Карбонат магния (MgCO3) - бесцветное кристаллическое вещество, труднораствори­мое в воде - растворимость его 0,0094 г/100г при 18оС. Карбонат из водных растворов выделяется лишь в присутствии большого избытка ок­сида углерода (IV) CO2;  обычно образуются основные карбонаты.  Из них основной карбонат 3MgCO3*Mg(OH)2*3H2O - соединение,  труднорастворимое в воде  (0,04 г/100г),  но растворимое в солях аммония.  При 900-1000оС разлагается с образованием окиси магния.  При пропускании уг­лекислого газа  через  водную  взвесь  карбоната магния происходит его растворение, благодаря образованию кислой соли (гидрокарбоната).

 MgCO3+CO2+H2O   Mg(HCO3)2

Двойной карбонат магния и кальция MgCO3*CaCO3 - доломит - самое  расп­ространенное природное соединение магния,  образует огромные залежи,  в которых минерал часто бывает окрашен примесями в более или менее  тем­ные цвета.  Карбонаты магния - магнезит и доломит широко применяют для изготовления огнеупорных материалов путем обжига их до оксидов.  Такие материалы идут, например, на обкладку внутренней поверхности конверте­ров для производства стали. Полуобожженный доломит - смесь MgO и CaCO3 используют для  изготовления  строительных плит и в качестве добавки в почву и воду для уменьшения их кислотности.

Искусственно приготовленный  основной карбонат магния является исходным материалом для приготовления других соединений магния, он растворяется в кислотах гораздо быстрее,  чем магнезит.  Кроме того, его применяют как составную часть пудры,  зубных порошков,  а так же как  наполнитель  в производстве красок, бумаги и резины.

Сульфат магния MgSo4

Из кислот магний выделяет водород:

Mg + H2SO4 = MgSO4+H2

MgSO4, в отличии от труднорастворимых сульфатов  щелочноземельных  металлов легко растворим в воде;  растворимость 36,6 г MgSO4/100 г при 18оС. Образует кристаллогидраты с 1,2,3,5,6,7 и 12  молекулами  воды,из которых  важнейшими  являются  моногидрат  (кизерит)  и гептагидрат (горькая соль).  Кизерит MgSO4 * H2O обезвоживается при 320-300оС. Безводный  MgSO4 при температуре 1100-1200оС частично разлагается на MgO, SO2 и O2. Кизерит встречается в природе в виде приме­сей в месторождениях калийных солей и карналлита.  Интересно, что нес­мотря на значительную растворимость сульфата магния, кизерит очень  мед­ленно переходит  в  раствор.  Поэтому при выщелачивании калийных солей остается в осадке в виде похожей на песок массы, которую перерабатыва­ют в горькую соль. Горькая соль MgSO4*7H2O в природе содержится в оса­дочных породах,  остающихся после высыхания озер, а также кристаллизу­ется из вод минеральных источников. На воздухе постепенно выветривает­ся. Применяется для пропитки марли с целью снижения ее горючести,  как наполнитель в  производстве  бумаги  и  в медицине - как слабительное. Сульфат магния гидролизуется очень слабо: 0,2N раствор его при 25оС показывает степень гидролиза 0,0047%.

Перхлорат магния

Mg(ClO4)2 - "ангидрон",  дает гидраты с 2,4,6 молекулами воды. Раство­римость в воде 99,6 г/100г при 25оС. Безводный перхлорат магния очень сильно  поглощает влагу;  выше 250оС он разлагается.  Ис­пользуется как осушитель органических веществ и газов.

Гидроокись магния

2MgO+2H2O=2Mg(OH)2 выделяется при действии щелочей на растворы солей магния в виде объемистого студенистого  осадка.  Гидроо­кись магния - слабое основание,  легко растворяется в кислотах, из воз­духа поглощает углекислый газ.  Растворимость ее  в  воде  зависит  от степени старения,  для  свежеосажденной  гидроокиси  магния  составляет 7,0*10 -4 моль/л.

