Магний

4.1. Неорганические соединения магния.

Важнейшие соединения магния: оксид, гидроксид и соли магния.

Оксид магния - MgO хорошо знаком тем, кто занимается гимнастикой. На-несенный 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 во-де составляет 0,00062 г/100 г при 20оС. Аморфная окись магния, полученная прокаливанием соединений магния при низких температу-рах, 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 ох-лаждать окись магния при весовых определениях в эксикаторе и взвеши-вать по возможности быстро.

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

Карбонат магния (MgCO3) - бесцветное кристаллическое вещество, труднораствори-мое в воде - растворимость его 0,0094 г/100г при 18оС. Карбонат из водных растворов выделяется лишь в присутствии большого избытка ок-сида 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 уг-лекислого 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 расп-ространенное природное соединение магния, образует огромные залежи, в которых минерал часто бывает окрашен примесями в более или менее тем-ные 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 конверте-ров 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 приме-сей в месторождениях калийных солей и карналлита. Интересно, что нес-мотря на значительную растворимость сульфата магния, кизерит очень мед-ленно переходит в раствор. Поэтому при выщелачивании калийных солей остается в осадке в виде похожей на песок массы, которую перерабатыва-ют в горькую соль. Горькая соль MgSO4*7H2O в природе содержится в оса-дочных породах, остающихся после высыхания озер, а также кристаллизу-ется из вод минеральных источников. На воздухе постепенно выветривает-ся. 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%.

Перхлорат магния

Mg(ClO4)2 - "ангидрон", дает гидраты с 2,4,6 молекулами воды. Раство-римость в воде 99,6 г/100г при 25оС. Безводный перхлорат магния очень сильно поглощает влагу; выше 250оС он разлагается. Ис-пользуется как осушитель органических веществ и газов.

Гидроокись магния

2MgO+2H2O=2Mg(OH)2 выделяется при действии щелочей на растворы солей магния в виде объемистого студенистого осадка. Гидроо-кись магния - слабое основание, легко растворяется в кислотах, из воз-духа поглощает углекислый газ. Растворимость ее в воде зависит от степени старения, для свежеосажденной гидроокиси магния составляет 7,0*10 -4 моль/л.

Хлорид магния

-2е

Mg0 + Cl20 Mg+2Cl2-

образует гидраты с 1,2,4,6 молекулами воды. Растворимость его в воде 54,5 г/100г при 20оС (в расчете на безводную соль). Хлорид магния с хлоридами щелочных металлов образует двойные соли, важнейшие из них - карналлит

MgCl2*KCl2*6H2O.

Для нитрата магния Mg(NO3)2 известны гидраты с 2,6 и 9 молекулами во-ды. Растворимость Mg(NO3)2*6H2O в воде при 25оС составляет 75г/100г, для Mg(NO3)2*9H2O) при 25оС - 50,6г/100г. Получение:

Mg + 2HNO3 Mg(NO3)2+H2

Фторид магния MgF2 - труднорастворимое в воде соединение. Плавится при 1265оС, с фторидами щелочных металлов образует двойные соли ти-па

M1F*MgF2 и 2M1F*MgF2.

4.2. Магнийорганические соединения.

Соединения магния с органическими кислотами.

Ацетат магния Mg(CH3COO)2 - хорошо растворимое в воде соединение.

Оксалат магния MgC2O4 - труднорастворимое соединение. В растворах окса-латов щелочных металлов или аммония оксалат магния образует комплексный ион [Mg(C2O4)2]-2.

Из органических кислот большое значение имеют аминополикарбоновые кис-лоты - комплексоны, особенно комплексон III. Прочность комплексоната магния значительно ниже, чем комплексонатов почти всех остальных ме-таллов.

Окрашенные соединения магния с органическими реагентами.

Для аналитической химии магния большое значение имеют окрашенные соеди-нения его с органическими реагентами, используемые в качестве комплек-сонометрических индикаторов, для фотометрического определения и для обнаружения магния. Ион магния не обладает хромофорным действием, поэ-тому цветные реакции дают только соединения его с окрашенными органи-ческими реагентами. Из них наиболее важны азосоединения, меньшее зна-чение имеют трифенилметановые красители и соединения других классов.

соединения магния с азокрасителями.

