Характеристика металла Магний, свойства, применение и цена

Наука давно дала утвердительный ответ на вопрос о том, магний это металл, или нет. Неоспоримым является и тот факт, что он обладает важным биогенным значением для человека. Этот металл часто встречается в природе, входит в состав различных минералов, геотермальной и морской воды.

История открытия

Магний (Mg) учеными был открыт в результате случайных опытов в 1695 году. Ученые-химики выделили из целебных вод Эпсомского природного источника, который находится в Великобритании, горькую соль. Полученная соль оказывала на человеческий организм воздействие легкого слабительного средства, и долго назначалась в соответствующих целях. Это вещество изначально получило наименование «магнезия».

В 1798 году малоизвестный химик Антон фон Рупрехт сумел выделить из «горькой соли» методом восстановления углем новый элемент, обозначив его как «австрий». Через некоторое время удалось выяснить что «австрий» фактически представляет собой магний с обилием железистых примесей.

Следующая цепочка открытий магния последовала в начале 19 века. В 1808 г. британский химик Гемфри Дэви методом электролиза влажной смеси магнезии и оксида ртути получил агрегацию нового металла, назвав его «магнезиум». Примечательно, что это название до нашего времени принято в некоторых странах.

В 1829 г. химик из Франции А. Бюсси выделил магний путем восстановления расплавленного хлорида металлическим калием. В 1830 г. М. Фарадей сумел добыть магний методом электролиза нагретого до температуры плавления хлорида магния.

Источники магния на планете

Кларк магния входит в список наиболее распространенных в природе элементов. Огромное количество этого природного элемента в виде солей и их отложений находится в озерной и морской воде. Среди минералов по процентному содержанию данного элемента лидируют:

• брусит (41,6 %);
• магнезит (28,7 %);
• кизерит (17,6 %);
• доломит(13,1 %);
• бишофит (11,9 %);
• эпсомит (9,9 %);
• каинит (9,8 %);
• карналлит (8,7 %).

Карналлит является материалом осадочного происхождения, встречается повсеместно на планете. Доломит тоже относится к осадочным породам, и является сырьём для добычи магния.

В природе магниевая руда представляет собой, помимо магнезита и доломита, эвапориты, а также магнезиальные и калийно-магнезиальные карбонаты. К природным источникам кроме того относят воду морей и соленых озер.

В самородном виде магний без примесей не распространен, однако в 1991 году был найден в зоне Восточной Сибири (в древних отложениях реки Чоны), а также в отложения лавы на территории Таджикистана.

Характеристика магния

Твердое вещество Mg входит во вторую группу элементов периодической таблицы Менделеева, имеет атомный номер 12, по-латыни называется Magnesium.

С некоторых пор магний входит в группу щелочноземельных металлов. В чистом виде химический элемент магний обладает плотноупакованной гексагональной кристаллической структурой.

Строение атома объясняет, почему магний металл. Им свойственно иметь на внешнем уровне от 1 до 3 электронов, а конфигурация магния содержит пару свободных электронов.

Принадлежность к металлам подтверждают и некоторые характеристики вещества:

• атомная масса составляет 24,304 г/моль;
• температура кипения магния 1090;
• температура плавления магния 650;
• плотность 1,74 г/см3;
• теплопроводность магния 300 К.

Состав магния включает три природных изотопа, валентность Mg 2. В обычных условиях агрегатное состояние магния — обычное твердое тело. Магний относится к категории активных с химической точки зрения элементов, поскольку быстро поддается окислению. Образовавшаяся на поверхности окись в виде пленки MgO не отличается защитными качествами. С ростом температуры реакция образования пленки ускоряется. Степень окисления колеблется от 0 до +2.

Физические свойства магния

В первую очередь необходимо ответить на вопрос, какого цвета магний — серебристо-белый оттенок с характерным металлам блеском. Как правило, его поверхность покрыта оксидной пленкой, защищающей материал от дальнейшего окисления. Пленка не устойчива, при нагреве до 600 градусов она пропадает, а сам магний горит цветом яркого белого факела. Следует знать, что температура огня при сжигании стружки магния достигает 3 тысяч градусов, (тогда как температура плавления магния составляет 650 градусов).