Хлорид магния

                            -2е    

Mg0 + Cl20       Mg+2Cl2-

образует гидраты с 1,2,4,6 молекулами воды. Растворимость его в воде 54,5 г/100г при 20оС  (в  расчете  на безводную соль).  Хлорид  магния  с хлоридами щелочных металлов образует двойные соли, важнейшие из них - карналлит

MgCl2*KCl2*6H2O.

Для нитрата  магния Mg(NO3)2 известны гидраты с 2,6 и 9 молекулами во­ды. Растворимость Mg(NO3)2*6H2O в  воде  при  25оС  составляет 75г/100г, для Mg(NO3)2*9H2O) при 25оС - 50,6г/100г. Получение:

Mg + 2HNO3       Mg(NO3)2+H2

Фторид магния MgF2 - труднорастворимое в воде соединение. Плавится при 1265оС, с фторидами щелочных металлов образует двойные соли ти­па

M1F*MgF2 и 2M1F*MgF2.

4.2. Магнийорганические соединения.

Соединения магния с органическими кислотами.

Ацетат магния Mg(CH3COO)2 - хорошо растворимое в воде соединение.

Оксалат магния MgC2O4 - труднорастворимое соединение. В растворах окса­латов щелочных металлов или аммония оксалат магния образует комплексный ион [Mg(C2O4)2]-2.

Из органических кислот большое значение имеют аминополикарбоновые  кис­лоты - комплексоны,  особенно комплексон III.  Прочность комплексоната магния значительно ниже,  чем комплексонатов почти всех остальных  ме­таллов.

Окрашенные соединения магния с органическими реагентами.

Для аналитической химии магния большое значение имеют окрашенные соеди­нения его с органическими реагентами, используемые в качестве комплек­сонометрических индикаторов,  для  фотометрического  определения и для обнаружения магния.  Ион магния не обладает хромофорным действием, поэ­тому цветные  реакции дают только соединения его с окрашенными органи­ческими реагентами.  Из них наиболее важны азосоединения, меньшее зна­чение имеют трифенилметановые красители и соединения других классов.

соединения магния с азокрасителями.

При взаимодействии магния с некоторыми азокрасителями образуются интен­сивно окрашенные внутрикомплексные соединения. Саввин и Петрова изучи­ли цветные  реакции  магния  с  азосоединениями на основе хромотропной кислоты. Некоторые из них с магнием дают интенсивно  окрашенные  комп­лексы, пригодные  для фотометрического определения магния.  Диль и Эл­лингбоэ изучили образование магнием окрашенных соединений с 26  моноа­зосоединениями с  целью  использования  их  в качестве индикаторов для комплексонометрического определения магния.

К магнийорганическим относят химические соединения,  в которых атом углерода непосредственно связан с атомом магния.  Они представляют отдельный очень важный класс соеди­нений магния.  С  их  помощью химики синтезировали огромное количество органических соединений:  лекарственных препаратов, витаминов, душистых веществ и т.д.  История металлоорганических соединений началась в 1849 г, когда молодой английский химик Франкланд получил вещество,  в кото­ром атом  углерода был непосредственно связан с цинком.  Своей способ­ностью вступать во все возможные реакции они сразу же привлекли внима­ние химиков. Однако их чрезвычайная активность, например, они мгновен­но самовоспламенялись на воздухе, сильно затрудняла работу с этими ве­ществами. В 1899 г французский ученый Ф.Барбье предложил заменить цинк на магний,  обнаружив,  что в присутствии диэтилового, "серного" эфира магний легко вступает в те же реакции, что и цинк.