При взаимодействии магния с некоторыми азокрасителями образуются интен-сивно окрашенные внутрикомплексные соединения. Саввин и Петрова изучи-ли цветные реакции магния с азосоединениями на основе хромотропной кислоты. Некоторые из них с магнием дают интенсивно окрашенные комп-лексы, пригодные для фотометрического определения магния. Диль и Эл-лингбоэ изучили образование магнием окрашенных соединений с 26 моноа-зосоединениями с целью использования их в качестве индикаторов для комплексонометрического определения магния.

К магнийорганическим относят химические соединения, в которых атом углерода непосредственно связан с атомом магния. Они представляют отдельный очень важный класс соеди-нений магния. С их помощью химики синтезировали огромное количество органических соединений: лекарственных препаратов, витаминов, душистых веществ и т.д. История металлоорганических соединений началась в 1849 г, когда молодой английский химик Франкланд получил вещество, в кото-ром атом углерода был непосредственно связан с цинком. Своей способ-ностью вступать во все возможные реакции они сразу же привлекли внима-ние химиков. Однако их чрезвычайная активность, например, они мгновен-но самовоспламенялись на воздухе, сильно затрудняла работу с этими ве-ществами. В 1899 г французский ученый Ф.Барбье предложил заменить цинк на магний, обнаружив, что в присутствии диэтилового, "серного" эфира магний легко вступает в те же реакции, что и цинк.

Магнийорганические соединения оказались значительно эффективнее цин-ко-органических, менее опасными в обращении и получили широкое расп-ространение. Особая заслуга в их исследовании и внедрении в лаборатор-ную практику принадлежит выдающемуся французскому химику В.Гриньяру. В 1900г он усовершенствовал метод синтеза, предложив разделить реакцию на две стадии: 1 - образование смешанного магнийорганического соединения в эфирной среде:

CH3Cl+Mg CH3MgCl

R1X+Mg RMgX, где R - углеводородный радикал, а Х - галоген; 2 - взаимодействие RMgX с соединением, содержащим карбонильную группу, приводит к образованию новой углерод-углеродной связи. Реакции такого типа получили название по имени автора открытия - "реакции Гриньяра". За эти работы В.Гриньяр был удостоен в 1912г Нобелевской премии. Магнийорганические галогениды нашли широкое применение в органическом синтезе. С их помощью можно получать соединения различных классов -спирты, альдегиды, кетоны, эфиры, органические кислоты и т.д. Сам В.Гриньяр писал 1926г так: "Подобно хорошо настроенной скрипке, магни-йорганические соединения под опытными пальцами могут дать звучание все новым неожиданным и более гармоничным аккордам". Использование магнийор-ганических соединений позволило получить органические производные мно-гих элементов и привело к развитию целого направления - химии элемен-тоорганических соединений, успешно развиваемое в нашей стране школой академика А.Н. Несмеянова.

К сожалению, создание крупномасштабного производства на основе магни-йорганических соединений встречает значительные трудности из-за исклю-чительной пожароопасности эфира. В настоящее время разрабатываются ме-тодики применения магнийорганических соединений с использованием не столь горючих растворителей. Вероятно, недалеко то время, когда магни-йорганические соединения будут применяться и в химической технологии.

5. Природные соединения магния.

Минералы, в состав которых входит магний, использовались человеком, на-чиная с каменного века. Зеленый, смешанный магниево-кальциевый минерал состава 2CaO*5ЭO*H2O*8SiO2 (Э-обозначает переменное кол-во магния и же-леза) обладает большой "вязкостью", он не растрескивается, не расслаи-вается при ударе. Из этого минерала первобытные люди изготовляли пер-вые, примитивные инструменты. Образцы таких найденных в раскопках инс-трументов можно увидеть во многих музеях. За этим минералом сохрани-лось название, данное ему врачевателями древности - "нефрит". Счита-лось, что размолотый порошок нефрита помогает при заболеваниях почек. Другой магниевый минерал - асбест используется издревле для изготовле-ния фитилей. В отличие от фитилей из хлопка, войлок и других материа-лов органической природы гореть в асбесте нечему: состав его выражает-ся формулой

3MgO*2H2O*2SiO2.

