Магний

3.2. Химические свойства магния.

Химические свойства магния довольно  своеобразны.  Он  легко  отнимает кислород и хлор у большинства элементов,  не боится едких щелочей, со­ды, керосина,  бензина и минеральных масел.  С холодной  водой  магний почти не взаимодействует,  но при нагревании разлагает ее с выделением водорода. В этом отношении он занимает промежуточное  положение  между бериллием, который вообще с водой не реагирует и кальцием, легко с ней взаимодействующим. Особенно интенсивно идет реакция с  водяным  паром, нагретым выше 380 оС:

                         -2e

Mg0(тв)+H2+O(газ)    Mg+2O(тв)+H20 (газ).


Поскольку продуктом этой реакции является водород  ясно,  что  тушение горящего магния водой недопустимо: может произойти образование гремучей смеси водорода с кислородом и взрыв.  Нельзя потушить горящий магний и углекислым газом:  магний  восстанавливает  его до свободного углерода    -4е

 


2Mg0 + C+4O2          2Mg+2O+C0,

Прекратить к  горящему  магнию доступ кислорода можно засыпав его пес­ком, хотя и с оксидом кремния (IV) магний взаимодействует,  но со зна­чительно меньшим выделением теплоты:

                              -4е

 


2Mg0 + Si+4O2=2Mg+2O+Si0


этим и определяется возможность использования песка для тушения  крем­ния. Опасность  возгорания магния при интенсивном нагреве одна из при­чин, по которым его использование как технического материала ограниче­на.

В электрохимическом ряду напряжений магний стоит значительно левее  во­дорода и  активно  реагирует  с разбавленными кислотами с образованием солей. В этих реакциях есть у магния особенности. Он не растворяется во фтороводородной, концентрированной  серной  и в смеси серной и в смеси азотной кислот, растворяющей другие металлы почти столь же эффективно, как "царская водка" (смесь HCl и HNO3). Устойчивость магния к растворе­нию во фтороводородной кислоте объясняется просто:  поверхность  магния покрывается нерастворимой  во  фтороводородной кислоте пленкой фторида магния MgF2.  Устойчивость магния к достаточно концентрированной серной кислоте и смеси ее с азотной кислотой объяснить сложнее, хотя и в этом случае причина кроется в пассивации поверхности  магния.  С  растворами щелочей и  гидроксида аммония магний практически не взаимодействует.  А вот с растворами аммонийных солей реакция хотя и медленно, но происхо­дит:

 


2NH+4+Mg=Mg2+ + 2NH3   + H2


Удивительного в этой реакции нет. Эта реакция та же по существу, что и реакция вытеснения металлами водорода из кислот.  В одном из определе­ний кислотой называют вещество,  диссоциирующее с  образованием  ионов водорода. Именно так может диссоциировать и ион NH4:


NH4+      NH3+H+


Реакция же

                                                                                 -2e

 


Mg0 + 2HCl=Mg+2Cl2+H02


2H++Mg    Mg2+ + H02


При нагревании магния в атмосфере галогенов происходит воспламенение и образование галоидных солей.

             -2e

      

          Mg + Cl20    Mg+2+Cl2-

 Причина воспламенения -  очень  большое тепловыделение, как и в случае реакции магния с  кислородом.  Так  при образовании 1  моль  хлорида  магния  из магния и хлора выделяется 642 КДж. При нагревании магний соединяется  с  серой  (MgS),  и  с  азотом (Mg3N2). При повышенном давлении и нагревании с водородом магний обра­зует гидрид магния

                         -2e

Mg0 + H20    Mg+2H2-.


Большое сродство магния к хлору позволило создать новое металлургичес­кое производство - "магниетермию" - получение  металлов  в  результате реакции


MeCln+0,5nMg=Me+0,5nMgCl2


этим методом получают металлы,  играющие очень важную роль в современ­ной технике - цирконий,  хром,  торий, бериллий. Легкий и прочный "ме­талл космической эры" - титан практически весь получают таким способом.