Не рекомендуется поджигать магний в песке. Начнет реакция металла с диоксидом кремния, которая усилит процесс горения. По этой причине потушить горящий магний речным песочком не получится.

При горении металл дает достаточно много тепла и света. Всего один-два грамма материла достаточно, чтобы осветить участок радиусом до 7 метров в кромешной тьме.

К особенностям этого удивительного металла относят и тот факт, что горение его нельзя потушить при помощи воды. Горение усилится в результате реакции образования гидроксида натрия Mg(OH)2 и водорода. В дополнение темы необходимо упомянуть и о бесполезности огнетушителя с углекислотой при тушении. Углекислый газ усилит горение, в результате произойдет образование оксида магния и угля. Эффективны при тушении порошковые огнетушители.

Высока скорость воспламенения магния, при попытке поджечь металл вручную ожога избежать не удастся.

На горящий магний необходимо смотреть сквозь защитные очки, иначе слишком яркий свет может вызвать ожог сетчатки глаза. Магний представляет собой легкий и пластичный металл с отличной теплопроводностью. Он хорошо поддается механической обработке (резанию, прессованию, прокатке). Небольшой удельный вес материала объясняется его малой плотностью.

Учитывая температуру воспламенения магния, имеются определенные сложности при плавлении и розливе как чистого металла, так и его сплавов. Требуется четкое соблюдение технологии выполнения работ и требований техники безопасности, поскольку магниевая пыль и мелкая стружка способны загореться самостоятельно при температуре ниже 600 градусов (фактически, стружку магния можно поджечь обычной бытовой спичкой). К примеру, магниевые отливки перед отправкой на термообработку тщательно очищают от заусенцев, стружки и мельчайшей пыли.

Важно знать, что физические свойства магния заметно отличаются в условиях высоких и низких температур. Плотность материала снижается при нагревании до 600 градусов на 6%, а в расплавленном виде составляет всего 1,58 г/см3. Ряд физических характеристик изменяются при нагреве вполне предсказуемо, но некоторые результаты экспериментов еще требуют научного объяснения.

В дополнение описания удивительного металла необходимо отметить, что стружка серебристо-белого металла нередко имеет черный цвет. По этой причине при определении металла необходимо применить спектральный анализ или провести несложную химическую реакцию.

Химические свойства магния

В перечень химических свойств необходимо включить характерную реакцию магния на обработку его паром. При температуре водного пара выше 400 градусов металл растворяется с активным выделением водорода. На обработку теплой водой металл при этом не реагирует. Примечательно, что при плавлении магния в условиях высокой влажности водород исчезает по мере застывания металла.

Определить магний путем химической реакции несложно. Несмотря на то, что металл не растворяется в воде, раствор фенолфталеина в его присутствии сразу придает воде розовый оттенок. Магний устойчив к воздействию на него:

• бензина;
• керосина;
• минеральных масел;
• соды;
• едкой щелочи.

Удивительную способность этого материала притягивать хлор и кислород применяют при восстановлении брома и титана. Кислоты растворяют магний, реакция всегда сопровождается активным выделением кислорода, а порошок этого металла реагирует на воздействие сухими окислителями характерным взрывом.

Для определения типа металла несложно применить взаимодействие магния с кислотами. Известна разная химическая активность металла при контакте с:

• азотной;
• соляной;
• серной кислотой.

При помещении кусочка металла в азотную кислоту он остается на поверхности в окружении пузырьков бурого газа. В соляной кислоте происходит моментальное растворение с выделением тепла, запаха хлора и пузырьков белого газа.

При погружении в водный раствор серной кислоты кусок магния не тонет, а слабая реакция сопровождается выделением белого газа. В неразбавленной серной кислоте процесс взаимодействия идет очень медленно, и не сопровождается явными признаками.

Уникальная формула металлического магния делает его стойким к воздействию галогенов и их различных соединений. Металл никак не реагирует на йод, фтор, сухой хлор, плавиковую кислоту или бром.