Широко известен и другой магниевый минерал - тальк, который содержит на каждую частицу магния вдвое больше оксида кремния (IV)

3MgO*H2O*4SiO2.

Этот минерал называют также "мыльным камнем", стеати-том или, по-русски, "жировиком". Тальком присыпают поверхность готовых резиновых изделий во избежании их слипания при хранении.

Мир минералов богат и разнообразен. их известно более двух тысяч. Око-ло 10% из этого огромного количества минералов - магниевые. Магний по распространенности в природе занимает восьмое место. В большей части этих минералов, как и в нефрите, асбесте и тальке, оксид магния связан с кремнеземом SiO2 - самым распространенным химическим соединением на Земле. Вместе с магнием в состав магниевых минералов подчас входят и другие элементы - металлы. Один из таких минералов - оливин Э2SiO4, где Э означает суммарное число атомов магния и железа. Среди минералов магния есть и такие, которые по красоте могут конкурировать с извест-ными драгоценными камнями. Это водный силикат магния, окрашенный приме-сями в густой винно-желтый цвет, обнаруженный на Памире - клиногулит; он похож на драгоценный циркониевый минерал - глаулит.

Огромное количество магния содержится в водах океанов, морей и соленых озер. В среднем в одном м3 воды содержится более одного килограмма магния. В некоторых странах, не имеющих магниевого сырья (Англия, Норве-гия, Италия), налажено производство магния из морской воды. Морское происхождение имеют и ископаемые месторождения магниевого минерала "карналлита". В отдаленном геологическом прошлом Земли неоднократно образовывались и высыхали моря и озера. При их испарении образовались гигантские залежи природных солей магния - карналлит - MgCl2*KCl*6H2O.

6. ОПРЕДЕЛЕНИЕ МАГНИЯ В ПОЧВАХ, В ВОДЕ.

Общее содержание магния в почвах колеблется в пределах от 0,1 до 1%, содержание обменного магния составляет сотые и десятые доли процента.

Методы выделения магния из почвы. Для извлечения обменного магния из почвы, предложены различные экстрагенты: 1М нейтральный раствор CH3COONH4, 2М раствор CH3COONH4 и т.д.

Метоты определения. Обменный магний в почвах можно определить комплексонометрическим методом. Однако из-за незначительного содержания магния в почвах для его определения лучше применять ортометрические методы: с титановым жёлтым, 8-оксихинолином и бриллиантовым жёлтым.

15 мл экстракта почвы, полученного обработкой 1М раствора CH3COONH4, помещают в мерную колбу ёмкостью 25 мл. Если объём аликвотной части меньше 15 мл, то его доводят до 15 мл 1М раствором CH3COONH4, добавляют последовательно, перемешивая раствор после прибавления каждого реагента: 5 мл смеси, содержащей равные части однопроцентного раствора поливинилового спирта, 0,5% раствора NaHSO3 и компенсационного раствора, 1 мл 0,04% раствора титанового жёлтого, 4мл 10N раствора NaOH и измеряют оптическую плотность на фотоколориметре при 540 НМ.

Обменный магний в почвах можно определять атомно-абсорбционным методом. 10г почвы встряхивают 30 минут с 50 мл 1М раствора CH3COONH4 с pH 5,9. Смесь фильтруют, промывают тем же раствором. Фильтрат с промывными водами разбавляют 1М раствором CH3COONH4 в мерной колбе до 100 мл, распыляют в пламя и фотометрируют. Стандартные растворы для получения данных для составления калибровочного графика должны содержать 0-100 мкг Mg/мл. Их готовят разбавлением смеси, содержащей 500 мкг Mg/мл, 2 мг Ca/мл, 50 мкг Na/мл и 125 мкг K/мл в 1М растворе CH3COONH4.

Определение в воде, кисотах и электролитах.

Для определения магния в воде можно использовать фотометрический метод с пикроминазо.

5-10 мл воды переносят в мерную колбу ёмкостью 50 мл, добавляют 2 мл 0,005 % раствора микроминазо, 5 мл 0,5% раствора желатина, 15 мл 20% раствора NaOH и доводят объём водой до метки. Через 10-15 минут измеряют оптическую плотность. Малые количества магния в летучих кислотах предложено определять комплексонометрическим методом после удаления кислоты выпариванием досуха.

Страницы: 1, 2, 3