогенами. Обычно это Cl, Br, I, с фтором Mg образует защитную пленку, из-за чего их соединение редко используется для синтеза реактивов Гриньяра. Последние наиболее часто формируются на основе формулы RMgHal, где R – это органический радикал, а Hal – один из перечисленных галогенов.

к содержанию ↑

Видео: Магний – металл, который горит

Легкость элемента отображает плотность, которая составляет 1,74 г/см3. Меньшую имеют только кальций и щелочные металлы. Физические свойства магния можно коротко описать стандартными энциклопедическими параметрами:

• Т плавления – 651°С;
• Т кипения – 1107°С;
• Теплопроводность – 0,376 кал/(см·с·град) достаточно высока, сравнима с тем, что демонстрируют бериллий и вольфрам;
• Теплоемкость при Т плавления – 0,3 кал/град;
• Удельная теплоемкость увеличивается до Т плавления и уменьшается по ее достижении;
• Усадка при смене состояний (жидкость – твердое тело) – 3,97-4,2%;
• Удельное электросопротивление при комнатной температуре – 0,047 ом·мм2/м.

Этот элемент периодической таблицы Менделеева относят к щелочноземельным металлам. Однако это утверждение не всегда верно, поскольку химические свойства приближают этот элемент к алюминий подобным веществам.

Оксиды MgO относят к белым тугоплавким веществам, их называют жженой магнезией и применяют при изготовлении строительных материалов. Соли магния металла образуются при взаимодействии вещества с кислотами. Наиболее известная из них MgCO3. Используется металлургам для освобождения сплавов от шлаков, называют карбонат магния. Еще одна соль MgSO4 – известна как горькая или английская. Химики ее именуют сульфат магния. Mg и Ca влияют на жесткость воды. Высокая концентрация этих веществ в Н2О не позволяет моющим средствам пениться.

Чтобы более детально ответить на то, какие физические свойства имеет магний, необходимо рассматривать изменения его состояний и качеств по мере применения к нему различных тепловых эффектов: нагревание и охлаждение. Так, например, плотность снижается на 6% при Т – 6000С, расплавившись и вовсе падает до значения 1.58 г/см3.

Характеристики металла магния сильно отличаются при низких и высоких температурах. Некоторые результаты экспериментов требуют объяснения, часть из них дают вполне предвиденные реакции.

Гексагональная решетка элемента имеет следующие параметры:

• с = 5,199 ангстрем;
• а = 3,202 ангстрем.

При нагревании до 6270С эти расстояния увеличиваются, дойдя до температуры плавления связи решетки разрушаются вовсе.

Если говорить о том, какого цвета магний придется отметить, что в целом серебристо-белый металл, может выглядеть как черный обуглившийся с присущим блеском. В последнем случае речь идет о стружке магния. Поэтому определяя «на глаз» тип материала, все-таки лучше обратиться к химическим экспериментам, если под рукой не имеется спектрального анализатора.

Классическая задача для школьников рассматривает ряд натрий – магний –алюминий, металлические свойства которого ослабевает от первого к последнему элементу.

к содержанию ↑

Взаимодействие с различными кислотами

Для краткости, проще рассмотреть несколько экспериментов. Для них берутся такие виды кислот:

1. Соляная.
2. Азотная.
3. Серная (разбавленная и нет).

В первом случае наблюдается практически мгновенное растворение, сопровождающееся пузырьками белых газов и резким запахом хлора. Емкость, в которой происходила реакция нагревается.

В азотной кислоте кусочек магния не тонет. Бурый газ скапливается над поверхностью жидкости, выделяется тепло. Иногда говорят, что кислота «кипела», окружая кусочки магния.

Третий случай необходимо рассматривать, как два частных. В неразбавленной серной кислоте реакция идет медленно. Если же использовать раствор с небольшим количеством воды, магний также, как с азотной кислотой плавает на поверхности. При этом происходит едва заметная реакция с выделением белых пузырьков газа.

к содержанию ↑

Получение магния и история открытия

Высокая химическая активность препятствует тому, чтобы магний металлический встречался в чистом виде. Источниками материалов для его добычи становятся магниевые руды или соединения солей, содержащихся в водах морей, океанов, а также подземных. Именно асбест, оливин, серпентин, магнезит, доломит, другие минералы известны миру с давних пор. Название вещества имеет те же корни, что и название города в Малой Азии – Магнезия. Только в 1808 году английский химик Г. Дэви методом электролиза получил металлический осадок, который назвал магнием.

Однако это не был чистый металл. Еще 20 лет понадобилось миру ученых, чтобы получить именно Mg в том виде, который представил его в таблице Менделеева. Сделал открытие чистого металла магния французский химик А. Бюсси в 1828 году.

Сам же метод электролиза лег в основу классических способов получения этого элемента в чистом виде. Для производства в основном используют месторождения магний содержащих руд. Наиболее известное гражданам России находится на Урале – Саткинское. Но в Сибири имеется еще ряд месторождений, как и в Индии, Китае, Корее, некоторых странах Европы и Южной Америке.

