Магний
Группа веществ: Катионы

Mg²⁺

Ион щелочноземельного металла 2-ой группы. При определении в воде ион магния входит в группу индифферентных веществ. Никакой пользы они не несут, впрочем, и вредными в малых количествах они тоже не являются. Количество таких веществ допускается до пределов вкусовой ощутимости. Это такие ионы, как калий, натрий, кальций и магний. При этом ионы кальция и магния являются основными ионами, создающими так называемую жесткость воды.

Различают временную, постоянную и общую жесткость воды. Временная жесткость обусловлена ионами кальция и магния, находящимися в соединении с гидрокарбонатными анионами. Временной она называется потому, что при кипячении воды происходит разрушение гидрокарбонатов с образованием карбонатов кальция и магния, которые очень плохо растворимы в воде и выпадают в осадок с образованием накипи. Постоянная жесткость обусловлена соединениями кальция и магния со всеми другими анионами, кроме гидрокарбонатного. Она не уменьшается при кипячении. Общая жесткость складывается из временной и постоянной.

Магний (лат. Magnesium), Mg, химический элемент II группы периодической системы Менделеева, атомный номер 12, атомная масса 24,305, относится к щелочноземельным элементам. Природный магний состоит из трёх стабильных изотопов: ²⁴Mg (78,60% ), ²⁵Mg (10,11%) и ²⁶Mg (11,29%), относится к щелочноземельным элементам. Поперечное сечение захвата тепловых нейтронов для природной смеси изотопов 5,9·10^-20 м². Конфигурация внешней электронной оболочки 3s²; степень окисления +2, очень редко +1; энергии ионизации Mg⁰:Mg⁺:Mg²⁺ равны соответственно 7,64607 и 15,0353 эВ; электроотрицательность по Полингу 1,2; сродство к электрону -0,22 эВ; атомный радиус 0,160 нм, ионные радиусы для Mg²⁺ (в скобках указаны координационные числа) 0,071 нм (4), 0,08 нм (5), 0,086 нм (6), 0,103 нм (8). Содержание магния в земной коре 2,35% по массе.

Магний открыт в 1808 году Г.Дэви, который подверг электролизу с ртутным катодом увлажнённую магнезию (давно известное вещество). Дэви получил амальгаму, а из неё после отгонки ртути – новый порошкообразный металл, названный магнием. В 1828 году французский химик А.Бюсси восстановлением расплавленного хлорида магния парами калия получил магний в виде небольших шариков с металлическим блеском.

В природе магний встречается только в виде соединений. Известно более 100 минералов, содержащих магний; большинство из них – силикаты и алюмосиликаты, например: оливин (Mg,Fe)₂[SiO₄], серпентин Mg₆(OH)₈[Si₄O₁₀] и др. Образуют залежи промышленного значения главным образом магнезит MgCO₃, доломит MgCO₃·СаСО₃, асбест, бишофит MgCl₂·6H₂O, карналлит KCl·MgCl₂·6H₂O, кизерит MgSO₄·H₂O, эпсомит MgSO₄·7H₂O, каинит KCl·MgSO₄·3H₂O, астраханит Na₂SO₄·MgSO₄·4H₂O. Много магния содержится в воде морей и океанов и в природных рассолах. Магний всегда содержится в растениях, так как входит в состав молекулы хлорофилла.

Свойства. Магний - серебристо-белый металл; кристаллическая решетка гексагональная, а = 0,3210 нм, с = 0,5200 нм, z = 2, пространственная группа Р6₃/mmc, t пл. 650 °С, t кип. 1105°С; плотность 1,74 г/см³ (20 °С), 1,54 г/см³ (700 °С); С⁰_p 24,90 Дж/(моль·К); ∆H^o_пл 8,5 кДж/моль (923 К); S⁰₂₉₈ 32,68 Дж/(моль·К); теплопроводность 155 Вт/(м·К); r 4,49·10^-8 Ом·м; парамагнетик, магнитная восприимчивость +0,5·10^-6.

Магний - сравнительно мягкий, пластичный и ковкий металл. Его прочность и твердость минимальна для литых образцов и выше для прессованных и кованых; предел текучести 25-90 МПа; S_раст 120-200 МПа; твердость по Бринеллю 300-350 МПа; относительное удлинение 8,0-11,5%.

