Периодическая система элементов Менделеева - Магний

Одной из основных проблем, над которой бились «научные работники» средневековых алхимических лабораторий, были поиски пресловутого «философского камня». С его помощью они надеялись найти тайну получения золота из «неблагородных» металлов.

Поиски велись в различных направлениях. Одни предлагали использовать для этой цели свинец, который требовалось нагреть до получения «красного льва» (т. е. до расплавления), а затем кипятить в кислом виноградном спирте. Другие считали, что самым подходящим сырьем для производства «философского камня» является моча животных. Третьи утверждали, что истина — в воде.

В конце XVIII века один из английских алхимиков, по-видимому, сторонник третьего направления, выпаривая воду, вытекающую из земли вблизи города Эпсом, получил вместо «философского камня» соль, обладающую горьким вкусом и слабительным действием. Спустя несколько лет выяснилось, что при взаимодействии с «постоянной щелочью» (так в те времена называли соду и поташ) эта соль образует белый легкий рыхлый порошок. Точно такой же порошок получался при прокаливании минерала, найденного в окрестностях греческого города Магнезии. За это сходство эпсомская соль была названа белой магнезией.

В 1808 году молодой английский ученый Гемфри Дэви, анализируя белую магнезию, получил новый элемент, который он назвал магнием. Торжества по случаю открытия нового элемента не сопровождались фейерверком, поскольку в те времена еще не было известно, что новорожденный обладает отличными пиротехническими свойствами.

Магний — очень легкий серебристо-белый металл. Он почти в 5 раз легче меди, в 4,5 раза легче железа; даже «крылатый» алюминий в 1,5 раза тяжелее магния. Температура плавления магния сравнительно невысока— всего 650°С, но в обычных условиях расплавить магний довольно трудно: нагретый на воздухе до 550 °С, он вспыхивает и мгновенно сгорает ослепительно ярким пламенем (это свойство магния широко используют в пиротехнике). Чтобы поджечь этот металл, достаточно поднести к нему зажженную спичку, а в атмосфере хлора он загорается даже при комнатной температуре. При горении магния выделяется большое количество ультрафиолетовых лучей и тепла: 4 грамма этого «топлива» хватит, чтобы вскипятить стакан ледяной воды.

На воздухе магний быстро тускнеет, так как покрывается окисной пленкой. Эта пленка служит надежным панцирем, предохраняющим металл от дальнейшего окисления.

Магний весьма агрессивен: он легко отнимает кислород и хлор у большинства элементов. Будучи устойчивым против воздействия некоторых кислот, соды, едких щелочей, бензина, керосина, минеральных масел, магний бессилен против морской воды и вынужден растворяться в ней. Он почти не реагирует с холодной водой, но энергично вытесняет водород из горячей.

Земная кора богата магнием (более 2,3%). Лишь шесть его «коллег» по таблице Менделеева находятся в природе в больших количествах. Как полагают ученые, особенно велико содержание этого элемента в нижних слоях земной мантии. Магний входит в состав почти 200 известных минералов. Среди них есть совсем не обычный: его легко сложить, как носовой платок, в него можно завернуть что-либо, как в бумагу, наконец, его нетрудно разорвать пальцами в клочки.

Уникальный образец такого минерала был найден лет двадцать назад на Дальнем Востоке. При проходке шахты в месторождении полиметаллических руд рабочие обнаружили небольшую пещеру и в ней — свисающую с потолка серовато-белую «занавесь», как бы сложенную вдвое. На ощупь эта «занавесь», имевшая метра полтора в длину и около метра в ширину, напоминала замшу - была так же мягка и эластична. Поражала и необыкновенная легкость «ткани».

Интересную находку направили в Москву. Химический анализ показал, что она состоит в основном из алюмосиликата магния и представляет собой палыгорскит—минерал группы асбеста, впервые обнаруженный в 20-х годах нашего века в Палыгорском месторождении на Урале академиком А. Е. Ферсманом. За необычные свойства минерал чаще называют «горной кожей». Дальневосточный образец который хранится в Минералогическом музее Академии наук РФ, примечателен тем, что «горная кожа» таких больших размеров найдена впервые в мире.

Наибольшее промышленное значение как магниевое сырье имеют магнезит, доломит и карналлит.

Существуют два способа производства магния—электротермический и электролитический. В первом случае металл получают непосредственно из окиси, действуя на нее каким-либо восстановителем — углем, алюминием и т. д. Этот способ довольно прост по своей идее и в последнее время находит все более широкое применение. Однако пока основным промышленным способом получения магния является электролитический, • представляющий собой электролиз расплавленных магниевых солей, главным образом хлористых. Таким путем можно получать очень чистый металл, содержащий свыше 99,99% магния. Но только земная кора богата магнием — практически неисчерпаемые и постоянно пополняющиеся запасы его хранят голубые кладовые океанов и морей. Достаточно сказать, что лишь в 1 кубическом метре морской воды содержится около 4 килограммов магния. Всего же в водах океанов и морей растворено свыше 6-10¹⁶ тонн этого элемента.