Магнийорганические соединения оказались значительно  эффективнее  цин­ко-органических, менее  опасными  в обращении и получили широкое расп­ространение. Особая заслуга в их исследовании и внедрении в лаборатор­ную практику принадлежит выдающемуся французскому химику В.Гриньяру. В 1900г он усовершенствовал метод синтеза, предложив разделить реакцию на две стадии:  1 - образование смешанного магнийорганического соединения в эфирной среде:

CH3Cl+Mg   CH3MgCl

R1X+Mg    RMgX, где R - углеводородный радикал, а Х - галоген; 2 - взаимодействие RMgX с соединением, содержащим карбонильную группу, приводит к образованию новой углерод-углеродной связи.  Реакции такого типа получили  название по имени автора открытия - "реакции Гриньяра". За эти работы В.Гриньяр был удостоен в 1912г Нобелевской премии. Магнийорганические галогениды  нашли широкое применение в органическом синтезе. С их помощью можно получать соединения  различных  классов  ­спирты, альдегиды,  кетоны,  эфиры,  органические  кислоты и т.д.  Сам В.Гриньяр писал 1926г так: "Подобно хорошо настроенной скрипке, магни­йорганические соединения под опытными пальцами могут дать звучание все новым неожиданным и более гармоничным аккордам". Использование магнийор­ганических соединений позволило получить органические производные мно­гих элементов и привело к развитию целого направления - химии  элемен­тоорганических соединений,  успешно  развиваемое в нашей стране школой академика А.Н. Несмеянова.

К сожалению,  создание  крупномасштабного производства на основе магни­йорганических соединений встречает значительные трудности из-за исклю­чительной пожароопасности эфира. В настоящее время разрабатываются ме­тодики применения магнийорганических соединений  с  использованием  не столь горючих растворителей. Вероятно, недалеко то время, когда магни­йорганические соединения будут применяться и в химической технологии.

5. Природные соединения магния.

Минералы, в состав которых входит магний, использовались человеком,  на­чиная с каменного века. Зеленый, смешанный магниево-кальциевый минерал состава 2CaO*5ЭO*H2O*8SiO2 (Э-обозначает переменное кол-во магния и же­леза) обладает большой "вязкостью", он не растрескивается, не расслаи­вается при ударе.  Из этого минерала первобытные люди изготовляли пер­вые, примитивные инструменты. Образцы таких найденных в раскопках инс­трументов можно увидеть во многих музеях.  За этим минералом  сохрани­лось название,  данное ему врачевателями древности - "нефрит".  Счита­лось, что размолотый порошок нефрита помогает при заболеваниях  почек. Другой магниевый минерал - асбест используется издревле для изготовле­ния фитилей.  В отличие от фитилей из хлопка, войлок и других материа­лов органической природы гореть в асбесте нечему: состав его выражает­ся формулой

3MgO*2H2O*2SiO2.

Широко известен  и другой магниевый минерал - тальк,  который содержит на каждую  частицу   магния   вдвое   больше   оксида   кремния   (IV)

3MgO*H2O*4SiO2.

Этот минерал называют также "мыльным камнем",  стеати­том или, по-русски, "жировиком". Тальком присыпают поверхность готовых резиновых изделий во избежании их слипания при хранении.

Мир минералов богат и разнообразен. их известно более двух тысяч. Око­ло 10%  из этого огромного количества минералов - магниевые. Магний по распространенности в природе занимает восьмое место.  В большей  части этих минералов,  как и в нефрите, асбесте и тальке, оксид магния связан с кремнеземом SiO2 - самым распространенным химическим соединением  на Земле. Вместе  с  магнием в состав магниевых минералов подчас входят и другие элементы - металлы.  Один из таких минералов -  оливин  Э2SiO4, где Э означает суммарное число атомов магния и железа.  Среди минералов магния есть и такие,  которые по красоте могут конкурировать с извест­ными драгоценными камнями. Это водный силикат магния, окрашенный приме­сями в густой винно-желтый цвет,  обнаруженный на Памире - клиногулит; он похож на драгоценный циркониевый минерал - глаулит.

Огромное количество магния содержится в водах океанов,  морей и соленых озер. В  среднем  в  одном  м3 воды содержится более одного килограмма магния. В некоторых странах, не имеющих магниевого сырья (Англия, Норве­гия, Италия),  налажено  производство магния из морской воды.  Морское происхождение имеют и  ископаемые  месторождения  магниевого  минерала "карналлита". В  отдаленном  геологическом  прошлом Земли неоднократно образовывались и высыхали моря и озера.  При их испарении образовались гигантские залежи природных солей магния - карналлит - MgCl2*KCl*6H2O.

