Магний

7. БИОЛОГИЧЕСКОЕ ЗНАЧЕНИЕ МАГНИЯ.

Живая материя содержит сотые доли процента магния, но эти доли процента исключительно важны. Магний входит в состав хлорофилла - зелёного пигмента растений, первичного приёмника солнечной энергии. С поглощения света хлорофиллом начинается один из важенйших природных процессов - фотосинтез. Его продуктами является и основная растительная масса, и кислород. Без магния нет хлорофилла, а без хлорофилла была бы невозможна жизнь на нашей планете. Функция молекул хлорофилла состоит в положении фотонов красной области видимого спектра (около 700 нМ) и передаче энергии возбуждения другим частицам, участвующим в цепи реакций, приводящих, в конечном счёте, к соединению воды и углекислого газа и их превращения в глюкозу с одновременным выделением молекулярного кислорода

6CO2 + 6H2O = C6H12O6 + 6O2

Опыты, проведённые венгерскими учёными на животных, показали, что недостаток магния в организме повышает предрасположенность к инфаркту. Французские биологи считают, что магний поможет медикам бороться с таким серьёзным недугом XXв, как переутомление. Исследования показывают, что в крови уставших людей уменьшается содержание магния, он как бы, «сгорает», что приводит к нарушениям работы сердечных мышц. При недостатке в почве солей магния рост и развитие растений приостанавливаются. При использовании органических удобрений обеспечивается круговорот магния. В случае же применения только минеральных удобрений необходимо периодическое введение в почву и магниевых соединений. Особенно нуждаются в магниевой подкормке растения -сахароносы: сахарная свекла и сахарный тростник.

Вам сына, или дочь?

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

Берегите магний!

Французские биологи считают, что магний поможет медикам в борьбе с переутомлением. Исследования показывают, что в крови уставших людей содержится меньше магния, чем у здоровых, а даже самые ничтожные отклонения «магниевой крови» от нормы не проходят бесследно.

Важно помнить, что в тех случаях, когда человек часто и по любому поводу раздражается, магний, содержащийся в организме «сгорает». Вот почему у нервных, легко возбудимых людей нарушение работы сердечных мышц наблюдаются значительно чаще.

8. ОБЛАСТИ ПРИМЕНЕНИЯ МАГНИЯ.

Магний применяют в виде металлических пластин при защите от коррозии морских судов и трубопроводов. Защитное действие магниевого «протектора» связано с тем, что из стальной конструкции и магниевого протектора (магний стоит в электрохимическом ряду напряжений левее, чем железо) создаётся электрическая цепь. Происходит разрушение магниевого протектора; основная же стальная часть конструкции при этом сохраняется. В металлургии магний используют как «раскислитель» - вещество, связывающее вредные примеси в расплаве железа. Добавка 0,5% магния в чугун сильно повышает ковкость чугуна и его сопротивление на разрыв. Используют магний и при изготовлении некоторых гальванических элементов.

Сплавы магния играют в технике очень важную роль. Существует целое семейство магниевых сплавов с общим названием «электрон». Основу их составляет магний в сочетании с алюминием (10%), цинком (до 5%), марганцем (1-2%). Малые добавки других металлов придают «электрону» различные ценные свойства. Но главным свойством всех видов «электронов» является их лёгкость (1,8 г/см3) и прекрасные механические свойства. Их используют в тех отраслях техники, где особенно высоко ценится лёгкость: в самолёто- и ракетостроении. В последние годы созданы новые устойчивые на воздухе магниево-литиевые сплавы с совсем малой плотностью (1,35 г/см3). Их использование в технике очень перспективно. Магниевые сплавы цены не только из-за своей лёгкости. Их теплоёмкость в 2-2,5 раза выше, чем у стали. Аппаратура из магниевых сплавов нагревается меньше стальной. Используют и сплав алюминия с большим содержанием магния (5-30%). Этот сплав «магналит» твёрже и прочнее алюминия, легче обрабатывается и полируется. Число металлов, с которыми магний образует сплавы, велико. Из диаграммы, иллюстрирующей правило Юм-Розери, ясна удивительная особенность магния не смешиваться в расплаве со своим близким по положению в таблице Менделеева соседом - бериллием. Из-за сильного различия межатомных расстояний не образует магний сплавов и с железом.

