Mg
МАГНІЮ
План:
1. Характеристика елемента.
2. Отримання магнію.
МАГНІЮ
План:
1. Характеристика елемента.
2. Отримання магнію.
3. Властивості магнію.
3.1. Фізичні властивості магнію.
3.2. Хімічні властивості магнію.
4. Сполуки магнію.
4.1. Неорганічні сполуки
4.2. Магнійорганіческіе з'єднання
5. Природні з'єднання магнію
6. Визначення магнію в грунтах, у воді
7. Біологічне значення магнію
8. Області застосування магнію
9. Жорсткість води
10. Практична робота «Визначення жорсткості води»
1. Характеристика елемента
Назва «магнезія» зустрічається вже в III столітті н.е., хоча не зовсім зрозуміло, яку речовину воно позначає. Довгий час магнезит - карбонат магнію - помилково ототожнювали з вапняком - карбонатом кальцію. Слово магнезія походить від назви одного з Грецьких міст - Магнесії. До XVIII століття з'єднання магнію вважали різновидами кальцієвих або натрієвих солей. Відкриттю магнію сприяло вивчення складу мінеральних вод. У 1695 році англійський лікар Крю повідомив, що їм виділено з води епсомского мінерального джерела сіль, володіє лікувальними властивостями, і незабаром був доведений її індивідуальний характер. Потім стали відомі й інші з'єднання магнію. Карбонат магнію отримав назву "біла магнезія", на відміну від «чорної магнезії» - оксиду марганцю. Звідси і співзвуччя назв металів, виділених згодом з цих сполук.
Вперше магній був отриманий Деві (XIX ст.) З окису магнію. Бюсси, Лібіх, Девільс, Карон та ін отримували магній дією парів калію або натрію на хлористий магній.
У 1808 р. англійський хімік Г. Деві електролізом зволоженої суміші магнезії та оксиду ртуті отримав амальгаму невідомого металу, якому і дав назву "магнезії", що збереглося до цих пір в багатьох країнах. У Росії з 1831 року прийнято назву "магній". У 1829 р. Французький хімік А. Бюсси отримав магній, відновлюючи його розплавлений хлорид калієм. Наступний крок до промислового отримання зробив М. Фарадей. У 1830 р. він вперше отримав магній електролізом розплавленого хлористого магнію.
Промислове виробництво магнію електролітичним способом зроблено в Німеччині в кінці XIX ст. Перед другою світовою війною почалося освоєння термічних способів отримання магнію.
В даний час поряд з розвитком електролітичного способу удосконалюються силікотермічним і карботермічним способи отримання магнію. На першій стадії розвитку магнієвої промисловості в якості сировини застосовували хлористі солі карналіт, природні розсоли, хлоромагнієвого лугу калійної промисловості.
Зараз поряд з хлористими солями широко використовують доломіт і магнезит. Великий інтерес представляє застосування в якості сировини для виробництва магнію з морської води. У Росії електролітичний метод отримання магнію вперше розробив П.П. Федотов в 1914 р. у Петроградському політехнічному інституті. У 1931 р. в Ленінграді став до ладу перший дослідний магнієвий завод. Промислове виробництво магнію в СРСР розпочато в 1935 р.
+12 Mg))) 1S 2 2S 2 2P 6 3S 2 3P 0 - електронна формула нормального атома
282
При витраті необхідної енергії один з електронів переходить в P-стан, тобто обидва електрона стають неспареними. Тому магній виявляє ступінь окислення +2.
3S 2-валентні електрони
1S 2 2S 2 2P 6 3S 1 3P 1
3.1. Фізичні властивості магнію.
3.2. Хімічні властивості магнію.
4. Сполуки магнію.
4.1. Неорганічні сполуки
4.2. Магнійорганіческіе з'єднання
5. Природні з'єднання магнію
6. Визначення магнію в грунтах, у воді
7. Біологічне значення магнію
8. Області застосування магнію
9. Жорсткість води
10. Практична робота «Визначення жорсткості води»
1. Характеристика елемента
Назва «магнезія» зустрічається вже в III столітті н.е., хоча не зовсім зрозуміло, яку речовину воно позначає. Довгий час магнезит - карбонат магнію - помилково ототожнювали з вапняком - карбонатом кальцію. Слово магнезія походить від назви одного з Грецьких міст - Магнесії. До XVIII століття з'єднання магнію вважали різновидами кальцієвих або натрієвих солей. Відкриттю магнію сприяло вивчення складу мінеральних вод. У 1695 році англійський лікар Крю повідомив, що їм виділено з води епсомского мінерального джерела сіль, володіє лікувальними властивостями, і незабаром був доведений її індивідуальний характер. Потім стали відомі й інші з'єднання магнію. Карбонат магнію отримав назву "біла магнезія", на відміну від «чорної магнезії» - оксиду марганцю. Звідси і співзвуччя назв металів, виділених згодом з цих сполук.
Вперше магній був отриманий Деві (XIX ст.) З окису магнію. Бюсси, Лібіх, Девільс, Карон та ін отримували магній дією парів калію або натрію на хлористий магній.
У 1808 р. англійський хімік Г. Деві електролізом зволоженої суміші магнезії та оксиду ртуті отримав амальгаму невідомого металу, якому і дав назву "магнезії", що збереглося до цих пір в багатьох країнах. У Росії з 1831 року прийнято назву "магній". У 1829 р. Французький хімік А. Бюсси отримав магній, відновлюючи його розплавлений хлорид калієм. Наступний крок до промислового отримання зробив М. Фарадей. У 1830 р. він вперше отримав магній електролізом розплавленого хлористого магнію.
Промислове виробництво магнію електролітичним способом зроблено в Німеччині в кінці XIX ст. Перед другою світовою війною почалося освоєння термічних способів отримання магнію.
В даний час поряд з розвитком електролітичного способу удосконалюються силікотермічним і карботермічним способи отримання магнію. На першій стадії розвитку магнієвої промисловості в якості сировини застосовували хлористі солі карналіт, природні розсоли, хлоромагнієвого лугу калійної промисловості.
Зараз поряд з хлористими солями широко використовують доломіт і магнезит. Великий інтерес представляє застосування в якості сировини для виробництва магнію з морської води. У Росії електролітичний метод отримання магнію вперше розробив П.П. Федотов в 1914 р. у Петроградському політехнічному інституті. У 1931 р. в Ленінграді став до ладу перший дослідний магнієвий завод. Промислове виробництво магнію в СРСР розпочато в 1935 р.
При витраті необхідної енергії один з електронів переходить в P-стан, тобто обидва електрона стають неспареними. Тому магній виявляє ступінь окислення +2.
3S 2-валентні електрони
1S 2 2S 2 2P 6 3S 1 3P 1
Будова зовнішньої електронної оболонки магнію, що володіє структурою 3S 2, з двома слабо пов'язаними електронами пояснює відновлювальний характер типових реакцій, в яких магній переходить в двовалентний катіон Mg 2 +. Завдяки великому хімічному спорідненості до кисню, магній здатен кисень у багатьох оксидів і хлор у хлоридів. Це властивість останнім часом використовується при магниетермический отриманні титану, цирконію, урану. При кімнатній температурі на повітрі компактний магній хімічно стійкий. На його поверхні утворюється окисна плівка, що оберігає від окислення. При нагріванні хімічна активність магнію зростає. Вважається, що верхній температурний межа стійкості магнію в кисні знаходиться в інтервалі 350-400 о С. Киплячу воду магній розкладає з виділенням водню.
На магній не робить помітного дії дистильована вода, фтористоводнева кислота будь-якої концентрації, хромова кислота, водні розчини фтористих солей і ін
Руйнівна дія робить на магній морська і мінеральна вода, водні розчини соляної, сірчаної, азотної, фосфорної, кремнефтористоводородной кислот, водні розчини галоїдних солей, сірчистих з'єднань, аміак і його водні розчини, органічні кислоти, гліколі і гліколеві суміші, многи альдегіди.
Магній - один з найпоширеніших у земній корі елементів, за поширеністю займає шосте місце після кисню, кремнію, алюмінію, заліза і кальцію. Вміст магнію в літосфері, по А.П. Виноградову, сотавляет 2,10%. У природі магній зустрічається виключно у вигляді сполук і входить до складу багатьох мінералів: карбонатів, силікатів та ін Найважливішими є такі з них: магнезит MgCO 3, доломіт MgCO 3 * CaCO 3, карналіт MgCl 2 * KCL * 6H 2 O, бруціт Mg (OH) 2, кізерит MgSO 4, Епсон MgSO 4 * 7H 2 O, каїніт MgSO 4 * KCl * 3H 2 O, олівін (Mg, Fe) 2 [SiO 4], серпентин H 4 Mg 3 Si 2 O 9.
Природний або природний магній представляє собою суміш трьох стійких ізотопів 24 Mg -78,6%, 25 Mg -10,1%, 26 Mg -11,3%.