6. ОПРЕДЕЛЕНИЕ МАГНИЯ В ПОЧВАХ, В ВОДЕ.

Общее содержание магния в почвах колеблется в пределах от 0,1 до 1%, содержание обменного магния составляет сотые и десятые доли процента.

Методы выделения магния из почвы. Для извлечения обменного магния из почвы, предложены различные экстрагенты: 1М нейтральный раствор CH3COONH4, 2М раствор CH3COONH4 и т.д.

Метоты определения. Обменный магний в почвах можно определить комплексонометрическим методом. Однако из-за незначительного содержания магния в почвах для его определения лучше применять ортометрические методы: с титановым жёлтым, 8-оксихинолином и бриллиантовым жёлтым.

15 мл экстракта почвы, полученного обработкой 1М раствора CH3COONH4, помещают в мерную колбу ёмкостью 25 мл. Если объём аликвотной части меньше 15 мл, то его доводят до 15 мл 1М раствором CH3COONH4, добавляют последовательно, перемешивая раствор после прибавления каждого реагента: 5 мл смеси, содержащей равные части однопроцентного раствора поливинилового спирта, 0,5% раствора NaHSO3 и компенсационного раствора, 1 мл 0,04% раствора титанового жёлтого, 4мл 10N раствора NaOH и измеряют оптическую плотность на фотоколориметре при 540 НМ.

Обменный магний в почвах можно определять атомно-абсорбционным методом. 10г почвы встряхивают 30 минут с 50 мл 1М раствора CH3COONH4 с pH 5,9. Смесь фильтруют, промывают тем же раствором. Фильтрат с промывными водами разбавляют 1М раствором CH3COONH4 в мерной колбе до 100 мл, распыляют в пламя и фотометрируют. Стандартные растворы для получения данных для составления калибровочного графика должны содержать 0-100 мкг Mg/мл. Их готовят разбавлением смеси, содержащей 500 мкг Mg/мл, 2 мг Ca/мл, 50 мкг Na/мл и 125 мкг K/мл в 1М растворе CH3COONH4.

Определение в воде, кисотах и электролитах.

Для определения магния в воде можно использовать фотометрический метод с пикроминазо.

5-10 мл воды переносят в мерную колбу ёмкостью 50 мл, добавляют 2 мл 0,005 % раствора микроминазо, 5 мл 0,5% раствора желатина, 15 мл 20% раствора NaOH и доводят объём водой до метки. Через 10-15 минут измеряют оптическую плотность. Малые количества магния в летучих кислотах предложено определять комплексонометрическим методом после удаления кислоты выпариванием досуха.

7. БИОЛОГИЧЕСКОЕ ЗНАЧЕНИЕ МАГНИЯ.

Живая материя содержит сотые доли процента магния, но эти доли процента исключительно важны. Магний входит в состав хлорофилла – зелёного пигмента растений, первичного приёмника солнечной энергии. С поглощения света хлорофиллом начинается один из важенйших природных процессов – фотосинтез. Его продуктами является и основная растительная масса, и кислород. Без магния нет хлорофилла, а без хлорофилла была бы невозможна жизнь на нашей планете. Функция молекул хлорофилла состоит в положении фотонов красной области видимого спектра (около 700 нМ) и передаче энергии возбуждения другим частицам, участвующим в цепи реакций, приводящих, в конечном счёте, к соединению воды и углекислого газа и их превращения в глюкозу с одновременным выделением молекулярного кислорода

6CO2 + 6H2O = C6H12O6 + 6O2

Опыты, проведённые венгерскими учёными на животных, показали, что недостаток магния в организме повышает предрасположенность к инфаркту. Французские биологи считают, что магний поможет медикам бороться с таким серьёзным недугом XXв, как переутомление. Исследования показывают, что в крови уставших людей уменьшается содержание магния, он как бы, «сгорает», что приводит к нарушениям работы сердечных мышц. При недостатке в почве солей магния рост и развитие растений приостанавливаются. При использовании органических удобрений обеспечивается круговорот магния. В случае же применения только минеральных удобрений необходимо периодическое введение в почву и магниевых соединений. Особенно нуждаются в магниевой подкормке растения –сахароносы: сахарная свекла и сахарный тростник.