Среди кислородных соединений Mg нужно отметить оксид магния MgO, называемый также жжёной магнезией. Он применяется в изготовлении огнеупорных кирпичей, т.к. температура его плавления 2800оС. Жжёная магнезия используется и в медицинской практике.

Интересны силикаты магния - тальк 3MgO*4SiO2*H2O и асбест CaO*MgO*4SiO2, обладающие высокой огнестойкостью. Асбест имеет волокнистое строение, поэтому его можно прясть и изготавливать из него спецодежду для работы при высоких температурах. Карбонаты и силикаты магния в воде нерастворимы.

Интерес к магнию и сплавам на его основе обусловлен, с одной стороны, сочетанием важных для практического использования свойств, а с другой стороны, большими сырьевыми ресурсами магния. Велика сфера использования магния и магниевых сплавов со специальными химическими свойствами, например в источниках тока и для протекторов при защите стальных сооружений от коррозии.

В СНГ, как и за рубежом, имеются большие запасы минерального сырья магния, удобные для его извлечения. Это месторождения твёрдых солей, содержащих магний, а также рассолы ряда соляных озёр. Кроме того, магний может извлекаться из морской воды. Таким образом для магния не стоит проблема истощения сырьевых ресурсов, которая приобретает всё большее значение для многих других, промышленно важных металлов. Хотя магний является одним из основных промышленных металлов, но объём его производства продолжает заметно уступать объёму производства алюминия и стали.

Определённую ориентировку в потребностях промышленности в магнии даёт рассмотрение его производства и потребления в развитых капиталистических и развивающихся странах. После второй мировой войны и вплоть до начала 70-х годов XX столетия в них наблюдался непрерывный рост производства и потребления магния, затем произошла его стабилизация. Крупнейшим производителем магния в капиталистических странах являются США, доля которых в общем производстве несколько больше 50%.

Конструкционные магниевые сплавы - это лишь одна, причём не самая большая по объёму область применения магния. Магний широко используется как химический реагент во многих металлургических процессах. В частности, он применяется в чёрной металлургии для обработки чугуна с целью десульфурации. В общем в последние годы имеется тенденция к расширению применения магния в качестве химического реагента. Значительное количество магния используется для получения титана, и надо искать пути повышения эффективности применения его в этих целях. Проявляется также значительный интерес к магнию и сплавам на его основе как аккумуляторам водорода.

Имеется определённая предубеждённость против магниевых сплавов со стороны потребителей в отношении их пожароопасности, низкой коррозионной стойкости, повышенной чувствительности к концентраторам напряжений. Эту предубеждённость следует преодолевать. В то же время следует продолжить работы, направленные на улучшение служебных характеристик магниевых сплавов, в частности на повышение их коррозийной стойкости.

Основные тенденции в развитии потребления магния в мире.

В последние годы за рубежом положение магния как одного из масштабных промышленных металлов упрочнилось: в 1980 году впервые в мирное время был превзойдён максимальный уровень производства магния военного 1943 года. Несмотря на отдельные спады, обусловленные общей неблагоприятной коньюктурой, потребление магния оставалось стабильным, хотя цены на него и выросли в 1,9 раза.

Самым крупным производителем и потребителем первичного магния за рубежом остаются США, но их доля в мировом потреблении за 1975-85гг сократилось с 51,7% до 41,5%. Норвегия и США - крупнейшие экспортёры магния: по 36-45 тыс. тонн в год. США являются также крупнейшим производителем магния из вторичного сырья.

Второе место по объёма потребления магния занимает Западная Европа (30%). Потребление магния в Японии оценивается на уровне 20-25 тыс. тонн в год, из которых 69% расходуется в производстве алюминиевых сплавов и высокопрочного чугуна, на отливки из магниевых сплавов - 4,9%.

Магний за рубежом используется во многих отраслях промышленности. Всё разнообразие направлений использования можно условно разделить на 3 группы:

Применение магния в производстве алюминиевых сплавов, в которых добавляют от 0,5% до 10% магния. Алюминиевые сплавы, содержащие магний, отличаются высокой удельной прочностью, коррозийной стойкостью и хорошо обрабатываются резанием.