У реакціях магній практично завжди виявляє ступінь окислення +2 (валентність II). Для того, щоб перевести атом магнію зі стану 3S 2 в реакційно стан 3S 1 3P 1, потрібно затратити 259 КДж / моль, а при послідовному відриві електронів, тобто іонізації Mg до Mg + і Mg +2, потрібно відповідно 737 КДж / моль і 1450 КДж / моль. Магній кристалізується в гексагональну плотноупакованной грати.
2. ОТРИМАННЯ МАГНІЮ.
Переважаючий промисловий спосіб отримання магнію - електроліз розплаву суміші MgCl 2
розплаву
в безводних MgCl 2, KCl, NaCl. Для отримання розплаву використовують зневоднений карналіт або бімофіт, а також MgCl 2, отриманий хлоруванням MgO або як відхід при виробництві Ti.
Температура електролізу 700-720 о С, аноди графітові, катоди сталеві. Зміст MgCl 2 в розплаві 5-8%, при зниженні концентрації до 4% зменшується вихід магнію по струму, при підвищенні концентрації MgCl 2 вище 8% збільшується витрата електроенергії. Для забезпечення оптимального змісту MgCl 2 періодично відбирають частину відпрацьованого електроліту і додають свіжий карналіт або MgCl 2. Рідкий магній спливає на поверхню електроліту, звідки його відбирають вакуумним ковшем. Витягуваний магнієвий сирець містить 0,1% домішок. Для очищення від неметалевих домішок магній переплавляють з флюсами - хлоридами або фторидами K, Ba, Na, Mg. Глибоку очищення здійснюють перегонкою у вакуумі, зонної плавкою, електролітичним рафінуванням. У результаті отримують магній чистотою 99,999%.
3. ВЛАСТИВОСТІ МАГНІЮ.
3.1. Фізичні властивості магнію.
Магній - сріблисто-білий блискучий метал, порівняно м'який і пластичний, гарний провідник тепла і електрики. Майже в 5 разів легше міді, в 4,5 рази легше заліза; навіть алюміній в 1,5 рази важча магнію. Плавиться магній при темпратуре 651 о С, але у звичайних умовах розплавити його досить важко: нагріте на повітрі до 550 о С він спалахує і миттєво згоряє сліпучо яскравим полум'ям. Смужку магнієвої фольги легко підпалити звичайної сірником, а в атмосфері хлору магній самозаймається навіть при кімнатній температурі. При горінні магнію виділяється велика кількість ультрафіолетових променів і тепла - щоб нагріти склянку крижаної води до кипіння, потрібно спалити всього 4 г магнію.
Магній розташований у головній підгруп другої групи періодичної системи елементів Д.І. Менделєєва. Порядковий номер його - 12, атомна вага - 24,312. Електронна конфігурація атома магнію в збудженому стані 1S 2 2S 2 P 6 3S 2; валентними є електрони зовнішнього шару, відповідно до цього магній проявляє валентність II. У тісному зв'язку з будовою електронних оболонок атома магнію знаходиться його реакційна здатність. Через наявність на зовнішній оболонці тільки двох електронів атом магнію схильний легко віддавати їх для одержання стійкої восьміелектронной конфігурації; тому магній в хімічному відношенні дуже активний.
На повітрі магній окислюється, але утворюється при цьому окісна плівка оберігає метал від подальшого окислення. Нормальний електронний потенціал магнію в кислому середовищі дорівнює -2,37 в, в лужному - 2,69 в. У розбавлених кислотах магній розчиняється вже на холоді. Під фтористоводородной кислоті не розчиняється внаслідок утворення плівки з важкорозчинного у воді фториду MgF 2; в концентрованої сірчаної кислоти майже нерозчинний. Магній легко розчиняється при дії розчинів солей амонію. Розчини лугів на нього не діють. Магній надходить в лабораторії у вигляді порошку або стрічок. Якщо підпалити магнієву стрічку, то вона швидко згорає зі сліпучою спалахом, розвиваючи високу температуру. Магнієві спалаху застосовують у фотографії, у виготовленні освітлювальних ракет. Температура кипіння магнію 1107 о С, щільність = 1,74 г / см 3, радіус атома 1,60 НМ.
3.2. Хімічні властивості магнію.
Хімічні властивості магнію досить своєрідні. Він легко забирає кисень і хлор у більшості елементів, не боїться їдких лугів, соди, гасу, бензину і мінеральних масел. З холодною водою магній майже не взаємодіє, але при нагріванні розкладає її з виділенням водню. У цьому відношенні він займає проміжне положення між берилієм, який взагалі з водою не реагує і кальцієм, легко з нею взаємодіє. Особливо інтенсивно йде реакція з водяною парою, нагрітим вище 380 о С:
Оскільки продуктом цієї реакції є водень ясно, що гасіння палаючого магнію водою неприпустимо: може відбутися освіту гримучої суміші водню з киснем і вибух. Не можна загасити палаючий магній і вуглекислим газом: магній відновлює його вільного вуглецю-4е
Припинити до палаючого магнію доступ кисню можна засипавши його піском, хоча і з оксидом кремнію (IV) магній взаємодіє, але зі значно меншим виділенням теплоти:
-4 Е
2Mg 0 + Si +4 O 2 = 2Mg +2 O + Si 0
цим і визначається можливість використання піску для гасіння кремнію. Небезпека займання магнію при інтенсивному нагріванні одна з причин, за якими його використання як технічного матеріалу обмежена.У електрохімічному ряді напруг магній коштує значно лівіше водню і активно реагує з розведеними кислотами з утворенням солей. У цих реакціях є у магнію особливості. Він не розчиняється у фтороводородной, концентрованої сірчаної і в суміші сірчаної і в суміші азотної кислот, розчинювальною інші метали майже настільки ж ефективно, як "царська горілка" (суміш HCl і HNO 3). Стійкість магнію до розчинення у фтороводородной кислоті пояснюється просто: поверхня магнію покривається нерозчинної у фтороводородной кислоті плівкою фториду магнію MgF 2. Стійкість магнію до досить концентрованої сірчаної кислоти та суміші її з азотною кислотою пояснити складніше, хоча і в цьому випадку причина криється в пасивації поверхні магнію. З розчинами лугів і гідроксиду амонію магній практично не взаємодіє. А ось з розчинами амонійних солей реакція хоча і повільно, але відбувається:
2NH + 4 + Mg = Mg 2 + + 2NH 3 + H 2
Дивного в цій реакції немає. Ця реакція та ж по суті, що й реакція витіснення металами водню з кислот. В одному з визначень кислотою називають речовину, дисоціюють з утворенням іонів водню. Саме так може диссоциировать та іон NH4:
Реакція ж
-2 EMg 0 + 2HCl = Mg +2 Cl 2 + H 0 2
При нагріванні магнію в атмосфері галогенів відбувається займання та освіта галоїдних солей.
Причина займання - дуже велике тепловиділення, як і у випадку реакції магнію з киснем. Так при утворенні 1 моль хлориду магнію з магнію і хлору виділяється 642 КДж. При нагріванні магній з'єднується з сіркою (MgS), і з азотом (Mg 3 N 2). При підвищеному тиску і нагріванні з воднем магній утворює гідрид магнію
-2 E
Велике спорідненість магнію до хлору дозволило створити нове металургійне виробництво - "магніетермію" - отримання металів в результаті реакції
MeCln +0,5 nMg = Me +0,5 nMgCl 2
цим методом одержують метали, які відіграють дуже важливу роль у сучасній техніці - цирконій, хром, торій, берилій. Легкий і міцний "метал космічної ери" - титан практично весь отримують таким способом.Сутність виробництва зводиться до наступного: при отриманні металевого магнію електролізом розплаву хлориду магнію в якості побічного продукту утворюється хлор. Цей хлор використовують для отримання хлориду титану (IV) TiCl 4, який магнієм відновлюється до металевого титану
-4e
Утворився хлорид магнію знову використовується для виробництва магнію і т.д. На основі цих реакцій працюють титаномагнієвий комбінат. Попутно з титаном і магнієм отримують при цьому і інші продукти, такі, як бертолетової сіль KClO 3, хлор, бром і вироби - фібролітові і ксілітовие плити, про які буде сказано нижче. У такому комплексному виробництві ступінь використання сировини, рентабельність виробництва висока, а маса відходів не велика, що особливо важливо для охорони навколишнього середовища від забруднень.
4. Сполуки магнію.
Для аналітичної хімії магнію мають значення його важкорозчинні і особливо внутрішньокомплексних (безбарвні, забарвлені або флуорісцірующіе) з'єднання. Поляризаційні здатність іона Mg 2 + невисока, а по величині кеффіціента поляризації, що характеризує кількісно деформованість іона, магній поступається більшості металів. Тому комплексні сполуки магнію порівняно малостійкі і утворюються, як правило, тільки в лужному середовищі. Тим не менш, вони мають надзвичайно важливе значення для аналітичної хімії магнію. Менша стійкість деяких комплексних сполук магнію, в порівнянні з комплексами інших металів, іноді використовується для маскування останніх при визначенні магнію титриметрическим, фотометричними та іншими методами.
