Магний

В 1695 году из минеральной воды Эпсомского источника в Англии выделили соль, обладавшую горьким вкусом и слабительным действием. Аптекари назвали её «горькой солью», а также «английской» или «эпсомской солью». Минерал эпсомит представляет собой кристаллогидрат сульфата магния и имеет химическую формулу MgSO₄ · 7H₂O. Латинское название элемента происходит от названия древнего города Магнезия в Малой Азии, в окрестностях которого имеются залежи минерала магнезита.

В 1792 году Антон фон Рупрехт выделил из белой магнезии восстановлением углём неизвестный металл, названный им австрием. Позже было установлено, что «австрий» представляет собой магний крайне низкой степени чистоты, поскольку исходное вещество было сильно загрязнено железом[4].

В 1809 г. английский химик Гемфри Дэви с помощью электролиза увлажнённой смеси магнезии и оксида ртути получил амальгаму неизвестного металла, которому дал название «магнезиум», сохранившееся до сих пор во многих странах. В России с 1831 года принято название «магний». В 1829 г. французский химик А. Бюсси получил магний, восстанавливая его расплавленный хлорид металлическим калием. В 1830 г. М. Фарадей получил магний электролизом расплавленного хлорида магния.

Природный магний состоит из смеси 3 стабильных изотопов ²⁴Mg, ²⁵Mg и ²⁶Mg с молярной концентрацией в смеси 78,6 %, 10,1 % и 11,3 % соответственно.

Все остальные 19 изотопов нестабильны, самый долгоживущий из них ²⁸Mg с периодом полураспада 20,915 часов.

Кларк магния — 1,98 % (19,5 кг/т). Это один из самых распространённых элементов земной коры. Большие количества магния находятся в морской воде в виде раствора солей. Основные минералы с высоким массовым содержанием магния:

• морская вода — (0,12—0,13 %),
• карналлит — MgCl₂ • KCl • 6H₂O (8,7 %),
• бишофит — MgCl₂ • 6H₂O (11,9 %),
• кизерит — MgSO₄ • H₂O (17,6 %),
• эпсомит — MgSO₄ • 7H₂O (9,9 %),
• каинит — KCl • MgSO₄ • 3H₂O (9,8 %),
• магнезит — MgCO₃ (28,7 %),
• доломит — CaCO₃·MgCO₃ (13,1 %),
• брусит — Mg(OH)₂ (41,6 %).

Магнезиальные соли встречаются в больших количествах в солевых отложениях самосадочных озёр. Месторождения карналлита осадочного происхождения имеются во многих странах.

Магнезит образуется преимущественно в гидротермальных условиях и относящихся к среднетемпературным гидротермальным месторождениям. Доломит также является важным магниевым сырьём. Месторождения доломита широко распространены, запасы их огромны. Они генетически связаны с карбонатными осадочными слоями и большинство из них имеет докембрийский или пермский геологический возраст. Доломитовые залежи образуются осадочным путём, но могут возникать также при воздействии на известняки гидротермальных растворов, подземных или поверхностных вод.

Чрезвычайно редким минералом является самородный магний, образующийся в потоках восстановительных газов и впервые обнаруженный в 1991 году в береговых отложениях Чоны (Восточная Сибирь)[5][6], а затем в лавах в Южном Гиссаре (Таджикистан)[7].

Обычный промышленный метод получения металлического магния — это электролиз расплава смеси безводных хлоридов магния MgCl₂ (бишофит), натрия NaCl и калия KCl. В расплаве электрохимическому восстановлению подвергается хлорид магния:

${\displaystyle {\mathsf {MgCl_{2}\rightarrow Mg+Cl_{2}}}}$

Расплавленный металл периодически отбирают из электролизной ванны, а в неё добавляют новые порции магнийсодержащего сырья. Так как полученный таким способом магний содержит сравнительно много (около 0,1 %) примесей, при необходимости «сырой» магний подвергают дополнительной очистке. С этой целью используют электролитическое рафинирование, переплавку в вакууме с использованием специальных добавок — флюсов, которые удаляют примеси из магния или перегонку (сублимацию) металла в вакууме. Чистота рафинированного магния достигает 99,999 % и выше.

Разработан и другой способ получения магния — термический. В этом случае для восстановления оксида магния при высокой температуре используют кремний или кокс:

${\displaystyle {\mathsf {MgO+C\rightarrow Mg+CO}}}$

Применение кремния позволяет получать магний из такого сырья, как доломит CaCO₃·MgCO₃, не проводя предварительного разделения магния и кальция. С участием доломита протекают реакции, вначале производят обжиг доломита:

${\displaystyle {\mathsf {CaCO_{3}\cdot MgCO_{3}\rightarrow CaO+MgO+2CO_{2}}}}$

Затем сильный нагрев с кремнием:

${\displaystyle {\mathsf {2MgO+CaO+Si\rightarrow CaSiO_{3}+2Mg}}}$

Преимущество термического способа состоит в том, что он позволяет получать магний более высокой чистоты. Для получения магния используют не только минеральное сырьё, но и морскую воду.

