Магнезий

химичен елемент с атомен номер 12

Магнезият е химичен елемент, алкалоземен метал от група 2, с означение Mg, атомен номер 12 и атомна маса 24,3050 u.

Магнезий
Магнезий – лек и блестящ сребрист метал
Лек и блестящ сребрист метал
Спектрални линии на магнезий
НатрийМагнезийАлуминий
Be

Mg

Ca
Периодична система
Общи данни
Име, символ, ZМагнезий, Mg, 12
Група, период, блок23s
Химическа серияалкалоземен метал
Електронна конфигурация[Ne] 3s2
e- на енергийно ниво2, 8, 2
CAS номер7439-95-4
Свойства на атома
Атомна маса24,305 u
Атомен радиус (изч.)150 (145) pm
Ковалентен радиус141±7 pm
Радиус на ван дер Ваалс173 pm
Степен на окисление2, 1[1]
ОксидMgO (силно основен)
Електроотрицателност
(Скала на Полинг)
1,31
Йонизационна енергияI: 737,7 kJ/mol
II: 1450,7 kJ/mol
III: 7732,7 kJ/mol
(още)
Физични свойства
Агрегатно състояниетвърдо вещество
Кристална структурашестоъгълна плътно опакована
Плътност1738 kg/m3
Температура на топене923 K (650 °C)
Температура на кипене1363 K (1090 °C)
Специф. топлина на топене8,48 kJ/mol
Специф. топлина на изпарение128 kJ/mol
Налягане на парата
P (Pa) 1 10 102 103 104 105
T (K) 701 773 861 971 1132 1361
Скорост на звука4940 m/s при 25 °C
Специф. ел. съпротивление43,9×10-3 Ω.mm2/m
Топлопроводимост156 W/(m·K)
Магнетизъмпарамагнитен
Модул на еластичност45 GPa
Модул на срязване17 GPa
Модул на свиваемост35,4 GPa [2]
Коефициент на Поасон0,290
Твърдост по Моос1 – 2,5
Твърдост по Бринел44 – 260 MPa
История
Наименуванна Магнезия, Гърция
ОткритиеДжоузеф Блек (1755 г.)
ИзолиранеХъмфри Дейви (1808 г.)
Най-дълготрайни изотопи
Изотоп ИР ПП ТР ПР
24Mg 79 % стабилен
25Mg 10 % стабилен
26Mg 11 % стабилен

ИсторияРедактиране

Минерали, съдържащи Mg са използвани от Каменната епоха. Нефритът е използван за направата на едни от първите сечива. Названието магнезий произлиза от минерала магнезит, кръстен на гръцкия град Магнезия. Това име е известно от 3 век пр.н.е.

Откритието на магнезия е свързано с изучаването на състава на минералната вода. През 1695 г., в опитите си да открие философският камък, английският лекар Крю получава след изпарение на минерална вода сол с горчив вкус и разхлабващо действие, поради което била наречена английска сол. През 1808 г. Хъмфли Дейви получава магнезиева амалгама от MgSO4·7H2O, която нарича магнезия. Чист метал е получен за пръв път от френския учен Бюси при редукция на MgCl2 с Ca.[3]

РазпространениеРедактиране

Като активен метал, магнезият не се среща в свободно състояние, а само под формата на минерали или като йон в минералните води. Магнезият е седмият по разпространение елемент в земната кора с 2,3%. Около една седма от всички известни минерали съдържат Mg.[3] Най-разпространени са минералите магнезит (MgCO3), доломит (MgO·CaO), карналит, оливин, авгин, талк (MgSiO4) и азбест. Морската вода съдържа 0,13% разтворени Mg2+, които придават горчив вкус.

Физични свойстваРедактиране

Магнезият е сребрист на цвят, топло- и електропроводим, с ниска твърдост и метален блясък. Лек метал е с плътност 1,74 g/cm³. Той има ниско сечение на залавяне на топлинни неутрони, поради което се използва в сплави за облицовка на ядрените реактори.

ИзотопиРедактиране

Природният магнезий е смес от три стабилни изотопа – 24Mg (78,99%), 25Mg (10%), 26Mg (11,01%), получени при термоядреното горене на въглерода. Известни са 20 радиоактивни изотопа с период на полуразпад между ден и части от секундата.[3]

Химични свойстваРедактиране

Магнезият е алкалоземен метал от трети период, с хексагонална сингония. На въздух се покрива с тънък и плътен защитен слой MgO, който на влага се превръща в магнезиев дихидроксид. При загряване над 350° C оксидният слой не предпазва метала от последващо окисление. Близо до температурата на топене се запалва и изгаря с ярък пламък.

При нагряване реагира с водата, отделяйки водород:

 

Редуцира въглеродния диоксид:

 

Взаимодейства с неметали и киселини:

 
 
 

Не се разтваря във флуороводородна киселина, концентрирана сярна киселина и в смес от сярна и азотна киселина.

СъединенияРедактиране

Химичната връзка в магнезиевите съединения е частично ковалентна, частично йонна.

