МАГНИЙ, Mg, хим. элемент второй группы периодической системы, близкий по свойствам, с одной стороны, к щелочно-земельным металлам, другой — к цинку. Атомный вес — 24,327, порядковый номер 12; найдено три изотопа, с атомными массами 24, 25 и 26, содержащимися в соотношении 6 : 1 : 1. В природе магний распространен весьма широко, составляя не менее 2,5% веса земной коры, в виде осадочных горных пород: магнезита (см.), MgCO3, кизерита (см.), MgSO₄·H₂O, каинита (см.), MgSO₄·KCl·6H₂O, карналлита (см.), MgCl₂·KCl·6H₂O, и многих силикатов: талька, энстатита, морской пенки, оливина, серпентина и мн. др. Весьма распространены месторождения магния вместе с кальцием в виде доломита — горной породы, образующей целые горные кряжи. Большие количества магниевых солей залегают вместе с калийными солями. Сернокислый магний содержится во многих соленых источниках, а хлористый М. — в морской воде.
Получение. М. впервые был получен Деви в 1808 путем электролиза сернокислого М., а также путем восстановления окиси М. парами калия; Бунзен получил М. путем электролиза хлористого М. Промышленным способом металлический М. получается: а) электролизом расплавленного безводного хлористого М. и б) электролизом окиси М., растворенной в расплавленной смеси фторидов М., натрия и бария. Перед электролизом безводной соли первой стадией процесса является обезвоживание природных солей, напр. карналлита. Электролиз ведется в стальных ваннах, отапливаемых извне газом, углем, или же в ваннах с электрич. нагревом. Температура ванны 700—750°. Через графитовый электрод в ванну подводится ток напряжением в 6—10 V и силой 2.000—3.000 А. Получающийся при электролизе на катоде-ванне М. вследствие низкого уд. веса всплывает наверх и вычерпывается. Полученный из MgCl₂ металл имеет состав: Si — 0,04%; Fe — 0,02%; Al — 0,05%; Cl — 0,02%; Mg — остальное. Металл такого состава весьма чист с технической точки зрения и может применяться для различных целей. В настоящее время, при значительно выросшем мировом потреблении, магний получается по различным патентам. Промышленные способы его получения во всех странах строго засекречены, в виду исключительного значения магния для военного дела и авиации. Магний производится в количестве нескольких тысяч тонн в год в США, Франции, Англии, Германии и Швейцарии. В СССР также развернуто производство собственного магния.
Свойства. М. — металл серебристо-белого цвета; уд. вес 1,74 при 20°, точка плавления 651°, точка кипения 1.126°, несколько выше, чем у цинка. В вакууме кипит при 600°, на влажном воздухе быстро покрывается налетом гидроокиси; легко выковывается в топкие листочки, но может быть вытянут в проволоку лишь при высокой температуре. Легко горит, распространяет ослепительный свет, чрезвычайно богатый химически-активными лучами, почему и имеет широкое применение в фотографии, для изготовления ракет, бенгальских огней и т. п. Сопротивление на разрыв равно 23,2 кг/мм²; удельное сопротивление сжатию — 27,2 кг/мм². Теплопроводность М. выше теплопроводности алюминия, а электропроводность близка к электропроводности алюминия. На чистую воду М. при обыкновенной температуре почти не действует, но в присутствии катализатора (хлорид-платины) быстро разлагает воду с образованием водорода и окиси М. Платинированный М. является хорошим восстановителем (восстанавливает нитробензол до анилина). М. — весьма активный металл, однако в концентрированной смеси серной и азотной кислот он не растворяется (см. Пассивирование). При нагревании с парами серы и иода, с хлором и бромом М. реагирует с явлениями пламени; разлагает углекислый газ, сернистый ангидрид, кремнезем и борную кислоту. При нагревании с азотом М. образует нитрид М. — Mg₃N₂.