При обычных условиях поверхность магния защищена прочной пленкой оксида магния MgO, только при нагревании на воздухе до ~ 600 °С происходит разрушение этой пленки и металл сгорает ослепительно белым пламенем с образованием MgO и нитрида Mg₃N₂. С холодной водой магний не реагирует, из кипящей воды вытесняет Н₂ и образует гидрооксид магния Mg(OH)₂. Аналогично реагирует с растворами солей аммония. С разбавленными кислотами магний интенсивно взаимодействует при комнатной температуре, с концентрированной H₂SO₄ и HNO₃ на холоде не реагирует. Он также устойчив к действию HF и фтористоводородной кислоты в результате образования защитной пленки MgF₂. При взаимодействии с галогенами магний дает галагениды магния MgX₂. С водородом при 570°С и давлении ~20 МПа в присутствуют MgI₂ образует гидрид MgH₂·СN₂ при 780-800°С магний образует нитрид Mg₃N₂. При нагревании магния с S, Se или Те образуются халькогениды MgS, MgSe, MgTe – бесцветные кристаллы; гидролизуются водой. Сульфид MgS – кристаллы с кубической решеткой, может быть также получен при нагревании магния с H₂S. При нагревании магния с бором образуются бориды MgB₂, MgB₄, MgB₆, MgB₁₂ – темно-коричневые твердые вещества. С углеродом магний образует карбиды MgC₂ и MgC₃, которые реагируют с водой, давая С₂Н₂ и смеси углеводородов. С кремнием образует силицид Mg₂Si (t пл. 1102°С), разлагающийся водой с выделением SiH₄ и других силанов. Со многими металлами магний дает интерметаллиды. Магний восстанавливает СО₂, В₂О₃, SiO₂, галогениды металлов до соответствующего элемента. Соли магния получают взаимодействием кислот или соответствующих им оксидов с MgO, действием разбавленных кислот на металлический магний, обменными реакциями и др. Многие соли хорошо растворимы в воде с незначительным гидролизом, образуют кристаллогидраты.

В водных растворах ион Mg²⁺ существует в виде аквакомплекса [Mg(H₂O)₆]²⁺. В неводных растворителях (жидкий NH₃ и др.) ион Mg²⁺ образует комплекс с молекулами растворителя; из таких растворов обычно кристаллизуются сольваты солей магния. В водной среде кристаллосольваты разрушаются с образованием аквакомплексов. При взаимодействии щелочей с водными растворами солей магния осаждается Mg(OH)₂.

Магний в организме. Магний - постоянная часть растительных и животных организмов (в тысячных - сотых долях процента). Концентраторами магния являются некоторые водоросли, накапливающие до 3% мания (в золе), некоторые фораминиферы - до 3,5%, известковые губки - до 4%. Магний входит в состав зелёного пигмента растений – хлорофилла (в общей массе хлорофилла растений Земли содержится около 100 млрд тонн магния), а также обнаружен во всех клеточных органеллах растений и рибосомах всех живых организмов. Магний активирует многие ферменты, вместе с кальцием и марганцем обеспечивает стабильность структуры хромосом и коллоидных систем в растениях, участвует в поддержании тургорного давления в клетках. Магний стимулирует поступление фосфора из почвы и его усвоение растениями, в виде соли фосфорной кислоты входит в состав фитина. Недостаток магния в почвах вызывает у растений мраморность листа, хлороз растений (в подобных случаях используют магниевые удобрения). Животные и человек получают магний с пищей. Суточная потребность человека в магнии - 0,3-0,5 г; в детском возрасте, а также при беременности и лактации эта потребность выше. Нормальное содержание магния в крови - примерно 4,3 мг%; при повышенном содержании наблюдаются сонливость, потеря чувствительности, иногда паралич скелетных мышц. В организме магний накапливается в печени, затем значительная его часть переходит в кости и мышцы. В мышцах магний участвует в активировании процессов анаэробного обмена углеводов. Антагонистом магния в организме является кальций. Нарушение магниево-кальциевого равновесия наблюдается при рахите, когда магний из крови переходит в кости, вытесняя из них кальций. Недостаток в пище солей магния нарушает нормальную возбудимость нервной системы, сокращение мышц. Крупный рогатый скот при недостатке магния в кормах заболевает так называемой травяной тетанией (мышечные подёргивания, остановка роста конечностей). Обмен магния у животных регулируется гормоном паращитовидных желёз, понижающим содержание магния в крови, и проланом, повышающим содержание магния. Из препаратов магния в медицинской практике применяют: сульфат магния (как успокаивающее, противосудорожное, спазмолитическое, слабительное и желчегонное средство), магнезию жжёную (оксид магния), карбонат магния (как щёлочи, лёгкое слабительное).