Приготовление сплавов конструкционного назначения на основе магния. Содержание магния в таких сплавах 90-98%. Деформируемые магниевые сплавы и литые заготовки из них находят применение в ряде отраслей промышленности, прежде всего в аэрокосмической промышленности, далее идут военная и автомобильная.

Использование магния в качестве химического реагента в чёрной и цветной металлургии для восстановления Be, Ti, U, Zr, Hf и др.металлов, в химии (в основном в реакции Гриньяра), также в качестве расходуемых анодов для катодной защиты от коррозии стальных конструкций, подземных трубопроводов и резервуаров. Магний в этих процессах полностью расходуется. Лом и отходы не образуются, в отличии от первых двух групп, где он может повторно использоваться в виде вторичных сплавов.

В условиях дефицита магния также актуальной является задача более рационального использования имеющихся ресурсов металла, сокращение потерь его на всех этапах переработки и использования. Например, более эффективно может быть использован вторичный магниевый сплав типа МА9С6 для легирования алюминиевых сплавов взамен первичного металла. Предпочтительнее выглядит и прямое использование отходов из магниевых сплавов в виде брикетов стружки взамен чушкового металла, например, для десульфурации или модифицирования чугуна, производстве модификаторов типа железо-кремний-магний.

Использование магния в аппаратах космической и авиационной техники, автомобилестроении, различных агрегатах и ответственных приборах предъявляя особые требования к технологии производства литья из магниевых сплавов. Потребность народного хозяйства в магнии и магниевых сплавах значительно превышает возможность их производства. Это ставит перед металлургами, технологами и разработчиками новые проблемы повышения качества литья, использования лома и стружки, создание безотходных и малоотходных технологий производства. Обостряются вопросы экологии.

9. ЖЕСТКОСТЬ ВОДЫ

Природная вода, проходя через известковые горные породы и почвы, обогащается солями кальция и магния и становится жёсткой. В жёсткой воде при стирке белья увеличивается расход мыла, а ткань, впитывая соли, становится жёлтой и быстро ветшает. Нерастворимые соли кальция и магния осаждаются на внутренних стенках паровых котлов и трубопроводов. В жёсткой воде хуже и дольше варятся овощи.

Различают временную и постоянную жёсткость воды. При наличии временной жёсткости воды нагрев её приводит к выпадению осадков карбонатов CaCO3 и MgCO3. Временная жёсткость вызвана присутствием в воде гидрокарбонатов Mg(HCO3)2. Такая жёсткость устраняется кипячением воды :

Mg(HCO3)2 = MgCO3 + H2O + CO2

Постоянная жёсткость обусловлена другими солями кальция и магния, она не устраняется кипячением воды. Осадки малорастворимых и практически нерастворимых солей (CaSo4, CaSiO3, MgSiO3)могут выпадать вследствие следующих причин:

Повышение концентрации солей при выпаривании воды;

Понижение растворимости солей при нагревании (если соль обладает отрицательным температурным коэффициентом).

Для умягчения воды из неё необходимо удалить все соли кальция и магния, как Mg(HCO3)2, так и MgSO4, MgCl2 и др. Это достигается обработкой природной воды различными осадителями:

1. Действие известковой воды

Mg(HCO3)2 + Ca(OH)2 CaMg(CO3)2 + 2H2O,

Ca(HCO3)2 + Ca(OH)2 2CaCO3 + 2H2O ;

2. Действие соды

MgSO4 + Na2CO3 MgCO3 + Na2SO4 ,

3CaCl2 + 2Na3PO4 Ca3(PO4)2 + 6NaCl.

Отметим, что один из указанных выше осадков, а именно карбонат магния - кальция CaMg(CO3)2, отвечает по составу природному веществу - минералу доломиту, также широко распространённому, как и кальцит. Он является важнейшим природным источником магния наравне с карналлитом KMgCl3*6H2O.

В химической лаборатории и в промышленности используется полностью обессоленная вода (для питья непригодна). Для этого природную воду подвергают перегонке (дистилляции). Такая дистиллированная вода является мягкой, подобно дождевой воде.

