Магний

магний«Истина в воде»

Одной из основных «проблем», которые пытались разрешить средневековые алхимики, было получение философского камня. Предполагалось, что он необходим для массового производства 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 плав­ления), а затем кипятить в кислом виноград­ном спирте. Другие полагали, что самое подходящее сырье для производства «фи­лософского камня» — моча животных. Третьи считали, что истина — в воде.

В конце XVIII века один из английских алхимиков, по-видимому, сторонник треть­его направления, выпаривая воду, вытекав­шую из земли вблизи города Эпсом, полу­чил вместо «философского камня» соль, обладавшую 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 рых­лый порошок. Точно такой же порошок по­лучался при прокаливании минерала, най­денного в окрестностях греческого города Магнезии. За это сходство эпсомская соль получила название белой магнезии.

Боится минеральной воды…

В 1808 году английский ученый Гемфри Дэви (1778—1829), анализируя белую маг­незию, расплавил ее, потом подверг элект­ролизу и получил новый элемент, который был назван магнием. Точнее, Дэви получил амальгаму магния, а чистый металл впер­вые выделил Фарадей в 1833 году.

Магний — серебристо-белый очень лег­кий металл, почти в 5 раз легче меди, в 4,5 раза легче железа; даже алюминий в 1,5 раза тяжелее магния. Плавится магний при температуре 651° С, но в обычных условиях расплавить его довольно трудно: на­гретый на воздухе до 550°С, он вспыхивает и мгновенно сгорает ослепительно ярким пламенем. Полоску магниевой фольги легко поджечь обыкновенной спичкой, а в атмо­сфере хлора магний самовозгорается даже при комнатной температуре.

При горении магния (внимание, любите­ли загара!) выделяется большое количество ультрафиолетовых лучей и тепла — чтобы нагреть стакан ледяной воды до кипения, нужно сжечь всего 4 грамма магния.

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

Химические свойства магния, его «харак­тер», довольно своеобразны. Он легко от­нимает кислород и хлор у большинства эле­ментов, не боится едких щелочей, соды, ке­росина, бензина и минеральных масел. В то же время он совершенно не выносит дей­ствия морской и минеральной воды и до­вольно быстро растворяется в них. Почти не реагируя с холодной пресной водой, он энергично вытесняет водород из горячей.

С помощью электричества

Земная кора богата магнием — в ней со­держится более 2,1 % этого элемента. Лишь шесть элементов периодической системы встречаются на Земле чаще маг­ния. Он входит в состав почти двухсот минералов. Но получают его в основном из трех — магнезита, доломита и карнал­лита.

В нашей стране богатые месторождения магнезита расположены на Среднем Урале (Саткинское) и в Оренбургской области (Халиловское). А в районе города Соликамска разрабатывается крупнейшее в мире место­рождение карналлита. Доломит — самый распространенный из магнийсодержащих минералов — встречается в Донбассе, Мос­ковской и Ленинградской областях и многих других местах.

Получают металлический магний двумя способами — электротермическим (или ме­таллотермическим) и электролитическим. Как явствует из названий, в обоих процес­сах участвует электричество. Но в первом случае его роль сводится к обогреву реак­ционных аппаратов, а восстанавливают окись магния, полученную из минералов, каким- либо восстановителем — например, углем, кремнием, алюминием. Этот способ доволь­но перспективен, в последнее время он находит все большее применение. Однако основной промышленный способ получе­ния магния — второй, электролитический.

Электролитом служит расплав безвод­ных хлоридов магния, калия и натрия; ме­таллический магний выделяется на желез­ном катоде, а на графитовом аноде разря­жаются ионы хлора. Процесс идет в специальных ваннах-электролизерах. Расплавлен­ный магний всплывает на поверхность ван­ны, откуда его время от времени выбирают вакуум-ковшом и затем разливают по фор­мам.

Но на этом процесс не заканчивается: в таком магнии еще слишком много приме­сей.

Поэтому неизбежен второй этап — очист­ка магния. Рафинировать магний можно дву­мя путями — переплавкой с флюсами или возгонкой в вакууме. Смысл первого мето­да общеизвестен: специальные добавки — флюсы — взаимодействуют с примесями и превращают их в соединения, которые лег­ко отделить от металла механическим пу­тем. Второй метод — вакуумная возгонка — требует более сложной аппаратуры, но с его помощью получают более чистый маг­ний. Возгонку ведут в специальных вакуум-аппаратах — стальных цилиндрических ре­тортах. «Черновой» металл помещают на дно реторты, закрывают ее и выкачивают воздух. Затем нижнюю часть реторты на­гревают, а верхняя все время охлаждается наружным воздухом. Под действием высо­кой температуры магний возгоняется — пе­реходит в газообразное состояние, минуя жидкое. Пары его поднимаются и конденси­руются на холодных стенках верхней части реторты.

Таким путем можно получать очень чи­стый металл, содержащий свыше 99,99% магния.

Из царства Нептуна

Но не только земная кора богата магни­ем — практически неисчерпаемые и посто­янно пополняющиеся запасы его хранят го­лубые кладовые океанов и морей. В каж­дом кубометре морской воды содержится около 4 килограммов магния. Всего же в водах океанов и морей растворено более 6 • 1016 тонн этого элемента.