Сущность производства сводится к следующему:  при получении  металли­ческого магния  электролизом расплава хлорида магния в качестве побоч­ного продукта образуется хлор. Этот хлор используют для получения хло­рида титана (IV) TiCl4,  который магнием восстанавливается до металли­ческого титана

                             -4e

Ti+4Cl4 + 2Mg0    Ti0+2Mg+2Cl2


Образовавшийся хлорид магния вновь используется для производства  маг­ния и т.д.  На основе этих реакций работают титаномагниевые комбинаты. Попутно с титаном и магнием получают при этом и другие  продукты,  та­кие, как бертолетову соль KClO3, хлор, бром и изделия - фибролитовые и ксилитовые плиты,  о которых будет сказано ниже.  В таком  комплексном производстве степень использования сырья,  рентабельность производства высока, а масса отходов не велика, что особенно важно для охраны окру­жающей среды от загрязнений.

4. Соединения магния.

Для аналитической  химии магния имеют значение его труднорастворимые и особенно внутрикомплексные (бесцветные,  окрашенные или  флуорисцирую­щие) соединения.  Поляризующая  способность иона Mg2+ невысокая,  а по величине кэффициента поляризации,  характеризующего количественно  де­формируемость иона,  магний  уступает  большинству  металлов.  Поэтому комплексные соединения магния сравнительно малоустойчивы и  образуются, как правило,  только в щелочной среде.  Тем не менее, они имеют чрезвы­чайно важное значение для аналитической химии магния. Меньшая устойчи­вость некоторых комплексных соединений магния, по сравнению с комплек­сами других металлов,  иногда используется для маскирования  последних при определении  магния  титриметрическими,  фотометрическими и другими методами.




4.1. Неорганические соединения магния.

Важнейшие соединения магния: оксид, гидроксид и соли магния.

Оксид магния - MgO хорошо знаком тем,  кто занимается гимнастикой. На­несенный на  ладони  порошок  оксида  магния  (магнезии)  предохраняет спортсмена от опасности сорваться с гимнастического снаряда  (например перекладины).

Оксид магния - легкий,  рыхлый порошок белого цвета, легко связывающий воду. На этом и основано его применение гимнастами.

                  -4е

2Mg0 + C+4O2     2Mg+2O- + C0


                              -4е     t

2Mg0 + O20   2Mg+2O-2


MgO образуется при прокаливании гидроокиси и многих других  соединений магния. Окись магния плавится при 2800оС, растворимость ее в во­де составляет 0,00062 г/100 г при 20оС.  Аморфная  окись магния, полученная прокаливанием соединений магния при низких температу­рах, гигроскопична,  легко поглощает из воздуха влагу и углекислый газ с образованием основных карбонатов; хорошо растворяется в кислотах и в солях аммония.  При прокаливании до 1000оС и выше  образуется кристаллическая окись  магния  (кубическая  сингония),  которая теряет способность поглощать влагу и растворяться в кислотах. По литературным данным, прокаленная  при  1000оС окись магния не меняет своего веса, если даже оставить на один час на воздухе. Все же желательно ох­лаждать окись  магния  при весовых определениях в эксикаторе и взвеши­вать по возможности быстро.

Оксид магния встречается в природе в виде минерала периклаза.  Получае­мый прокаливанием природного магнезита оксид магния является  исходным продуктом и для получения самого магния, и для получения искусственных строительных материалов ("ксилолит").  В основе ксилолита лежит магне­зиальный цемент,  получаемый  смешиванием прокаленного оксида магния с 30% раствором хлорида магния. Образование полимерной структуры из ато­мов магния,  связанных в цепь -O-Mg-O-Mg-O-, приводит к тому, что смесь через несколько часов образует белую, очень прочную и легко полирующу­юся массу.  При  изготовлении  ксилолита к смеси примешивают древесные опилки и другие наполнители.  Ксилолитовые плиты используют для покры­тия полов.

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


 MgCO3+CO2+H2O   Mg(HCO3)2


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

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

Сульфат магния MgSo4

Из кислот магний выделяет водород:


Mg + H2SO4 = MgSO4+H2


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

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5



Реклама
В соцсетях
рефераты скачать рефераты скачать рефераты скачать рефераты скачать рефераты скачать рефераты скачать рефераты скачать