Даже далекие от математики люди, видимо, могут представить, сколь грандиозна эта величина. Впрочем, для большей наглядности приведем следующий пример: с начала нашего летоисчисления человечество прожило лишь немногим более 60 миллиардов (6-10¹⁰) секунд. Если бы с первых дней нашей эры люди начали добывать магний из морской воды, то для того, чтобы к настоящему времени исчерпать все водные запасы этого элемента, пришлось бы каждую секунду извлекать по миллиону тонн магния! Но пока Нептун может быть спокоен за свои богатства: даже во время второй мировой войны, когда производство магния было максимальным, из морской воды получали всего 80 тысяч тонн магния в год (а не в секунду!). Технология извлечения его довольно проста. Морскую воду смешивают в огромных баках с известковым молоком, приготовляемым из морских раковин. В результате образуется так называемое «магнезиальное молоко», которое затем превращается в хлорид магния. В дальнейшем магний отделяют от хлора электролизом. Японская фирма «Курита Когио» спроектировала завод по комплексному использованию морской воды. По проектным данным, при переработке 4 миллионов литров воды будет получено 108 тонн поваренной соли, 2,2 тонны глауберовой соли, 16,7 тонны хлора и 15,9 тонны магния. Кроме того, завод даст 3 миллиона литров питьевой воды и большое количество рассола для производства каустической соды.

Источником магния может быть и вода соленых озер, содержащая хлористый магний (так называемая рапа). У нас в стране такие «склады» магния есть в Крыму (Сакское и Сасык-Ивашское озера), в Поволжье (озеро Эльтон) и других районах.

Итак, вы уже знаете, что представляет собой магний и как осуществляется его добыча. Ну, а для каких же целей служит этот элемент и его соединения?

Легкость могла бы сделать этот металл прекрасным конструкционным материалом. Но, увы, чистый магний—мягок и непрочен. Поэтому конструкторы вынуждены использовать сплавы магния с другими металлами. Особенно широко применяют сплавы магния с алюминием, цинком и марганцем. Каждый из компонентов этого содружества вносит свой «пай» в общие свойства: алюминий и цинк увеличивают прочность сплава, марганец повышает его антикоррозионные свойства. Ну, а магний? Магний придает сплаву легкость—детали из магниевого сплава на 20—30% легче алюминиевых и на 50—75% легче чугунных и стальных. Сплавы этого элемента все чаще «приглашаются на работу» в автомобилестроение, текстильную промышленность, полиграфию.

У магниевых сплавов есть много друзей, которые повышают их жаростойкость и пластичность, снижают их окисляемость. Это, например, литий, бериллий, кальций, церий, кадмий, титан. Но есть, к сожалению, и враги — железо, кремний, никель; они ухудшают механические свойства сплавов, уменьшают сопротивляемость их коррозии.

Широкое применение магниевые сплавы находят в самолетостроении. Еще в 1935 году в СССР был построен самолет «Серго Орджоникидзе», почти на 80% состоящий из магниевых сплавов. Самолет успешно выдержал все испытания и длительное время эксплуатировался в тяжелых условиях.

Ракеты, ядерные реакторы, детали моторов, баки для бензина и масла, корпуса вагонов, автобусов, легковых машин, колеса, маслопомпы, отбойные молотки, пневмобуры, фото- и киноаппараты, бинокли — вот далеко не полный перечень приборов, узлов и деталей, где используют магниевые сплавы.

Немаловажную роль играет магний в металлургии. Его применяют как восстановитель в производстве ряда металлов (ванадия, хрома, титана, циркония). Магний, введенный в расплавленный чугун, модифицирует его, т. е. улучшает его структуру и повышает механические свойства. Отливки из модифицированного чугуна с успехом заменяют стальные поковки. Кроме того, магний помогает раскислять сталь и сплавы (уменьшает содержание в них кислорода, являющегося вредной примесью).

Как известно, обычные радиолампы начинают нормально работать лишь после того, как нагреваются до 800°С. Каждый раз, когда вы включаете радиоприемник или телевизор, приходится некоторое время ждать, прежде чем польются звуки музыки или замерцает голубой экран. Чтобы устранить этот недостаток радиоламп, польские ученые предложили покрывать катоды окисью магния: новые лампы приступают к работе тотчас же после включения.

Свойство магния (в виде порошка, проволоки или ленты) гореть белым ослепительным пламенем широко используют в военной технике — для изготовления осветительных и сигнальных ракет, трассирующих пуль и снарядов, зажигательных бомб. До недавнего времени с этим элементом были хорошо знакомы фотографы: «Спокойно! Снимаю!»—и яркая вспышка магниевого порошка озаряла лица желавших запечатлеть себя для потомства. Сейчас в этой роли магний уже не выступает— мощные электрические лампы вынудили его подать в отставку.