4.1. Неорганічні сполуки магнію.
Найважливіші сполуки магнію: оксид, гідроксид та солі магнію.
Оксид магнію - MgO добре знайомий тим, хто займається гімнастикою. Нанесений на долоні порошок оксиду магнію (магнезії) охороняє спортсмена від небезпеки зірватися з гімнастичного снаряда (наприклад перекладини).
Оксид магнію - легкий, пухкий порошок білого кольору, легко зв'язує воду. На цьому й грунтується його застосування гімнастами.
-4е
MgO утворюється при прожарюванні гідроокису і багатьох інших сполук магнію. Окис магнію плавиться при 2800 о С, розчинність її у воді становить 0,00062 г/100 г при 20 о С. Аморфна окис магнію, отримана прокаливанием сполук магнію при низьких температурах, гігроскопічна, легко поглинає з повітря вологу і вуглекислий газ з утворенням основних карбонатів; добре розчиняється в кислотах і у солях амонію. При прожарюванні до 1000 о С і вище утворюється кристалічна окис магнію (кубічна гратка), яка втрачає здатність поглинати вологу і розчинятися в кислотах. За літературними даними, прокаленная при 1000 о С окис магнію не змінює своєї ваги, якщо навіть залишити на одну годину на повітрі. Все ж таки бажано охолоджувати окис магнію при вагових визначеннях в ексикаторі і зважувати по можливості швидко.
Оксид магнію зустрічається в природі у вигляді мінералу періклаза. Одержуваний прокаливанием природного магнезиту оксид магнію є вихідним продуктом і для отримання самого магнію, і для отримання штучних будівельних матеріалів ("ксилоліт"). В основі ксилоліту лежить магнезіальний цемент, що отримується змішуванням прокаленного оксиду магнію з 30% розчином хлориду магнію. Освіта полімерної структури з атомів магнію, пов'язаних в ланцюг-O-Mg-O-Mg-O-, призводить до того, що суміш через кілька годин утворює білу, дуже міцну і легко полірується масу. При виготовленні ксилоліту до суміші домішують деревна тирса і інші наповнювачі. Ксилолітові плити використовують для покриття підлог.
Карбонат магнію (MgCO 3) - безбарвна кристалічна речовина, важкорозчинні у воді - розчинність його 0,0094 г/100г при 18 о С. Карбонат з водних розчинів виділяється лише в присутності великого надлишку оксиду вуглецю (IV) CO 2; зазвичай утворюються основні карбонати. З них основний карбонат 3MgCO 3 * Mg (OH) 2 * 3H 2 O - з'єднання, важкорозчинні у воді (0,04 г/100г), але розчинна у солях амонію. При 900-1000 о С розкладається з утворенням окису магнію. При пропущенні вуглекислого газу через водну завись карбонату магнію відбувається його розчинення, завдяки утворенню кислої солі (гідрокарбонату).
MgCO 3 + CO 2 + H 2 O Mg (HCO 3) 2
Подвійний карбонат магнію та кальцію MgCO 3 * CaCO 3 - доломіт - найпоширеніше природне з'єднання магнію, утворює величезні поклади, у яких мінерал часто буває забарвлений домішками в більш-менш темні кольори. Карбонати магнію - магнезит і доломіт широко застосовують для виготовлення вогнетривких матеріалів шляхом випалу їх до оксидів. Такі матеріали йдуть, наприклад, на обкладку внутрішньої поверхні конвертерів для виробництва сталі. Полуобожженний доломіт - суміш MgO і CaCO 3 використовують для виготовлення будівельних плит і як добавка в грунт і воду для зменшення їх кислотності.
Штучно приготований основний карбонат магнію є вихідним матеріалом для приготування інших сполук магнію, він розчиняється в кислотах набагато швидше, ніж магнезит. Крім того, його застосовують як складову частину пудри, зубних порошків, а так само як наповнювач у виробництві фарб, паперу та гуми.
Сульфат магнію MgSo 4
З кислот магній виділяє водень:
Mg + H 2 SO 4 = MgSO 4 + H 2
MgSO 4, на відміну від важкорозчинних сульфатів лужноземельних металів легко розчинний у воді; розчинність 36,6 г MgSO 4 / 100 г при 18 о С. Утворює кристалогідрати з 1,2,3,5,6,7 і 12 молекулами води, з яких найважливішими є моногідрат (кізерит) і гептагідрат (гірка сіль). Кізерит MgSO 4 * H 2 O зневоднюється при 320-300 о С. Безводний MgSO 4 при температурі 1100-1200 о С частково розкладається на MgO, SO 2 і O 2. Кізерит зустрічається в природі у вигляді домішок в родовищах калійних солей і карналіту. Цікаво, що незважаючи на значну розчинність сульфату магнію, кізерит дуже повільно переходить в розчин. Тому при вилуговуванні калійних солей залишається в осаді у вигляді схожої на пісок маси, яку переробляють в гірку сіль. Гірка сіль MgSO 4 * 7H 2 O у природі міститься в осадових породах, що залишаються після висихання озер, а також кристалізується з вод мінеральних джерел. На повітрі поступово вивітрюється. Застосовується для просочення марлі з метою зниження її горючості, як наповнювач у виробництві паперу і в медицині - як проносне. Сульфат магнію гідролізується дуже слабо: 0,2 N розчин його при 25 о С показує ступінь гідролізу 0,0047%.
Гідроокис магнію
2MgO +2 H 2 O = 2Mg (OH) 2 виділяється при дії лугів на розчини солей магнію у вигляді об'ємистого драглистого осаду. Гідроокис магнію - слабка основа, легко розчиняється в кислотах, з повітря поглинає вуглекислий газ. Розчинність її у воді залежить від ступеня старіння, для свежеосажденная гідроокису магнію становить 7,0 * 10 -4 моль / л.
Хлорид магнію
-2е
утворює гідрати з 1,2,4,6 молекулами води. Розчинність його у воді 54,5 г/100г при 20 о С (у розрахунку на безводну сіль). Хлорид магнію з хлоридами лужних металів утворює подвійні солі, найважливіші з них - карналіт
MgCl 2 * KCl 2 * 6H 2 O.
Для нітрату магнію Mg (NO 3) 2 відомі гідрати з 2,6 і 9 молекулами води. Розчинність Mg (NO 3) 2 * 6H 2 O у воді при 25 о С складає 75г/100г, для Mg (NO 3) 2 * 9H 2 O) при 25 о С - 50,6 г/100г. Отримання:
Mg + 2HNO 3 Mg (NO 3) 2 + H 2
Фторид магнію MgF 2 - важкорозчинні у воді з'єднання. Плавиться при 1265 о С, з фторидами лужних металів утворює подвійні солі типу
M 1 F * MgF 2 і 2M 1 F * MgF 2.
4.2. Магнійорганіческіе з'єднання.
Сполуки магнію з органічними кислотами.
Ацетат магнію Mg (CH 3 COO) 2 - добре розчинне у воді з'єднання.
Оксалат магнію MgC 2 O 4 - важкорозчинних сполук. У розчинах оксалатів лужних металів або амонію оксалат магнію утворює комплексний іон [Mg (C 2 O 4) 2] -2.
З органічних кислот велике значення мають амінополікарбоновие кислоти - комплексони, особливо комплексон III. Міцність комплексонату магнію значно нижче, ніж комплексонатів майже всіх інших металів.
Пофарбований з'єднання магнію з органічними реагентами.
Для аналітичної хімії магнію велике значення мають забарвлені сполуки його з органічними реагентами, що використовуються як комплексонометричний індикаторів, для фотометричного визначення і для виявлення магнію. Іон магнію не має хромофорних дією, тому кольорові реакції дають лише сполуки його з пофарбованими органічними реагентами. З них найбільш важливі Азосполуки, менше значення мають тріфенілметанової барвники та з'єднання інших класів.
Оксид магнію - MgO добре знайомий тим, хто займається гімнастикою. Нанесений на долоні порошок оксиду магнію (магнезії) охороняє спортсмена від небезпеки зірватися з гімнастичного снаряда (наприклад перекладини).
Оксид магнію - легкий, пухкий порошок білого кольору, легко зв'язує воду. На цьому й грунтується його застосування гімнастами.