Вам сына, или дочь?

Недавно биологи Франции установили любопытное влияние ряда элементов на… получение потомства. Оказывается, избыток калия в пище матери приводит к тому, что у неё рождаются преимущественно дети мужского пола. Если же её пища насыщена кальцием и магнием, то в потомстве преобладает женский пол. Возможно уже вскоре для будущих матерей врачи разработают специальные меню, гарантирующие рождение мальчика или девочки по заказу. Но прежде нужно будет ещё уточнить, распространяется ли подмеченное влияние этих элементов на человека: ведь описанные наблюдения относятся к коровам.

Берегите магний!

Французские биологи считают, что магний поможет медикам в борьбе с переутомлением. Исследования показывают, что в крови уставших людей содержится меньше магния, чем у здоровых, а даже самые ничтожные отклонения «магниевой крови» от нормы не проходят бесследно.

Важно помнить, что в тех случаях, когда человек часто и по любому поводу раздражается, магний, содержащийся в организме «сгорает». Вот почему у нервных, легко возбудимых людей нарушение работы сердечных мышц наблюдаются значительно чаще.

8. ОБЛАСТИ ПРИМЕНЕНИЯ МАГНИЯ.

Магний применяют в виде металлических пластин при защите от коррозии морских судов и трубопроводов. Защитное действие магниевого «протектора» связано с тем, что из стальной конструкции и магниевого протектора (магний стоит в электрохимическом ряду напряжений левее, чем железо) создаётся электрическая цепь. Происходит разрушение магниевого протектора; основная же стальная часть конструкции при этом сохраняется. В металлургии магний используют как «раскислитель» – вещество, связывающее вредные примеси в расплаве железа. Добавка 0,5% магния в чугун сильно повышает ковкость чугуна и его сопротивление на разрыв. Используют магний и при изготовлении некоторых гальванических элементов.

Сплавы магния играют в технике очень важную роль. Существует целое семейство магниевых сплавов с общим названием «электрон». Основу их составляет магний в сочетании с алюминием (10%), цинком (до 5%), марганцем (1-2%). Малые добавки других металлов придают «электрону» различные ценные свойства. Но главным свойством всех видов «электронов» является их лёгкость (1,8 г/см3) и прекрасные механические свойства. Их используют в тех отраслях техники, где особенно высоко ценится лёгкость: в самолёто- и ракетостроении. В последние годы созданы новые устойчивые на воздухе магниево-литиевые сплавы с совсем малой плотностью (1,35 г/см3). Их использование в технике очень перспективно. Магниевые сплавы цены не только из-за своей лёгкости. Их теплоёмкость в 2-2,5 раза выше, чем у стали. Аппаратура из магниевых сплавов нагревается меньше стальной. Используют и сплав алюминия с большим содержанием магния (5-30%). Этот сплав «магналит» твёрже и прочнее алюминия, легче обрабатывается и полируется. Число металлов, с которыми магний образует сплавы, велико. Из диаграммы, иллюстрирующей правило Юм-Розери, ясна удивительная особенность магния не смешиваться в расплаве со своим близким по положению в таблице Менделеева соседом – бериллием. Из-за сильного различия межатомных расстояний не образует магний сплавов и с железом.

Среди кислородных соединений Mg нужно отметить оксид магния MgO, называемый также жжёной магнезией. Он применяется в изготовлении огнеупорных кирпичей, т.к. температура его плавления 2800оС. Жжёная магнезия используется и в медицинской практике.

Страницы: 1, 2, 3