ХалогенидиРедактиране

Халогенидите се получават при пряко взаимодействие на метала с халогена. Всички те са бели йоннокристални вещества, кристализиращи с 6 молекули вода – MgCl2·6H2O. Магнезиевият хлорид хидролизира:[4]

 

Безводен хлорид може да се получи при пропускане на хлор през смес от MgO и въглен или при нагряване на NH4Cl·MgCl2·6H2O.

Оксид и хидроксидРедактиране

MgO се получава при термично разлагане на MgCO3. Той има йонен строеж, висока температура на топене и кристализира в кубична сингония, тип NaCl.

Mg(OH)2 е твърдо, бяло кристално вещество с основен характер. Не се разтваря напълно във вода:

 

СолиРедактиране

MgCO3 в зависимост от pH образува смесен карбонат от вида MgCO3·Mg(OH)x·H2O, който в кисела среда хидролизира до Mg(HCO3)2. Карбонатът придава твърдост на водата.

MgSO4·7H2O се използва в медицината като разхлабително средство под името английска сол.

Mg(ClO4)2 се използва като сушител на газове.

Други съединенияРедактиране

MgH2 е полимерен и прилича на BeH2. Над 1000° C дава MgC2, MgSi, Mg2N3 и MgSn.

Mg2+ се съдържа в порфириновия пръстен на хлорофила.

Металоорганична химияРедактиране

Гриняровите реактиви, RMgX, са изследвани и получени за първи път от Виктор Гриняр, за което той получава Нобелова награда за химия през 1912 г.[3]

ПроизводствоРедактиране

ДобивРедактиране

Държава 2010 добив
(тона)[5]
Китай 650 000
Русия 40 000
Израел 30 000
Казахстан 20 000
Бразилия 16 000
Украйна 2000
Сърбия 2000

Магнезият се добива пирометалургично от доломит:

 .

Полученият магнезий сублимира при понижено налягане.

Друг метод а промишлено получаване на метала е електролиза на стопилка на MgCl2 от карналит или морска вода.

ПриложениеРедактиране

Основното приложение на магнезия е сплавянето му с алуминий и цинк. В чугунената и стоманената промишленост се добавя в малко количество към белия чугун. Смесен с варовик и други пълнители, се добавя при топенето на желязо, за да подобри устойчивостта му на сяра и кислород. В металургията се използва и при производството на някои метали като титан, цирконий, хафний, уран.

Магнезиев прах с окисляващи добавки (бариев нитрат, калиев перманганат, натриев хипохлорит, калиев хлорат и др.) се е използвал в миналото за т. нар. магнезиеви светкавици.

Биологични ефектиРедактиране

Изключително важен елемент за фотосинтезата при растенията, тъй като влиза в структурата на молекулата на хлорофила. При човека магнезият е нужен за енергопроизвеждането в клетките и ускорява метаболизма.

Магнезият е важен елемент за много от функциите в организма. Неговата основна роля обаче е да се грижи за равновесието на нервната и мускулната система. За да избегнете умората и стреса, не трябва да лишавате тялото си от магнезий.

Общо, в тялото има около 25 g от този елемент. 60% от тях са в костите, една четвърт – в мускулите. Останалото се разпределя поравно в мозъка и другите ключови органи като сърцето, черния дроб и бъбреците.

Магнезият помага при разпределянето на сигналите на нервните клетки, при производството на белтъчини и за регулиране на сърдечния ритъм.

Освен това магнезият регулира работата на стомашно-чревния тракт и именно по тази причина магнезий се препоръчва за бебета, които страдат от колики.

Други хора, които се нуждаят от повече магнезий, са бременните жени, кърмачките и възрастните хора. При физическа активност също трябва да се приема достатъчно магнезий, защото при потенето се отделя значително количество от него.

Тъй като тялото няма запаси от магнезий, трябва ежедневно да се приемат храни, богати на това вещество.

Повечето растения, включително и ядките, съдържат магнезий. Зърнените храни, зеленчуците и сушените плодове също дават достатъчно от това вещество.

Ежедневно трябва да се консумират зърнени храни и 4 – 5 плода. За да набавите необходимото седмично количество магнезий, е достатъчно да добавите към менюто си два пъти седмично сурови зеленчуци и парче черен шоколад.

ИзточнициРедактиране

  1. Bernath, P. F.. The spectrum of magnesium hydride. // Astrophysical Journal 298. 1985. DOI:10.1086/163620. p. 375. Архивиран от оригинала на 2012-01-11. Посетен на 2018-01-19. (на английски)
  2. ((en)) K. A. Gschneider, Solid State Phys. 16, 308 (1964)
  3. а б в г Лефтеров, Димитър. Химичните елементи и техните изотопи. издателство на БАН „Проф. Марин Дринов“, 2015. с. 253 – 257.
  4. Киркова, Елена. Химия на елементите и техните съединения. София, Университетско издателство „Св. Климент Охридкси“, 2013. ISBN 978-954-07-3504-7. с. 134 – 144.
  5. Minerals Information. // USGS. Посетен на 4 януари 2011. (на английски)