Но вряд это печалит магний: у него есть дела и поважней. Ведь он участвует в грандиозной .работе аккумуляции солнечной энергии. Магний входит в состав хлорофилла— великого чародея, который поглощает солнечную энергию и с ее помощью превращает углекислый газ и воду в сложные органические вещества (сахар, крахмал и др.), необходимые для питания человека и животных. Процесс образования органических веществ называемый фотосинтезом (от греческого слова «фотос»—свет), сопровождается выделением из листьев кислорода. Без хлорофилла не было бы жизни, а без магния не было бы хлорофилла - ведь в его составе 2% этого элемента. А много ли это? Судите сами: общее количество магния только в хлорофилле растений составляет около 100 миллиардов тонн! Помимо растений, магний входит в состав практически всех живых организмов. Если вы весите 60 килограммов, то примерно 25 граммов из них — это магний.

Несколько лет назад ученые Миннесотского университета в США избрали объектом научного исследования яичную скорлупу. Им удалось установить, что скорлупа тем прочнее, чем больше она содержит магния. Значит, изменяя состав корма для несушек, можно повысить ее прочность. (3 том, сколь важен этот вывод для сельского хозяйства, можно судить хотя бы по таким цифрам: только в штате Миннесота ежегодные потери из-за боя яиц превышают миллион долларов. Уж тут никто не скажет, что эта работа ученых «яйца выеденного не стоит».

Магний широко используют в медицине: мы уже упоминали об «английской соли» - магниевой соли серной кислоты MgSO₄ (сернокислая магнезия), которая служит надежным слабительным. Чистую окись магния MgO (жженая магнезия) применяют при повышенной кислотности желудочного сока, изжоге, отравлении кислотами. Перекись магния — известнее дезинфицирующее средство при желудочных расстройствах.

Статистика утверждает, что у жителей районов с более теплым климатом спазмы кровеносных сосудов встречаются реже, чем у северян. Известно, что внутривенные и внутримышечные вливания растворов некоторых солей магния снимают спазмы и судороги. Накопить в организме необходимый запас этих солей помогают фрукты и овощи (особенно богаты магнием абрикосы, персики и цветная капуста). В Азии, например, где пищевой рацион богаче магнием, атеросклероз и другие сердечные заболевания встречаются реже, чем в Европе или США

Опыты, проведенные венгерскими учеными на животных, подтвердили, что недостаток магния в организме повышает предрасположенность к инфарктам. Одним собакам давали пищу, богатую солями этого элемента,, другим — бедную. В конце эксперимента животные, в рационе которых было мало магния, «заработали», инфapкт миокарда.

У нервных, легко возбудимых людей нарушения работы сердечных мышц наблюдаются значительно чаще, чем у спокойных. Это объясняется тем, что в момент раздражения магний, содержащийся в организме, «сгорает».

Французские биологи считают, что этот элемент поможет медикам и в борьбе с таким серьезным недугом XX века, как переутомление. Исследования показали, что в крови уставших людей содержится меньше магния, чем у людей полных сил, а даже самые ничтожные отклонения «магниевой кривой» от нормы не проходят бесследно.

Недавно биологи Франции установили также любопытное влияние ряда элементов на пол потомства. Оказывается, избыток калия в пище матери приводит к тому, что у нее рождаются преимущественно дети мужского пола. Если же ее 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 уточнить, распространяется ли подмеченное влияние этих элементов на человека: ведь описанные наблюдения относятся к... коровам.

Область применения магниевых соединений не исчерпывается медициной. Так, окись магния используют в резиновой промышленности, в производстве цементов, огнеупорного кирпича. Недавно, например, одна из канадских фирм разработала технологию получения нового огнеупорного материала «ньюкона», стойкого к воздействию шлаков, обладающего высокой прочностью и малой пористостью; основным компонентом нового огнеупора служит окись магния высокой чистоты. Перекись магния применяют для отбелки тканей («новозон»). Сернокислый магний MgSO₄ используют в текстильной и бумажной промышленности как протраву при крашении, водный раствор хлорида магния—для приготовления магнезиального цемента, ксилолита и других синтетических материалов. Карбонат магния MgCO3(углекислый магний) находит применение в производстве теплоизоляционных материалов. И, наконец, еще одно обширное поле деятельности магния — органическая химия. В порошкообразном виде магний используют для обезвоживания таких важных органических веществ, как спирт и. анилин. Велико значение и магнийорганических соединений (в них атом магния непосредственно связан с атомом углерода). Эти вещества, в частности алкилмагнийгалогениды (реактив Гриньяра), в состав которых входят и галогены (хлор, бром или иод), широко применяют в синтетической химии. Насколько важна роль этих соединений, можно судить хотя бы по тому, что в 1912 году французский химик Виктор Гриньяр за создание алкилмагнийгалогенидов и разработку синтеза органических соединений был удостоен Нобелевской премии.

...Итак, деятельность магния в природе и народном хозяйстве весьма многогранна. Но, вероятно, рано еще говорить об этом элементе: «Все, что мог, он уже совершил». Есть все основания полагать, что лучшая роль магния — впереди.