Как добывают магний из моря? Морскую воду смешивают в огромных баках с изве­стковым молоком, приготовленным из пе­ремолотых морских раковин. При этом об­разуется так называемое «магнезиальное молоко», которое высушивается и превра­щается в хлорид магния. Ну а дальше в ход идут электролитические процессы.

Недавно 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 не только морская вода, но и вода соленых озер, содержащая хлористый магний. У нас в стране такие озера есть: в Крыму — Сакское и Сасык-Ивашское, в Поволжье — озеро Эльтон и многие другие.

Магниевая ракета не взлетит, но…

Для каких целей используются элемент № 12 и его соединения?

Магний чрезвычайно легок, и это свойст­во могло бы сделать его прекрасным кон­струкционным материалом. Но, увы — чи­стый магний мягок и непрочен. Поэтому конструкторы вынуждены пользоваться услугами магния в виде сплавов его с дру­гими металлами. Особенно широко приме­няются сплавы магния с алюминием, цин­ком и марганцем. Каждый из компонентов вносит свой «пай» в общие свойства: алю­миний и цинк увеличивают прочность спла­ва, марганец повышает его антикоррозион­ную стойкость. Ну, а магний? Магний прида­ет сплаву легкость — детали из магниевого сплава на 20—30% легче алюминиевых и на 50—75% —чугунных и стальных. Есть нема­ло элементов, которые улучшают магние­вые сплавы, повышают их жаростойкость и пластичность, делают устойчивее к окисле­нию. Это литий, бериллий, кальций, церий, кадмий, титан и другие. Но есть, к сожале­нию, и «враги» — железо, кремний, никель; они ухудшают механические свойства спла­вов, уменьшают их сопротивляемость кор­розии.

Магниевые сплавы находят широкое применение.

Авиация и реактивная техника, ядерные реакторы, детали моторов, баки для бензи­на и масла, приборы, корпуса вагонов, ав­тобусов, легковых автомобилей, колеса, масляные насосы, отбойные молотки, пнев­мобуры, фото- и киноаппараты, бинокли — вот далеко не полный перечень областей применения магниевых сплавов.

Немалую роль играет магний в метал­лургии. Он применяется как восстановитель в производстве некоторых ценных 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, металлурги используют магний для раскисления стали и сплавов (для уменьше­ния содержания в них вредной примеси — кислорода).

Свойство магния (в виде порошка, про­волоки или ленты) гореть белым ослепи­тельным пламенем широко используется в военной технике — для изготовления осве­тительных и сигнальных ракет, трассирую­щих пуль и снарядов, зажигательных бомб. Хорошо знакомы с магнием фотографы: «Спокойно! Снимаю!» — и яркая вспышка магния на мгновение ослепляет вас. Впро­чем, в этой роли магний выступает все ре­же — электрическая лампа «блиц» вытесня­ет его.

Место под солнцем

И еще в одной грандиозной работе — аккумуляции солнечной энергии — участву­ет магний. Он входит в состав хлорофилла, 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 греческих СЛОВ «фотос» — свет и «синтезис» — соединение, со­ставление), сопровождается выделением из листьев кислорода. Без хлорофилла не было бы жизни, а без магния не было бы хлорофилла — в нем содержится 2% этого элемента. Много ли это? Судите сами: об­щее количество магния в хлорофилле всех растений Земли составляет около 100 мил­лиардов тонн! Элемент № 12 входит и в со­став практически всех живых организмов. Если вы весите 60 килограммов, то прибли­зительно 25 граммов из них приходится на магний.

«Услугами» магния широко пользуется медицина: всем хорошо знакома «англий­ская соль». Это — содержащая магний соль серной кислоты, сернокислая магнезия. При приеме внутрь она служит надежным и быстродействующим слабительным, а при внутримышечных или внутривенных влива­ниях снимает судорожное состояние, умень­шает спазмы сосудов. Чистая окись магния (жженая магнезия) применяется при повы­шенной кислотности желудочного сока, из­жоге, отравлении кислотами. Перекись маг­ния служит дезинфицирующим средством при желудочных расстройствах.

Но медициной не ограничиваются обла­сти применения магниевых соединений. Так, окись магния используют и в производстве цементов, огнеупорного кирпича, в резино­вой промышленности. Перекись магния («новозон») применяют для отбелки тканей. Сернокислый магний 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 (углекислый магний) находит применение в производстве теплоизоляционных материа­лов.

И, наконец, еще одно обширное поле деятельности магния — органическая химия. Магниевый порошок используют для обез­воживания таких важных органических ве­ществ как спирт и анилин. Магнийорганические соединения широко применяют при синтезе многих органических веществ. О них — отдельный разговор.

Итак, деятельность магния в природе и народном хозяйстве весьма многогранна. Но вряд ли правы те, кто думает: «все, что мог, он уже совершил». Есть все основания считать, что лучшая «роль» магния — впе­реди.

Инженеры Я. Д. Розенцвейг, С. И. Венецкий

 

 

 

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Можно использовать следующие HTML-теги и атрибуты: <a href="" title=""> <abbr title=""> <acronym title=""> <b> <blockquote cite=""> <cite> <code> <del datetime=""> <em> <i> <q cite=""> <strike> <strong>