Характерные металлические свойства магния прежде активно использовали фотографы для получения вспышки. Металл в виде порошка наносили на специально предназначенную для этого ленту, и в нужный момент поджигали, получая достаточное для съемки освещение.

Получение магния

В промышленности практикуют две технологии получения этого металла:

• электролитическую;
• термическую обработку сырья.

Первый вариант требует смешивания в электролитической ванне обезвоженных хлоридов натрия, магния и калия. При расплаве магний восстанавливается. Полученный металл сливают, ванну наполняют снова сырьевой смесью. На выходе магний имеет в своем составе около 2% примеси. При необходимости его несложно дополнительно очистить, добившись почти идеального показателя. Очищают магний сразу, пока он не остыл.

Получение магния вторым методом предполагает использование в качестве исходного материала доломита или соленой (озерной либо морской) воды. Доломит потребуется перемешать с коксом, разогреть до рабочей температуры не менее 2100 градусов. В технологической установке предусмотрено отведение и конденсация магниевых паров.

Применение добавок

Магний в чистом виде легко поддается механической обработке, но крайне неустойчив к коррозии. Именно по этой причине почти не практикуется использование магния в чистом виде. В состав сплавов чаще всего включают:

• алюминий;
• цинк;
• цирконий.

Пластичность магния возрастает при добавлении 3% алюминия или цинка. При увеличении пропорции добавок сплав приобретает повышенную прочность, не теряя при этом способность к механической обработке.

Добавка кремния заметно улучшает пригодность сплава к изготовлению отливок. Железо и никель снижают устойчивость материала к коррозии. Разнообразные магниевые сплавы делят на:

• литейные (МЛ);
• деформируемые (МА).

В современном промышленном производстве литейные более востребованы. Кроме того, для изготовления некоторых деталей применяют сплав магния с цинком, никелем, медью и железом, поскольку этот материал особенно устойчив к вибрационным нагрузкам.

Где используется магний

Металл с необычными свойствами, как и его разнообразные сплавы, нашли широкое применение в жизни современного человека. Говоря о том, где применяется металл магний, необходимо вспомнить в первую очередь его легкий вес.

Применение магния в быту в первую очередь распространяется на детали и корпуса к цифровой технике (фотокамерам, ноутбукам). Именно благодаря этому уникальному металлу современные устройства обладают малым весом.

Большая часть промышленной добычи сырья направлена на применение магния в промышленности. Металл используется в виде различных конструкционных сплавов в:

• авиастроении;
• производстве автомобилей и спецтехники;
• приборостроении;
• оборудовании для химических производств;
• технологических установках на предприятиях нефтепереработки;
• атомной энергетике.

Сплавы обладают отличной теплопроводностью, прочность и устойчивостью к вибрационным нагрузкам. Они немагнитные, имеют малый собственный вес. Магниевые сплавы активно используют при производстве резервуаров для хранения нефти и продуктов ее перегонки, деталей для атомных установок, технологических насосов, отбойных молотков, ж/д вагонов, трубопроводов.

В советское время изделия из магния можно было найти в автомобиле «Запорожец» и не менее известной всем бензопиле «Дружба» (картер двигателя).

На различных производствах металл в чистом виде применяют для получения чистого алюминия, восстановления редких металлов, повышения технических свойств чугуна и стали.

Металл в виде порошка востребован и в оборонной промышленности благодаря своим уникальным свойствам. Его используют при изготовлении осветительных ракет, трассирующих пуль, свето-шумовых гранат. Кроме того, порошок магния входит в состав горючей смеси для ракет.

В химическом производстве порошок этого металла применяют для удаления влаги из различных веществ органического происхождения (анилина или спирта, к примеру).

Магниево-серные аккумуляторы необходимо отнести к инновационным разработкам, но и на этапе испытаний уже понятно, что они превосходят привычные всем ионно-литиевые по степени емкости. В чистом виде этот металл давно входит в состав различных полупроводников.

Окись металла используют в качестве компонента при производстве резины, некоторых видов огнеупорного кирпича, тиглей, печей на металлургических предприятиях, средств теплоизоляции, химической обработки тканей. Кроме того, магний присутствует в составе лекарственных препаратов и многих косметических средств.