-4е
2Mg 0 + C +4 O 2 2Mg +2 O - + C 0
-4е t
2Mg 0 + O 2 0 2Mg +2 O -2
MgO утворюється при прожарюванні гідроокису і багатьох інших сполук магнію. Окис магнію плавиться при 2800 о С, розчинність її у воді становить 0,00062 г/100 г при 20 о С. Аморфна окис магнію, отримана прокаливанием сполук магнію при низьких температурах, гігроскопічна, легко поглинає з повітря вологу і вуглекислий газ з утворенням основних карбонатів; добре розчиняється в кислотах і у солях амонію. При прожарюванні до 1000 о С і вище утворюється кристалічна окис магнію (кубічна гратка), яка втрачає здатність поглинати вологу і розчинятися в кислотах. За літературними даними, прокаленная при 1000 о С окис магнію не змінює своєї ваги, якщо навіть залишити на одну годину на повітрі. Все ж таки бажано охолоджувати окис магнію при вагових визначеннях в ексикаторі і зважувати по можливості швидко. Оксид магнію зустрічається в природі у вигляді мінералу періклаза. Одержуваний прокаливанием природного магнезиту оксид магнію є вихідним продуктом і для отримання самого магнію, і для отримання штучних будівельних матеріалів ("ксилоліт"). В основі ксилоліту лежить магнезіальний цемент, що отримується змішуванням прокаленного оксиду магнію з 30% розчином хлориду магнію. Освіта полімерної структури з атомів магнію, пов'язаних в ланцюг-O-Mg-O-Mg-O-, призводить до того, що суміш через кілька годин утворює білу, дуже міцну і легко полірується масу. При виготовленні ксилоліту до суміші домішують деревна тирса і інші наповнювачі. Ксилолітові плити використовують для покриття підлог.
Карбонат магнію (MgCO 3) - безбарвна кристалічна речовина, важкорозчинні у воді - розчинність його 0,0094 г/100г при 18 о С. Карбонат з водних розчинів виділяється лише в присутності великого надлишку оксиду вуглецю (IV) CO 2; зазвичай утворюються основні карбонати. З них основний карбонат 3MgCO 3 * Mg (OH) 2 * 3H 2 O - з'єднання, важкорозчинні у воді (0,04 г/100г), але розчинна у солях амонію. При 900-1000 о С розкладається з утворенням окису магнію. При пропущенні вуглекислого газу через водну завись карбонату магнію відбувається його розчинення, завдяки утворенню кислої солі (гідрокарбонату).
Подвійний карбонат магнію та кальцію MgCO 3 * CaCO 3 - доломіт - найпоширеніше природне з'єднання магнію, утворює величезні поклади, у яких мінерал часто буває забарвлений домішками в більш-менш темні кольори. Карбонати магнію - магнезит і доломіт широко застосовують для виготовлення вогнетривких матеріалів шляхом випалу їх до оксидів. Такі матеріали йдуть, наприклад, на обкладку внутрішньої поверхні конвертерів для виробництва сталі. Полуобожженний доломіт - суміш MgO і CaCO 3 використовують для виготовлення будівельних плит і як добавка в грунт і воду для зменшення їх кислотності.
Штучно приготований основний карбонат магнію є вихідним матеріалом для приготування інших сполук магнію, він розчиняється в кислотах набагато швидше, ніж магнезит. Крім того, його застосовують як складову частину пудри, зубних порошків, а так само як наповнювач у виробництві фарб, паперу та гуми.
Сульфат магнію MgSo 4
З кислот магній виділяє водень:
MgSO 4, на відміну від важкорозчинних сульфатів лужноземельних металів легко розчинний у воді; розчинність 36,6 г MgSO 4 / 100 г при 18 о С. Утворює кристалогідрати з 1,2,3,5,6,7 і 12 молекулами води, з яких найважливішими є моногідрат (кізерит) і гептагідрат (гірка сіль). Кізерит MgSO 4 * H 2 O зневоднюється при 320-300 о С. Безводний MgSO 4 при температурі 1100-1200 о С частково розкладається на MgO, SO 2 і O 2. Кізерит зустрічається в природі у вигляді домішок в родовищах калійних солей і карналіту. Цікаво, що незважаючи на значну розчинність сульфату магнію, кізерит дуже повільно переходить в розчин. Тому при вилуговуванні калійних солей залишається в осаді у вигляді схожої на пісок маси, яку переробляють в гірку сіль. Гірка сіль MgSO 4 * 7H 2 O у природі міститься в осадових породах, що залишаються після висихання озер, а також кристалізується з вод мінеральних джерел. На повітрі поступово вивітрюється. Застосовується для просочення марлі з метою зниження її горючості, як наповнювач у виробництві паперу і в медицині - як проносне. Сульфат магнію гідролізується дуже слабо: 0,2 N розчин його при 25 о С показує ступінь гідролізу 0,0047%.
Перхлорат магнію
Mg (ClO 4) 2 - "ангідрон", дає гідрати з 2,4,6 молекулами води. Розчинність у воді 99,6 г/100г при 25 о С. Безводний перхлорат магнію дуже сильно поглинає вологу; вище 250 о С він розкладається. Використовується як осушувач органічних речовин і газів.Гідроокис магнію
2MgO +2 H 2 O = 2Mg (OH) 2 виділяється при дії лугів на розчини солей магнію у вигляді об'ємистого драглистого осаду. Гідроокис магнію - слабка основа, легко розчиняється в кислотах, з повітря поглинає вуглекислий газ. Розчинність її у воді залежить від ступеня старіння, для свежеосажденная гідроокису магнію становить 7,0 * 10 -4 моль / л.
Хлорид магнію
-2е
Mg 0 + Cl 2 0 Mg +2 Cl 2 -
утворює гідрати з 1,2,4,6 молекулами води. Розчинність його у воді 54,5 г/100г при 20 о С (у розрахунку на безводну сіль). Хлорид магнію з хлоридами лужних металів утворює подвійні солі, найважливіші з них - карналіт MgCl 2 * KCl 2 * 6H 2 O.
Для нітрату магнію Mg (NO 3) 2 відомі гідрати з 2,6 і 9 молекулами води. Розчинність Mg (NO 3) 2 * 6H 2 O у воді при 25 о С складає 75г/100г, для Mg (NO 3) 2 * 9H 2 O) при 25 о С - 50,6 г/100г. Отримання:
Фторид магнію MgF 2 - важкорозчинні у воді з'єднання. Плавиться при 1265 о С, з фторидами лужних металів утворює подвійні солі типу
M 1 F * MgF 2 і 2M 1 F * MgF 2.
4.2. Магнійорганіческіе з'єднання.
Сполуки магнію з органічними кислотами.
Ацетат магнію Mg (CH 3 COO) 2 - добре розчинне у воді з'єднання.
Оксалат магнію MgC 2 O 4 - важкорозчинних сполук. У розчинах оксалатів лужних металів або амонію оксалат магнію утворює комплексний іон [Mg (C 2 O 4) 2] -2.
З органічних кислот велике значення мають амінополікарбоновие кислоти - комплексони, особливо комплексон III. Міцність комплексонату магнію значно нижче, ніж комплексонатів майже всіх інших металів.
Пофарбований з'єднання магнію з органічними реагентами.
Для аналітичної хімії магнію велике значення мають забарвлені сполуки його з органічними реагентами, що використовуються як комплексонометричний індикаторів, для фотометричного визначення і для виявлення магнію. Іон магнію не має хромофорних дією, тому кольорові реакції дають лише сполуки його з пофарбованими органічними реагентами. З них найбільш важливі Азосполуки, менше значення мають тріфенілметанової барвники та з'єднання інших класів.
з'єднання магнію з азобарвниками.
При взаємодії магнію з деякими азобарвниками утворюються інтенсивно забарвлені внутрішньокомплексних з'єднання. Саввін і Петрова вивчили кольорові реакції магнію з азосоединениями на основі хромотропні кислоти. Деякі з них з магнієм дають інтенсивно забарвлені комплекси, придатні для фотометричного визначення магнію. Діль і Еллінгбое вивчили освіта магнієм забарвлених сполук з 26 моноазосоедіненіямі з метою використання їх як індикаторів для комплексонометріческого визначення магнію.
До магнійорганіческім відносять хімічні сполуки, в яких атом вуглецю безпосередньо пов'язаний з атомом магнію. Вони представляють окремий дуже важливий клас сполук магнію. З їх допомогою хіміки синтезували величезна кількість органічних сполук: лікарських препаратів, вітамінів, запашних речовин і т.д. Історія металоорганічних сполук почалася в 1849 р, коли молодий англійський хімік Франкланд отримав речовину, в якому атом вуглецю був безпосередньо пов'язаний з цинком. Своєю здатністю вступати в усі можливі реакції вони відразу ж привернули увагу хіміків. Проте їхня надзвичайна активність, наприклад, вони миттєво самозаймається на повітрі, сильно ускладнювала роботу з цими речовинами. У 1899 р французький вчений Ф. Барб'є запропонував замінити цинк на магній, виявивши, що в присутності діетилового, "сірчаного" ефіру магній легко входить в ті ж реакції, що і цинк.