С практической точки зрения (например при эксплуатации паросиловых установок) существенна именно форма образующихся осадков. Накипи отлагаются на поверхностях нагрева, снижая экономичность установки и могут привести к перегреву стенки (поверхности нагрева). Шламы - рыхлые осадки - выпадают в объёме воды и не опасны, поскольку могут быть удалены. Поэтому все методы борьбы с жёсткостью воды направлены либо на очистку воды от ионов солей жёсткости, либо на искусственное осаждение солей жёсткости в форме шламов.

10. Практическая работа «Определение жёсткости воды»

10.1. Методы отбора проб.

1. Объём пробы воды для определения общей жёсткости должен быть не менее 250 мл.

2. Если определение жёсткости не может быть проведено в день отбора пробы, то отмеренный объём воды, разбавленной дистиллированной водой 1:1, допускается оставлять для определения до следующего дня. Пробы воды, предназначенные для определения жёсткости не консервируют.

Аппаратура, материалы и реактивы.

Посуда мерная лабораторная стеклянная по ГОСТ 20292-74 вместимостью: пипетки - 10,25,50,100 мл без делений

Бюретка 25 мл.

Колбы конические по ГОСТ 25336-82 вместимостью 250 мл.

Капельницы по ГОСТ 25336-82.

Трилон Б

Аммоний хлористый

Аммиак водный 20% раствор

Гидроксиламин солянокислый

Кислота соляная

Натрий сернистый

Натрий хлористый

Спирт этиловый ректификованный

Цинк металлический гранулированный

Магний сернокислый - фиксанал

Хромогенчёрный специальный ЕТ-100 (индикатор)

Хромтёмно-синий кислотный (индикатор)

Все реактивы, используемые для анализа должны быть квалификации «Чистый для анализов»

10.2. Подготовка к анализу.

Дистиллированная вода, перегнанная дважды в стеклянном приборе, используется для разбавления проб воды.

Приготовление 0,05 Н раствора трилона Б

9,31 г трилона Б растворяют в дистиллированной воде и доводят до 1 литра. Если раствор мутный, то его фильтруют. Раствор устойчив в течение нескольких месяцев.

Приготовление буферного раствора.

10 г хлористого аммония (NH4Cl) растворяют в дистиллированной воде, добавляют 50 мл 25% раствора аммиака и доводят до 500 мл дистиллированной водой. Во избежание потери аммиака раствор следует хранить в плотно закрытой склянке.

Приготовление индикаторов.

0,5 индикатора растворяют в 20 мл буферного раствора и доводят до 100 мл этиловым спиртом. Раствор индикатора хромтёмно-синего может сохраняться длительное время без изменения. Раствор индикатора хромогенчёрного устойчив в течение 10 суток. Допускается пользоваться сухим индикатором. Для этого 0,25 г индикатора смешивают с 50 г сухого хлористого натрия, предварительно тщательно растёртого в ступке.

Приготовление раствора сернистого натрия.

5г сернистого натрия Na2S*9H2O или 3,7г Na2S*5H2O растворяют в 100 мл дистиллированной воды. Раствор хранят в склянке с резиновой пробкой.

Приготовление раствора солянокислого гидроксиламина.

1г солянокислого гидроксиламина NH2OH*HCl растворяют в дистиллированной воде и доводят объём до 100 мл.

Приготовление 0,1H раствора хлористого цинка.

Точную навеску гранулированного цинка 3,269г растворяют в 30 мл соляной кислоты, разбавляют 1:1. Затем доводят объём в мерной колбе дистиллированной водой 1л. Получают точный 0,1Н раствор. Разведением этого раствора вдвое получают 0,05Н раствор. Если навеска неточная (больше или меньше, чем 3,269г), то рассчитывают количество миллилитров исходного раствора цинка для приготовления точного 0,05Н раствора, который должен содержать 1,6345 г цинка в 1 л.

Приготовление 0,05Н раствора сернокислого магния.

Раствор готовят из фиксанола, прилагаемого к набору реактивов для определения жёсткости воды и рассчитанного на приготовление 1 л 0,01Н раствора. Для получения 0,05Н раствора содержимое ампулы растворяют в дистиллированной воде и доводят объём раствора в мерной колбе до 200 мл.

Установка поправочного коэффициента к раствору трилона Б.