На производстве для получения металлического магния используют расплав обезвоженных хлоридов: магния, натрия и калия. При применении непрерывного электролиза происходит восстановление по следующей формуле:

 MgCl2 (электролиз) = Mg + Cl2.

Возможность реализации процессов, описанных далее, магний металл с ценой за кг остается востребованным. Очищенный металл выбирают из электролизной ванны, вливая на замещение сырье с содержанием магния. Таким способом получают металл практически свободный от примесей. Доля последних составляет не более 0,1%. Если есть необходимость уменьшить этот показатель, еще не застывший металл рафинируют, получая чистоту 99,999% и больше.

Существует еще один способ получения магния – это восстановление оксида MgO с добавлением кокса при высокой температуре. Альтернативно используют доломит, этот метод не требует предварительного отделения кальция. Получаемые в результате реакции оксиды CaO и MgO смешивают с кремнием. На выходе имеют чистейший магний и Ca2SiO4. Для этого метода допустимо использования минералов или морской воды.

к содержанию ↑

Применение магния

Имеет широкий спектр от медицины до самолетостроения. Физические свойства металла магния, а именно его легкость (плотность) делает незаменим этот элемент в сплавах. Чаще это соединения с цинком, цирконием или алюминием. При очевидной легкости таких сплавов наблюдается их прочность.

Еще раз стоит отметить, что активные химические свойства металла магния позволяют использовать в процессах восстановления Ti, U, V, Zr, прочих. Обычно используется способность отбирать кислород или реагирование с фтором. На выходе получают чистые металлы плюс оксиды или фториды Mg.

У магния металлические свойства выражены по-особенному: он хорошо режется, благодаря чему легко получают стружку этого элемента. Но в чистом виде элемент практически не используют, как конструкционный металл, однако его сплавы – да.

О свойствах последних уже немного сказано. Но надо отметить, что соединения магния с незначительным количеством Al, Zn, Mn, Be, Ti и редкоземельными элементами имеют лучшие механические качества, чем чистый металл Mg. Они более устойчивы к коррозии, прочнее, устойчивее.

Основные области применения магния в сплавах: это конструкционные материалы в строении самолетов, машин, ЖД транспорта. Еще одно направление – синтез органических веществ, рассмотрен ранее.

Магний неметалл больше известен, как фторид Mg и активно применяется в оптике для производства линз. Последние обладают прозрачностью, пластичностью, прочностью. Материалы более известны, как синтетические монокристаллы. В промышленности иногда используют кремний, а также золотое, серебряное напыление.

В сталелитейном производстве лом магния используют за его свойство притягивать кислород. Он выполняет роль раскислителя. Благодаря чему сплавы легированной стали обладают большей коррозийной устойчивостью. Поэтому магний часто участвует и в цветном литье. Из него изготавливают аноды.

Особым спросом пользуются и другие «неметаллические» соединения магния, например, его сульфат. Известны растворы для инъекций или суспензий, последние пациент может готовить дома самостоятельно. Прием магния снижает риск заболевания гипертонией у курильщиков.

Используют магний и в земледелии, практически все виды почвы, где имеется растительность содержат этот элемент. Также следует отметить участие Mg в фотосинтезе растений.

к содержанию ↑

Не все пункты приема принимают магний. У тех, кто принимает существует лишь одна категория этого металла – кусковой лом магния (точнее это даже не магний в чистом виде, а сплавы, в которых он содержится, но в пунктах обозначается, как лом магния), его стоимость (средняя) составляет:

Лом магния кусковой – 38 рублей за килограмм.

В домашнем обиходе лом магния – это различные вешалки, дверные ручки. Лом магния можно встретить в виде старых блоков цилиндров от двигателей, карсасов авто сидений, панелей приборов, картеров сцепления и коробки передач, педалей, а также поддона картера двигателя, крышки головки блока цилиндров, впускного коллектора.

Не стоит путать лом магния с ломом ЦАМа.

Широкий спектр применения этого элемента в металлургии, медицине, агропромышленном комплексе делает его интересным, в качестве вторичного сырья.

Однако увидеть объявления с желанием купить магний с ценой за кг лома, приходится довольно редко. Чаще востребованы сплавы и сернокислый порошок Mg. Но это не мешает бирже оценивать магний металл, цена которого зависит от выпуска чистого продукта. Периодически выпуск снижается, тогда таблоиды показывают возрастание стоимости продукта.

В пунктах приема лом магния и цена на него может зависеть от условий, на которых происходит факт купли/продажи – цена может варьироваться незначительно и от его объема.

Интерес к материалу подогревается его высокой огнеупорностью. Благодаря этому свойству Mg участвует в производстве футеровок и тиглей для металлургических печей. Видимо поэтому, объявления: куплю лом магния, не теряют актуальности – см. также лом огнеупоров.