Магнійорганіческіе з'єднання виявилися значно ефективніше цинко-органічних, менш небезпечними в обігу і набули широкого поширення. Особлива заслуга в їх дослідженні і впровадженні в лабораторну практику належить видатному французькому хіміку В. Гриньяра. У 1900р він удосконалив метод синтезу, запропонувавши розділити реакцію на дві стадії: 1 - утворення змішаного магнійорганіческого з'єднання в ефірному середовищі:
CH 3 Cl + Mg CH 3 MgCl
R1X + Mg RMgX, де R - вуглеводневий радикал, а Х - галоген; 2 - взаємодія RMgX зі з'єднанням, що містить карбонільну групу, призводить до утворення нової вуглець-вуглецевого зв'язку. Реакції такого типу отримали назву по імені автора відкриття - "реакції Гриньяра". За ці роботи В. Гріньяр був удостоєний в 1912р Нобелівської премії. Магнійорганіческіе галогеніди знайшли широке застосування в органічному синтезі. З їх допомогою можна отримувати з'єднання різних класів спирти, альдегіди, кетони, ефіри, органічні кислоти і т.д. Сам В. Гріньяр писав 1926р так: "Подібно до добре налагодженої скрипці, магнійорганіческіе з'єднання під досвідченими пальцями можуть дати звучання все новим несподіваним і більше гармонійним акордом ". Використання магнійорганіческіх сполук дозволило отримати органічні похідні багатьох елементів і призвело до розвитку цілого напрямку - хімії елементоорганічних сполук, успішно розвивається в нашій країні школою академіка О.М. Несмеянова.
На жаль, створення великомасштабного виробництва на основі магнійорганіческіх сполук зустрічає значні труднощі через виняткову пожежонебезпеки ефіру. В даний час розробляються методики застосування магнійорганіческіх сполук з використанням не настільки горючих розчинників. Ймовірно, недалеко той час, коли магнійорганіческіе з'єднання будуть застосовуватися і в хімічній технології.
При взаємодії магнію з деякими азобарвниками утворюються інтенсивно забарвлені внутрішньокомплексних з'єднання. Саввін і Петрова вивчили кольорові реакції магнію з азосоединениями на основі хромотропні кислоти. Деякі з них з магнієм дають інтенсивно забарвлені комплекси, придатні для фотометричного визначення магнію. Діль і Еллінгбое вивчили освіта магнієм забарвлених сполук з 26 моноазосоедіненіямі з метою використання їх як індикаторів для комплексонометріческого визначення магнію.
До магнійорганіческім відносять хімічні сполуки, в яких атом вуглецю безпосередньо пов'язаний з атомом магнію. Вони представляють окремий дуже важливий клас сполук магнію. З їх допомогою хіміки синтезували величезна кількість органічних сполук: лікарських препаратів, вітамінів, запашних речовин і т.д. Історія металоорганічних сполук почалася в 1849 р, коли молодий англійський хімік Франкланд отримав речовину, в якому атом вуглецю був безпосередньо пов'язаний з цинком. Своєю здатністю вступати в усі можливі реакції вони відразу ж привернули увагу хіміків. Проте їхня надзвичайна активність, наприклад, вони миттєво самозаймається на повітрі, сильно ускладнювала роботу з цими речовинами. У 1899 р французький вчений Ф. Барб'є запропонував замінити цинк на магній, виявивши, що в присутності діетилового, "сірчаного" ефіру магній легко входить в ті ж реакції, що і цинк.
Магнійорганіческіе з'єднання виявилися значно ефективніше цинко-органічних, менш небезпечними в обігу і набули широкого поширення. Особлива заслуга в їх дослідженні і впровадженні в лабораторну практику належить видатному французькому хіміку В. Гриньяра. У 1900р він удосконалив метод синтезу, запропонувавши розділити реакцію на дві стадії: 1 - утворення змішаного магнійорганіческого з'єднання в ефірному середовищі:
На жаль, створення великомасштабного виробництва на основі магнійорганіческіх сполук зустрічає значні труднощі через виняткову пожежонебезпеки ефіру. В даний час розробляються методики застосування магнійорганіческіх сполук з використанням не настільки горючих розчинників. Ймовірно, недалеко той час, коли магнійорганіческіе з'єднання будуть застосовуватися і в хімічній технології.
5. Природні з'єднання магнію.
Мінерали, до складу яких входить магній, використовувалися людиною, починаючи з кам'яного століття. Зелений, змішаний магнієво-кальцієвий мінерал складу 2CaO * 5ЕO * H 2 O * 8SiO 2 (Е-позначає змінну кількість магнію і заліза) має великий "в'язкістю", він не розтріскується, не розшаровується при ударі. З цього мінералу первісні люди виготовляли перші, примітивні інструменти. Зразки таких знайдених у розкопках інструментів можна побачити в багатьох музеях. За цим мінералом збереглася назва, дане йому лікарями давнини - "нефрит". Вважалося, що розмелений порошок нефриту допомагає при захворюваннях нирок. Інший магнієвий мінерал - азбест використовується здавна для виготовлення гнотів. На відміну від гнотів з бавовни, повсть та інших матеріалів органічної природи горіти в азбесту нічому: склад його виражається формулою
3MgO * 2H 2 O * 2SiO 2.
Широко відомий і інший магнієвий мінерал - тальк, який містить на кожну частку магнію вдвічі більше оксиду кремнію (IV)
3MgO * H 2 O * 4SiO 2.
Цей мінерал називають також "мильним каменем", стеатита або, по-російськи, "жировиків". Тальком присипають поверхню готових гумових виробів у уникнення їх злипання при зберіганні.
Світ мінералів багатий і різноманітний. їх відомо більше двох тисяч. Близько 10% з цієї величезної кількості мінералів - магнієві. Магній за поширеністю в природі займає восьме місце. У більшій частині цих мінералів, як і в нефриті, азбест та тальк, оксид магнію пов'язаний з кремнеземом SiO 2 - найпоширенішим хімічною сполукою на Землі. Разом з магнієм до складу магнієвих мінералів часом входять і інші елементи - метали. Один з таких мінералів - олівін Е 2 SiO 4, де Е означає сумарне число атомів магнію і заліза. Серед мінералів магнію є й такі, які за красою можуть конкурувати з відомими дорогоцінними каменями. Це водний силікат магнію, забарвлений домішками в густий винно-жовтий колір, виявлений на Памірі - кліногуліт; він схожий на дорогоцінний цирконієвий мінерал - глауліт.
Величезна кількість магнію міститься у водах океанів, морів і солоних озер. У середньому в одному м3 води міститься більше одного кілограма магнію. У деяких країнах, що не мають магнієвої сировини (Англія, Норвегія, Італія), налагоджено виробництво магнію з морської води. Морське походження мають і копалини родовища магнієвого мінералу "карналіту". У віддаленому геологічному минулому Землі неодноразово утворювалися і висихали моря і озера. При їх випаровуванні утворилися гігантські поклади природних солей магнію - карналіт - MgCl 2 * KCl * 6H 2 O.
6. ВИЗНАЧЕННЯ МАГНІЮ У грунті, у воді.
Загальний вміст магнію в грунтах коливається в межах від 0,1 до 1%, вміст обмінного магнію складає соті й десяті частки відсотка.
Методи виділення магнію з грунту. Для вилучення обмінного магнію з грунту, запропоновані різні екстрагенту: 1М нейтральний розчин CH 3 COONH 4, 2М розчин CH 3 COONH 4 і т.д.
Метоти визначення. Обмінний магній у грунтах можна визначити комплексонометричний методом. Однак через незначну вмісту магнію в грунтах для його визначення краще застосовувати ортометріческіе методи: з титановим жовтим, 8-оксихинолином і діамантовим жовтим.
15 мл екстракту грунту, отриманого обробкою 1М розчину CH 3 COONH 4, поміщають у мірну колбу ємністю 25 мл. Якщо об'єм аліквотної частини менше 15 мл, то його доводять до 15 мл 1М розчином CH 3 COONH 4, додають послідовно, перемішуючи розчин після додавання кожного реагенту: 5 мл суміші, яка містить рівні частини однопроцентного розчину полівінілового спирту, 0,5% розчину NaHSO 3 і компенсаційного розчину, 1 мл 0,04% розчину титанового жовтого, 4мл 10N розчину NaOH і вимірюють оптичну щільність на фотоколориметр при 540 НМ.
Обмінний магній у грунтах можна визначати атомно-абсорбційним методом. 10г грунту струшують 30 хвилин з 50 мл 1М розчину CH 3 COONH 4 із pH 5,9. Суміш фільтрують, промивають тим же розчином. Фільтрат з промивними водами розбавляють 1М розчином CH 3 COONH 4 в мірній колбі до 100 мл, розпилюють в полум'я і фотометрують. Стандартні розчини для отримання даних для складання калібрувального графіка повинні містити 0-100 мкг Mg / мл. Їх готують розведенням суміші, що містить 500 мкг Mg / мл, 2 мг Ca / мл, 50 мкг Na / мл і 125 мкг K / мл в 1 М розчині CH 3 COONH 4.
Визначення у воді, кисоту та електролітах.
Для визначення магнію у воді можна використовувати фотометричний метод з пікроміназо.
5-10 мл води переносять у мірну колбу ємністю 50 мл, додають 2 мл 0,005% розчину мікроміназо, 5 мл 0,5% розчину желатину, 15 мл 20% розчину NaOH і доводять об'єм водою до мітки. Через 10-15 хвилин вимірюють оптичну щільність. Малі кількості магнію в летючих кислотах запропоновано визначати комплексонометричний методом після видалення кислоти випарюванням насухо.