В коническую колбу вносят 10 мл 0,05Н раствора хлористого цинка или 10 мл 0,05Н раствора сернокислого магния и разбавляют дистиллированной водой до 100 мл. Прибавляют 5 мл буферного раствора, 5-7 капель индикатора и титруют при сильном взбалтывании раствором трилона Б до изменения окраски в эквивалентной точке. Окраска должна быть синей с фиолетовым оттенком при прибавлении индикатора хромтёмно-синего и синего с зеленоватым оттенком при прибавлении индикатора хромогенчёрный.

Титрование следует проводить на фоне контрольной пробы, которой может быть слегка перетитрованная проба.

Поправочный коэффициент к нормальности раствора трилона Б вычисляют по формуле

10

K=

V

где V - количество раствора трилона Б, израсходованное на титрование, мл.

10.3. Проведение анализа.

Определению общей жёсткости воды мешают: медь, цинк, марганец и высокое содержание углекислых и двууглекислых солей. Влияние мешающих веществ устраняется в ходе анализа.

Точность определения при титровании 100 мл пробы составляет 0,05 мг*экв/л.

В коническую колбу вносят 100 мл отфильтрованной испытуемой воды или меньший объём, разбавленный до 100 мл дистиллированной водой. При этом суммарное содержание ионов кальция и магния во взятом объёме воды не должно превышать 0,5 мг/экв. Затем прибавляют 5 мл буферного раствора, 5-7 капель индикатора или приблизительно 0,1 г сухой смеси индикатора хромочёрного с сухим хлористым натрием и сразу же титруют при сильном взбалтывании 0,05Н раствором трилона Б до изменения окраски в эквивалентной точке. Окраска должна быть синей с зеленоватым оттенком.

Если на титрование было израсходовано больше 10 мл 0,05Н раствора трилона Б, то это указывает, что в отмеренном объёме воды суммарное содержание ионов кальция и магния больше 0,5 мг*экв. В таких случаях следует определение повторить, взяв меньший объём воды и разбавив его до 100 мл дистиллированной водой.

Нечёткое изменение окраски в эквивалентной точке указывает на присутствие меди и цинка. Для устранения влияния мешающих веществ к отмеренной для титрования пробе воды прибавляют 1-2 мл раствора сульфида натрия, после чего проводят испытание.

Если после прибавления к отмеренному объёму воды буферного раствора и индикатора титруемый раствор постепенно обесцвечивается, приобретая серый цвет, что указывает на присутствие марганца, то в этом случае к пробе воды, отобранной для титрования, до внесения реактивов следует прибавить 5 капель 1% раствора солянокислого гидроксиламина и далее определять жёсткость.

Если титрование приобретает крайне затяжной характер с неустойчивой и нечёткой окраской в эквивалентной точке, что наблюдается при высокой щёлочности воды, её влияние устраняется к пробе воды, отобранной для титрования, до внесения реактивов 0,1Н раствора соляной кислоты в количестве, необходимом для нейтрализации щёлочности воды, с последующим кипячением или продуванием раствора воздухом в течение пяти минут. После этого прибавляют буферный раствор, индикатор и далее определяют жёсткость.

10.4. Обработка результатов.

Общую жёсткость воды в мг*экв/л вычисляют по формуле

V*0,05*K*1000

X=-----------------

V

где V - количество раствора трилона Б, израсходованное на титрование, мл

K - поправочный коэффициент к нормальности раствора трилона Б

V - объём воды, взятый для определения, мл.

Расхождение между повторными определениями не должно превышать 2 отн.%

Берем испытуемую воду в количестве 100 мл, в 2 колбы делаем параллельный анализ буферного раствора. Добавляем 5 мл буферного раствора в обе колбы, затем 5-7 капель индикатора хромтемно-синий, и начинаем титровать трилоном Б (0,1 норм. раств.)

В первую пробу ушло 5,8 мл трилона Б, во вторую пробу ушло 5,8 мл.

Обработка результатов:

5,8 мл х 0,05 х 0,9930 х 1000

Х= -------------------------------------- = 2,8797 мл экв/л

100

где, V - 5,8 мл

К - 0,9930

V- 100 мл

ВЫВОД:

Содержание жесткости в воде находится в пределах нормы, так как пределом нормы является 1-10 мл х экв/л

Страницы: 1, 2, 3