Магний — металл серебристо-белого цвета с гексагональной решёткой, обладает металлическим блеском; пространственная группа P 6₃/mmc, параметры решётки a = 0,32029 нм, c = 0,52000 нм, Z = 2. При обычных условиях поверхность магния покрыта довольно прочной защитной плёнкой оксида магния MgO, которая разрушается при нагреве на воздухе до 560 °C, после чего металл сгорает с ослепительно белым пламенем с образованием оксида и нитрида магния Mg₃N₂. Скорость воспламенения магния намного выше скорости отдёргивания руки, поэтому при поджоге магния человек не успевает отдёрнуть руку и получает ожог. На горящий магний желательно смотреть только через темные очки или стекло, так как в противном случае есть риск получить световой ожог сетчатки и на время ослепнуть.

Плотность магния при 20 °C — 1,738 г/см³, температура плавления 650 °C, температура кипения 1090 °C[2], теплопроводность при 20 °C — 156 Вт/(м·К).

Магний высокой чистоты пластичен, хорошо прессуется, прокатывается и поддаётся обработке резанием.

При нагревании на воздухе магний сгорает с образованием оксида и небольшого количества нитрида. При этом выделяется большое количество теплоты и света:

${\displaystyle {\mathsf {2Mg+O_{2}\rightarrow 2MgO+1203}}}$ кДж

${\displaystyle {\mathsf {3Mg+N_{2}\rightarrow Mg_{3}N_{2}}}}$

Магний хорошо горит даже в углекислом газе:

${\displaystyle {\mathsf {2Mg+CO_{2}\rightarrow 2MgO+C}}}$

Раскаленный магний энергично реагирует с водой, вследствие чего горящий магний нельзя тушить водой:

${\displaystyle {\mathsf {Mg+H_{2}O\rightarrow MgO+H_{2}+75\ kcal}}}$

Возможна также реакция:

${\displaystyle {\mathsf {Mg+2H_{2}O\rightarrow Mg(OH)_{2}+H_{2}\uparrow +80,52\ kcal}}}$

Щелочи на магний не действуют, в кислотах он растворяется с бурным выделением водорода:

${\displaystyle {\mathsf {Mg+2HCl\rightarrow MgCl_{2}+H_{2}\uparrow }}}$

Смесь порошка магния со взрывом реагирует с сильными окислителями, например с сухим перманганатом калия.

Также следует упомянуть реактивы Гриньяра, то есть алкил- или арилмагнийгалогениды:

${\displaystyle {\mathsf {RHal+Mg{\xrightarrow[{}]{(C_{2}H_{5})_{2}O}}RMgHal}}}$

Где Hal = I, Br, реже Cl.

Металлический магний — сильный восстановитель, применяется в промышленности для восстановления титана до металла из тетрахлорида титана и металлического урана из его тетрафторида

${\displaystyle {\mathsf {TiCl_{4}+2Mg\rightarrow Ti+2MgCl_{2}}}}$

${\displaystyle {\mathsf {UF_{4}+2Mg\rightarrow U+2MgF_{2}}}}$

Используется для получения лёгких и сверхлёгких литейных сплавов (самолётостроение, производство автомобилей), а также в пиротехнике и военном деле для изготовления осветительных и зажигательных ракет. Со второй половины XX века магний в чистом виде и в составе сплава кремния с железом — ферросиликомагния, стал широко применяться в чугунолитейном производстве благодаря открытию его свойства влиять на форму графита в чугуне, что позволило создать новые уникальные конструкционные материалы для машиностроения — высокопрочный чугун (чугун с шаровидным графитом — ЧШГ и чугун с вермикулярной формой графита — ЧВГ), сочетающие в себе свойства чугуна и стали.

Производство в России сосредоточено на двух предприятиях: г. Соликамск (СМЗ) и г. Березники (АВИСМА). Общая производительность составляет, примерно, 35 тыс. тонн в год[12].

Ранг	Страна	Производство (тыс тонн)
—	Весь мир	6,970
1	Китай	4,900
2	Россия	400
3	Турция	300
4	Испания	280
5	Австрия	200
6	Словакия	200
7	Бразилия	150
8	Австралия	130
9	Греция	115
10	КНДР	80
11	Индия	60
—	Другие страны	150

Цены на магний в слитках в 2006 году составили в среднем 3 долл./кг. В 2012 году цены на магний составляли порядка 2,8—2,9 долл./кг.

1. Указан диапазон значений атомной массы в связи с неоднородностью распространения изотопов в природе.

• Эйдензон М. А. Магний / Тихонов В. Н. — М., 1969.
• Аналитическая химия магния / Иванов А. И., Ляндрес М. Б., Прокофьев О. В. — М., 1973.
• Производство магния / С. И. Дракин. П. М. Чукуров. — М., 1979.
• Дэвис А. Нутрицевтика. Питание для жизни, здоровья и долголетия. — М.: Саттва, Институт трансперсональной психологии, 2004. — С.180—188. — ISBN.5-93509-021-X.
• Минделл Э. Справочник по витаминам и минеральным веществам. — М.: Медицина и питание, 2000. — С. 83—85. — ISBN.5-900059-03-0.

• Latest Magnesium News (англ.) (недоступная ссылка). Magnesium .com. Дата обращения: 30 октября 2013. Архивировано 1 ноября 2013 года.
• Магний (неопр.). Популярная библиотека химических элементов. Дата обращения: 30 октября 2013.