7. Біологічне значення МАГНІЮ.
Жива матерія містить соті частки відсотка магнію, але ці частки відсотка виключно важливі. Магній входить до складу хлорофілу - зеленого пігменту рослин, первинного приймача сонячної енергії. З поглинання світла хлорофілом починається один з важенйшіх природних процесів - фотосинтез. Його продуктами є і основна рослинна маса, і кисень. Без магнію немає хлорофілу, а без хлорофілу було б неможливе життя на нашій планеті. Функція молекул хлорофілу полягає в положенні фотонів червоній області видимого спектру (близько 700 нМ) і передачі енергії збудження іншим частинкам, які беруть участь у ланцюзі реакцій, що призводять, в кінцевому рахунку, до з'єднання води і вуглекислого газу та їх перетворення на глюкозу з одночасним виділенням молекулярного кисню
3MgO * 2H 2 O * 2SiO 2.
Широко відомий і інший магнієвий мінерал - тальк, який містить на кожну частку магнію вдвічі більше оксиду кремнію (IV)
3MgO * H 2 O * 4SiO 2.
Цей мінерал називають також "мильним каменем", стеатита або, по-російськи, "жировиків". Тальком присипають поверхню готових гумових виробів у уникнення їх злипання при зберіганні.
Світ мінералів багатий і різноманітний. їх відомо більше двох тисяч. Близько 10% з цієї величезної кількості мінералів - магнієві. Магній за поширеністю в природі займає восьме місце. У більшій частині цих мінералів, як і в нефриті, азбест та тальк, оксид магнію пов'язаний з кремнеземом SiO 2 - найпоширенішим хімічною сполукою на Землі. Разом з магнієм до складу магнієвих мінералів часом входять і інші елементи - метали. Один з таких мінералів - олівін Е 2 SiO 4, де Е означає сумарне число атомів магнію і заліза. Серед мінералів магнію є й такі, які за красою можуть конкурувати з відомими дорогоцінними каменями. Це водний силікат магнію, забарвлений домішками в густий винно-жовтий колір, виявлений на Памірі - кліногуліт; він схожий на дорогоцінний цирконієвий мінерал - глауліт.
Величезна кількість магнію міститься у водах океанів, морів і солоних озер. У середньому в одному м3 води міститься більше одного кілограма магнію. У деяких країнах, що не мають магнієвої сировини (Англія, Норвегія, Італія), налагоджено виробництво магнію з морської води. Морське походження мають і копалини родовища магнієвого мінералу "карналіту". У віддаленому геологічному минулому Землі неодноразово утворювалися і висихали моря і озера. При їх випаровуванні утворилися гігантські поклади природних солей магнію - карналіт - MgCl 2 * KCl * 6H 2 O.
6. ВИЗНАЧЕННЯ МАГНІЮ У грунті, у воді.
Загальний вміст магнію в грунтах коливається в межах від 0,1 до 1%, вміст обмінного магнію складає соті й десяті частки відсотка.
Методи виділення магнію з грунту. Для вилучення обмінного магнію з грунту, запропоновані різні екстрагенту: 1М нейтральний розчин CH 3 COONH 4, 2М розчин CH 3 COONH 4 і т.д.
Метоти визначення. Обмінний магній у грунтах можна визначити комплексонометричний методом. Однак через незначну вмісту магнію в грунтах для його визначення краще застосовувати ортометріческіе методи: з титановим жовтим, 8-оксихинолином і діамантовим жовтим.
15 мл екстракту грунту, отриманого обробкою 1М розчину CH 3 COONH 4, поміщають у мірну колбу ємністю 25 мл. Якщо об'єм аліквотної частини менше 15 мл, то його доводять до 15 мл 1М розчином CH 3 COONH 4, додають послідовно, перемішуючи розчин після додавання кожного реагенту: 5 мл суміші, яка містить рівні частини однопроцентного розчину полівінілового спирту, 0,5% розчину NaHSO 3 і компенсаційного розчину, 1 мл 0,04% розчину титанового жовтого, 4мл 10N розчину NaOH і вимірюють оптичну щільність на фотоколориметр при 540 НМ.
Обмінний магній у грунтах можна визначати атомно-абсорбційним методом. 10г грунту струшують 30 хвилин з 50 мл 1М розчину CH 3 COONH 4 із pH 5,9. Суміш фільтрують, промивають тим же розчином. Фільтрат з промивними водами розбавляють 1М розчином CH 3 COONH 4 в мірній колбі до 100 мл, розпилюють в полум'я і фотометрують. Стандартні розчини для отримання даних для складання калібрувального графіка повинні містити 0-100 мкг Mg / мл. Їх готують розведенням суміші, що містить 500 мкг Mg / мл, 2 мг Ca / мл, 50 мкг Na / мл і 125 мкг K / мл в 1 М розчині CH 3 COONH 4.
Визначення у воді, кисоту та електролітах.
Для визначення магнію у воді можна використовувати фотометричний метод з пікроміназо.
5-10 мл води переносять у мірну колбу ємністю 50 мл, додають 2 мл 0,005% розчину мікроміназо, 5 мл 0,5% розчину желатину, 15 мл 20% розчину NaOH і доводять об'єм водою до мітки. Через 10-15 хвилин вимірюють оптичну щільність. Малі кількості магнію в летючих кислотах запропоновано визначати комплексонометричний методом після видалення кислоти випарюванням насухо.
7. Біологічне значення МАГНІЮ.
Жива матерія містить соті частки відсотка магнію, але ці частки відсотка виключно важливі. Магній входить до складу хлорофілу - зеленого пігменту рослин, первинного приймача сонячної енергії. З поглинання світла хлорофілом починається один з важенйшіх природних процесів - фотосинтез. Його продуктами є і основна рослинна маса, і кисень. Без магнію немає хлорофілу, а без хлорофілу було б неможливе життя на нашій планеті. Функція молекул хлорофілу полягає в положенні фотонів червоній області видимого спектру (близько 700 нМ) і передачі енергії збудження іншим частинкам, які беруть участь у ланцюзі реакцій, що призводять, в кінцевому рахунку, до з'єднання води і вуглекислого газу та їх перетворення на глюкозу з одночасним виділенням молекулярного кисню
6CO 2 + 6H 2 O = C 6 H 12 O 6 + 6O 2
Досліди, проведені угорськими вченими на тваринах, показали, що нестача магнію в організмі підвищує схильність до інфаркту. Французькі біологи вважають, що магній допоможе медикам боротися з таким серйозним недугою XXв, як перевтома. Дослідження показують, що в крові втомлених людей зменшується вміст магнію, він як би, «згоряє», що призводить до порушень роботи серцевих м'язів. При нестачі в грунті солей магнію ріст і розвиток рослин припиняються. При використанні органічних добрив забезпечується кругообіг магнію. У випадку ж застосування тільки мінеральних добрив необхідно періодичне введення в грунт і магнієвих сполук. Особливо потребують магнієвої підгодівлі рослини-сахароносов: цукровий буряк і цукровий очерет.
Вам сина, чи дочку?
Нещодавно біологи Франції встановили цікаве вплив ряду елементів на ... отримання потомства. Виявляється, надлишок калію в їжі матері призводить до того, що у неї народжуються переважно діти чоловічої статі. Якщо ж її їжа насичена кальцієм і магнієм, то в потомстві переважає жіноча стать. Можливо вже незабаром для майбутніх матерів лікарі розроблять спеціальні меню, що гарантують народження хлопчика чи дівчинки на замовлення. Але колись потрібно буде ще уточнити, чи поширюється підмічене вплив цих елементів на людину: адже описані спостереження відносяться до корів.
Бережіть магній!
Французькі біологи вважають, що магній допоможе медикам у боротьбі з перевтомою. Дослідження показують, що в крові втомлених людей міститься менше магнію, ніж у здорових, а навіть самі незначні відхилення «магнієвої крові» від норми не проходять безслідно.Важливо пам'ятати, що в тих випадках, коли людина часто і за будь-якого приводу дратується, магній, що міститься в організмі «згоряє». Ось чому у нервових, легко збудливих людей порушення роботи серцевих м'язів спостерігаються значно частіше.
8. ОБЛАСТІ ЗАСТОСУВАННЯ МАГНІЮ.
Магній застосовують у вигляді металевих пластин при захисті від корозії морських судів і трубопроводів. Захисна дія магнієвого «протектора» пов'язане з тим, що зі сталевої конструкції і магнієвого протектора (магній стоїть в електрохімічному ряду напружень лівіше, ніж залізо) створюється електричний ланцюг. Відбувається руйнування магнієвого протектора; основна ж сталева частина конструкції при цьому зберігається. У металургії магній використовують як «розкислювач» - речовина, що пов'язує шкідливі домішки в розплаві заліза. Добавка 0,5% магнію в чавун сильно підвищує гнучкість чавуну і його опір на розрив. Використовують магній і при виготовленні деяких гальванічних елементів.
Сплави магнію грають в техніці дуже важливу роль. Існує ціле сімейство магнієвих сплавів із загальною назвою «електрон». Основу їх складає магній у поєднанні з алюмінієм (10%), цинком (до 5%), марганцем (1-2%). Малі добавки інших металів надають «електрону» різні цінні властивості. Але головним властивістю всіх видів «електронів» є їх легкість (1,8 г / см 3) і прекрасні механічні властивості. Їх використовують в тих галузях техніки, де особливо високо цінується легкість: в літако-та ракетобудуванні. В останні роки створені нові стійкі на повітрі магнієво-літієві сплави із зовсім малою щільністю (1,35 г / см 3). Їх використання в техніці дуже перспективно. Магнієві сплави ціни не тільки з-за своєї легкості. Їх теплоємність в 2-2,5 рази вище, ніж у сталі. Апаратура з магнієвих сплавів нагрівається менше сталевий. Використовують і сплав алюмінію з великим вмістом магнію (5-30%). Цей сплав «магналії» твердіше і міцніше алюмінію, легше обробляється і полірується. Число металів, з якими магній утворює сплави, велике. З діаграми, що ілюструє правило Юм-Розера, ясна дивовижна особливість магнію не змішуватися в розплаві зі своїм близьким по положенню в таблиці Менделєєва сусідом - берилієм. Через сильний відмінності міжатомних відстаней не утворює магній сплавів і з залізом.
Серед кисневих сполук Mg потрібно відзначити оксид магнію MgO, званий також паленою магнезією. Він застосовується у виготовленні вогнетривких цеглин, тому що температура його плавлення 2800 о С. Палена магнезія використовується і в медичній практиці.
Цікаві силікати магнію - тальк 3MgO * 4SiO 2 * H 2 O і азбест CaO * MgO * 4SiO 2, що володіють високою вогнестійкістю. Азбест має волокнисту будову, тому його можна прясти і виготовляти з нього спецодяг для роботи при високих температурах. Карбонати і силікати магнію у воді нерозчинні.
Інтерес до магнію і сплавів на його основі обумовлений, з одного боку, поєднанням важливих для практичного використання властивостей, а з іншого боку, великими сировинними ресурсами магнію. Велика сфера використання магнію та магнієвих сплавів зі спеціальними хімічними властивостями, наприклад в джерелах струму і для протекторів при захисті сталевих споруд від корозії.
У СНД, як і за кордоном, є великі запаси мінеральної сировини магнію, зручні для його витягання. Це родовища твердих солей, які містять магній, а також розсоли ряду соляних озер. Крім того, магній може вилучатись з морської води. Таким чином для магнію не стоїть проблема виснаження сировинних ресурсів, яка набуває все більшого значення для багатьох інших, промислово важливих металів. Хоча магній є одним з основних промислових металів, але обсяг його виробництва продовжує помітно поступатися обсягом виробництва алюмінію і сталі.
Певну орієнтування у потребах промисловості в магнії дає розгляд його виробництва та споживання в розвинених капіталістичних країнах і країнах. Після другої світової війни і аж до початку 70-х років XX століття у них спостерігалося безперервне зростання виробництва і споживання магнію, потім відбулася його стабілізація. Найбільшим виробником магнію в капіталістичних країнах є США, частка яких у загальному виробництві дещо більше 50%.
Конструкційні магнієві сплави - це лише одна, причому не найбільша за обсягом область застосування магнію. Магній широко використовується як хімічний реагент в багатьох металургійних процесах. Зокрема, він застосовується в чорній металургії для обробки чавуну з метою десульфурації. Загалом в останні роки є тенденція до розширення застосування магнію в якості хімічного реагенту. Значна кількість магнію використовується для отримання титану, і треба шукати шляхи підвищення ефективності застосування його в цих цілях. Виявляється також значний інтерес до магнію і сплавів на його основі як акумуляторам водню.
Є певна упередженість проти магнієвих сплавів з боку споживачів стосовно їх пожежонебезпеки, низькою корозійної стійкості, підвищеної чутливості до концентраторів напружень. Цю упередженість слід долати. У той же час слід продовжити роботи, спрямовані на поліпшення службових характеристик магнієвих сплавів, зокрема на підвищення їх корозійної стійкості.
Основні тенденції в розвитку споживання магнію в світі.
В останні роки за кордоном положення магнію як одного з масштабних промислових металів упрочнились: у 1980 році вперше в мирний час був перевершений максимальний рівень виробництва магнію військового 1943 року. Незважаючи на окремі спади, обумовлені загальною несприятливою кон'юнктурою, споживання магнію залишалося стабільним, хоча ціни на нього і виросли в 1,9 рази.
Найбільшим виробником і споживачем первинного магнію за кордоном залишаються США, але їх частка у світовому споживанні за 1975-85гг скоротилося з 51,7% до 41,5%. Норвегія і США - найбільші експортери магнію: за 36-45 тис. тонн на рік. США є також найбільшим виробником магнію з вторинної сировини.
Друге місце за обсягом споживання магнію займає Західна Європа (30%). Споживання магнію в Японії оцінюється на рівні 20-25 тис. тонн на рік, з яких 69% витрачається у виробництві алюмінієвих сплавів і високоміцного чавуну, на виливки з магнієвих сплавів - 4,9%.
Магній за кордоном використовується в багатьох галузях промисловості. Все розмаїття напрямів використання можна умовно розділити на 3 групи:
1. Застосування магнію у виробництві алюмінієвих сплавів, в яких додають від 0,5% до 10% магнію. Алюмінієві сплави, що містять магній, відрізняються високою питомою міцністю, корозійною стійкістю і добре обробляються різанням.
2. Приготування сплавів конструкційного призначення на основі магнію. Вміст магнію в таких сплавах 90-98%. Деформуємі магнієві сплави і литі заготовки з них знаходять застосування у ряді галузей промисловості, перш за все в аерокосмічній промисловості, далі йдуть військова та автомобільна.
3. Використання магнію як хімічного реагенту в чорної та кольорової металургії для відновлення Be, Ti, U, Zr, Hf і др.металлов, в хімії (в основному в реакції Гриньяра), також як витрачаються анодів для катодного захисту від корозії сталевих конструкцій, підземних трубопроводів і резервуарів. Магній у цих процесах повністю витрачається. Лом і відходи не утворюються, на відміну від перших двох груп, де він може повторно використовуватися у вигляді вторинних сплавів.
В умовах дефіциту магнію також актуальною є завдання більш раціонального використання наявних ресурсів металу, скорочення втрат його на всіх етапах переробки та використання. Наприклад, більш ефективно може бути використаний вторинний магнієвий сплав типу МА9С6 для легування алюмінієвих сплавів замість первинного металу. Краще виглядає і пряме використання відходів з магнієвих сплавів у вигляді брикетів стружки замість чушкового металу, наприклад, для десульфурації або модифікування чавуну, виробництві модифікаторів типу залізо-кремній-магній.
Використання магнію в апаратах космічної та авіаційної техніки, автомобілебудуванні, різних агрегатах і відповідальних приладах пред'являючи особливі вимоги до технології виробництва литва з магнієвих сплавів. Потреба народного господарства в магнії і магнієвих сплавах значно перевищує можливість їх виробництва. Це ставить перед металургами, технологами та розробниками нові проблеми підвищення якості лиття, використання брухту та стружки, створення безвідходних і маловідходних технологій виробництва. Загострюються питання екології.
9. ЖОРСТКІСТЬ ВОДИ
Природна вода, проходячи через вапняні гірські породи і грунти, збагачується солями кальцію та магнію і стає жорсткою. У жорсткій воді при пранні білизни, збільшується витрата мила, а тканина, вбираючи солі, стає жовтою і швидко старіє. Нерозчинні солі кальцію і магнію осідають на внутрішніх стінках парових котлів і трубопроводів. У жорсткій воді гірше і довше варяться овочі.
Розрізняють тимчасову і постійну жорсткість води. За наявності тимчасової жорсткості води нагрів її приводить до випадання опадів карбонатів CaCO 3 та MgCO 3. Тимчасова жорсткість викликана присутністю у воді гідрокарбонатів Mg (HCO 3) 2. Така жорсткість усувається кип'ятінням води:
Постійна жорсткість зумовлена іншими солями кальцію і магнію, вона не усувається кип'ятінням води. Опади малорозчинних і практично нерозчинних солей (CaSo 4, CaSiO 3, MgSiO 3) можуть випадати внаслідок наступних причин:
1. Підвищення концентрації солей при випаровуванні води;
2. Зниження розчинності солей при нагріванні (якщо сіль має негативним температурним коефіцієнтом).
Для пом'якшення води з неї необхідно видалити всі солі кальцію і магнію, як Mg (HCO 3) 2, так і MgSO 4, MgCl 2 та ін Це досягається обробкою природної води різними осаджувачами:
1. Дія вапняної води
2. Дія соди
Відзначимо, що один із зазначених вище опадів, а саме карбонат магнію - кальцію CaMg (CO 3) 2, відповідає за складом природному речовині - мінералу доломіту, також широко поширеному, як і кальцит. Він є найважливішим природним джерелом магнію нарівні з карналіту KMgCl 3 * 6H 2 O.
У хімічній лабораторії і в промисловості використовується повністю обезсолена вода (для пиття непридатна). Для цього природну воду піддають перегонці (дистиляції). Така дистильована вода є м'якою, подібно дощовій воді.
З практичної точки зору (наприклад при експлуатації паросилових установок) істотна саме форма утворюються опадів. Накипу відкладаються на поверхнях нагріву, знижуючи економічність установки і можуть призвести до перегріву стінки (поверхні нагрівання). Шлами - рихлі опади - випадають в об'ємі води і не є небезпечними, оскільки можуть бути видалені. Тому всі методи боротьби з жорсткістю води спрямовані або на очищення води від іонів солей жорсткості, або на штучне осадження солей жорсткості у формі шламів.
10. Практична робота «Визначення жорсткості води»
10.1. Методи відбору проб.
1. Обсяг проби води для визначення загальної твердості повинен бути не менше 250 мл.
2. Якщо визначення жорсткості не може бути проведено в день відбору проби, то відміряних обсяг води, розведеної дистильованою водою 1:1, допускається залишати для визначення до наступного дня. Проби води, призначені для визначення жорсткості не консервують.
Апаратура, матеріали та реактиви.
Посуд мірний лабораторний скляна за ГОСТ 20292-74 місткістю: піпетки - 10,25,50,100 мл без поділок
Бюретка 25 мл.
Колби конічні по ГОСТ 25336-82 місткістю 250 мл.
Крапельниці за ГОСТ 25336-82.
Трилон Б
Амоній хлористий
Аміак водний 20% розчин
Гідроксиламін солянокислий
Кислота соляна
Натрій сірчистий
Натрій хлористий
Спирт етиловий ректифікований
Цинк металевий гранульований
Магній сірчанокислий - фіксанал
Хромогенчерний спеціальний ЕТ-100 (індикатор)
Хромтемно-синій кислотний (індикатор)
Всі реактиви, використовувані для аналізу повинні бути кваліфікації «Чистий для аналізів»
10.2. Підготовка до аналізу.
Дистильована вода, перегнанная двічі на скляному приладі, використовується для розведення проб води.
Приготування 0,05 Н розчину трилону Б
9,31 г трилону Б розчиняють у дистильованій воді і доводять до 1 літра. Якщо розчин каламутний, то його фільтрують. Розчин стійкий протягом декількох місяців.Приготування буферного розчину.
10 г хлористого амонію (NH 4 Cl) розчиняють у дистильованій воді, додають 50 мл 25% розчину аміаку і доводять до 500 мл дистильованою водою. Щоб уникнути втрати аміаку розчин слід зберігати в щільно закритій склянці.
Приготування індикаторів.
0,5 індикатора розчиняють в 20 мл буферного розчину і доводять до 100 мл етиловим спиртом. Розчин індикатора хромтемно-синього може зберігатися тривалий час без зміни. Розчин індикатора хромогенчерного стійкий протягом 10 діб. Допускається користуватися сухим індикатором. Для цього 0,25 г індикатора змішують з 50 г сухого хлористого натрію, попередньо ретельно розтертого в ступці.
Приготування розчину сірчистого натрію.
5г сірчистого натрію Na 2 S * 9H 2 O або 3,7 г Na 2 S * 5H 2 O розчиняють в 100 мл дистильованої води. Розчин зберігають у склянці з гумовою пробкою.
Приготування розчину солянокислого гідроксиламіну.
1г солянокислого гідроксиламіну NH 2 OH * HCl розчиняють у дистильованій воді і доводять об'єм до 100 мл.
Приготування 0,1 H розчину хлористого цинку.
Точну наважку гранульованого цинку 3,269 г розчиняють у 30 мл соляної кислоти, розбавляють 1:1. Потім доводять об'єм у мірній колбі дистильованою водою 1л. Отримують точний 0,1 Н розчин. Розведенням цього розчину вдвічі отримують 0,05 Н розчин. Якщо навішування неточна (більше або менше, ніж 3,269 г), то розраховують кількість мілілітрів вихідного розчину цинку для приготування точного 0,05 Н розчину, який повинен містити 1,6345 г цинку в 1 л.
Приготування 0,05 Н розчину сірчанокислого магнію.
Розчин готують з фіксанола, що додається до набору реактивів для визначення жорсткості води і розрахованого на приготування 1 л 0,01 Н розчину. Для отримання 0,05 Н розчину вміст ампули розчиняють у дистильованій воді і доводять об'єм розчину в мірній колбі до 200 мл.
Установка поправочного коефіцієнта до розчину трилону Б.
У конічну колбу вносять 10 мл 0,05 Н розчину хлористого цинку або 10 мл 0,05 Н розчину сірчанокислого магнію і розбавляють дистильованою водою до 100 мл. Додають 5 мл буферного розчину, 5-7 крапель індикатора і титрують при сильному збовтуванні розчином трилону Б до зміни забарвлення в еквівалентній точці. Забарвлення повинна бути синьою з фіолетовим відтінком при додаванні індикатора хромтемно-синього і синього із зеленуватим відтінком при додаванні індикатора хромогенчерний.
Титрування слід проводити на фоні контрольної проби, якій може бути злегка перетітрованная проба.
Поправочний коефіцієнт до нормальності розчину трилону Б обчислюють за формулою
10
V
де V - кількість розчину трилону Б, витрачений на титрування, мл.
10.3. Проведення аналізу.
Визначенню загальної жорсткості води заважають: мідь, цинк, марганець і високий вміст вуглекислого та двовуглекислого солей. Вплив заважаючих речовин усувається в ході аналізу.
Точність визначення при титруванні 100 мл проби становить 0,05 мг * екв / л.
У конічну колбу вносять 100 мл відфільтрованої випробуваної води або менший обсяг, розведений до 100 мл дистильованою водою. При цьому сумарний вміст іонів кальцію та магнію у взятому обсязі води не повинен перевищувати 0,5 мг / екв. Потім додають 5 мл буферного розчину, 5-7 крапель індикатора або приблизно 0,1 г сухої суміші індикатора хромочерного з сухим хлористим натрієм і відразу ж титрують при сильному збовтуванні 0,05 Н розчином трилону Б до зміни забарвлення в еквівалентній точці. Забарвлення повинна бути синього із зеленуватим відтінком.
Якщо на титрування було витрачено більше 10 мл 0,05 Н розчину трилону Б, то це вказує, що у відведені обсязі води сумарний вміст іонів кальцію та магнію більше 0,5 мг * екв. У таких випадках слід визначення повторити, взявши менший об'єм води і розбавивши його до 100 мл дистильованою водою.
Нечітке зміна забарвлення в еквівалентній точці вказує на присутність міді та цинку. Для усунення впливу заважаючих речовин до отмеренной для титрування пробі води додають 1-2 мл розчину сульфіду натрію, після чого проводять випробування.
Якщо після додавання до відміряному об'ємом води буферного розчину і індикатора тітруемих розчин поступово знебарвлюється, набуваючи сірий колір, що вказує на присутність марганцю, то в цьому випадку до пробі води, відібраної для титрування, до внесення реактивів слід додати 5 крапель 1% розчину солянокислого гідроксиламіну і далі визначати жорсткість.
Якщо титрування набуває вкрай затяжний характер з нестійкою і нечіткої забарвленням в еквівалентній точці, що спостерігається при високій лужності води, її вплив усувається до пробі води, відібраної для титрування, до внесення реактивів 0,1 Н розчину соляної кислоти в кількості, необхідній для нейтралізації лужності води , з наступним кип'ятінням або продуванням розчину повітрям протягом п'яти хвилин. Після цього додають буферний розчин, індикатор і далі визначають жорсткість.
10.4. Обробка результатів.
Загальну твердість води в мг * екв / л обчислюють за формулою
V * 0,05 * K * 1000X =-----------------
V
де V - кількість розчину трилону Б, витрачений на титрування, мл
K - поправочний коефіцієнт до нормальності розчину трилону Б
V - об'єм води, взятий для визначення, мл.
Розбіжність між повторними визначеннями не повинно перевищувати 2 отн.%
Беремо випробувану воду в кількості 100 мл, в 2 колби робимо паралельний аналіз буферного розчину. Додаємо 5 мл буферного розчину в обидві колби, потім 5-7 крапель індикатора хромтемно-синій, і починаємо титрувати трилоном Б (0,1 норм. Розч.)
У першу пробу пішло 5,8 мл трилону Б, в другу пробу пішло 5,8 мл.
Обробка результатів:
5,8 мл х 0,05 х 0,9930 х 1000
Х = -------------------------------------- = 2,8797 мл екв / л
100
де, V - 5,8 мл
К - 0,9930
V - 100 мл
ВИСНОВОК:
Зміст жорсткості у воді знаходиться в межах норми, так як межею норми є 1-10 мл х екв / л