Применение. Будучи относительно недорогим и весьма легким металлом (уд. вес 1,74 против 2,7 у алюминия, 7,85 у железа и 8,9 у меди), М, за последнее время находит широкое применение в металлургии легких сплавов (магналий и др.). Металлический М. имеет существенное значение в органической синтетической химии для т. н. магний-органического синтеза (см. Магний-органические соединения). М. применяется при рафинировании никеля и др. металлов и сплавов (преимущественно перед алюминием), для дезоксидации, десульфурации сплавов в металлургии, в качестве присадки ко многим сплавам меди, стали, цинка и др. М. применяется также при выделении редких металлов из окислов для получения сплавов с алюминием, применяемых для изготовления электрич. проводов вместо меди. Сплавы М. находят широкое применение в автомобильной, воздухоплавательной и авиационной промышленности. Из сплавов М. наибольшее значение имеют: электрон (до 90% М.), магналий (сплав М. с алюминием). В качестве металлургич. присадки М. содержится в дуралюминии и других легких сплавах. Свойства и состав типичных сплавов М. таковы:
| Al | Zn | Mn | Si | Cu | Cd | Сопротив- ление разрыву (кг/мм²) |
Удли- нение в % |
Обработка |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| в процентах | ||||||||
| 4 | 3 | 0,5 | — | — | — | 20 | 8 | Литье в землю |
| или кокиль | ||||||||
| 10 | — | 0,5 | — | — | — | 35 | 10 | Прессованный |
| 2 | — | 0,3 | — | 4 | 2 | 29 | 10 | Прессованный |
| 6 | 1 | 0,5 | — | — | — | 30 | 20 | Прокатный |
| Примечание. Содержание М. в приведенных сплавах равно (100—S)%, где S — сумма примесей. | ||||||||
Некоторые магниевые сплавы, аналогично алюминиевым, могут быть подвергнуты термической обработке, заключающейся в закалке с отпуском и приводящей к повышению их прочности. М. представляет ценный конструкционный материал для современного скоростного транспорта: в первую очередь для авиации, автомобилей, автобусов и троллейбусов, ж.-д. поездов, кораблей. Однако слабая устойчивость против коррозии ограничивает применение М. в деталях, к-рые могут подвергнуться действию морской воды, сильному действию влаги и т. п.
В органической природе М. является необходимым веществом для жизни высших и низших растений. Физиологическая роль М. выяснена далеко не полно. Входя в состав молекулы хлорофилла, М. принимает непосредственное участие в процессе фотосинтеза (см.). Есть основание думать, что и в зеленых и в бесхлорофилльных растениях комплексным соединениям М. принадлежит выдающаяся роль в превращениях фосфора, в образовании жиров и в работе ферментов (инвертаза). Значительное содержание М. в млечном соке каучуконосов является косвенным указанием на важное значение этого элемента при синтезе каучука. Особенно богаты М. семена, накопляющие в качестве запасного вещества масла. У некоторых из этих семян хорошо выражены алейроновые зерна, в глобоидах к-рых отлагается М. Весьма вероятно, что здесь он играет большую роль в процессе растворения и осаждения белков. Содержание М. в золе различных растений обычно колеблется между 10% и 20% от веса всей золы, не являясь строго постоянным даже у одного и того же вида растений. Неуравновешенные моновалентными ионами соли М. вредны для растений. М. содержится в тканях всех живых организмов, попадая в них с пищей. В крови содержится 0,002—0,004% М. При повышении содержания М. в крови путем парентерального введения его солей получаются явления наркоза и потери движения вследствие паралича центральной и периферической нервной системы. Это свойство М. используется для комбинированного магнезиально-эфирного наркоза.
Из соединений М. особое значение имеет окисел М"О—негашеная известь, или магнезия жженая (см.). Окись М. в сочетании с глиной или хлористым М, применяется для изготовления магнезиального цемента, а также для выработки разных сортов строительного материала (напр. ксилолита); в медицине жженая магнезия применяется как противоядие при отравлениях кислотами, мышьяком, реже — как нежное слабительное. Гидроокись М., Mg(OH)₂, находит применение для извлечения сахара из мелассы. Хлористый М., MgCl₂, содержится в морской воде и в значительном количестве в карналлите, MgCl₂·KCl·6H₂O, богатейшее в мире месторождение к-рого имеется в СССР, в Соликамских соляных отложениях. Общие запасы превышают 1.000 млрд. т. Хлористый магний может быть получен непосредственно сжиганием М. в струе хлора при действии хлора на окись М. в присутствии угля или при действии металлического М., окиси М. или углекислого М. на соляную кислоту. Кристаллогидрат, MgCl₂·6H₂O, встречается в природе в виде бишофита. Путем простого нагревания этого гидрата получить безводную соль не удается: выделяется HCl и образуется основная соль; безводная соль получается путем нагревания в струе сухого HCl. Углекислый М., MgCO₃, встречается в природе в виде магнезита и имеет широкое применение в металлургии. В воде, содержащей углекислоту, он растворяется наряду с солями кальция, железа, служит причиной жесткости воды; при кипячении выпадает осадок нормальной или основных углекислых солей М., напр. 2MgCO₃·Mg(OH)₂·3Н2О или гидромагнезит, встречающийся в природе в виде минерала 3MgCO₃·Mg(OH)₂·3H₂O. Искусственный продукт (magnesia alba levis) имеет состав: 3MgCO₃, Mg(OH)₂·3H₂O. Смешанные углекислые соли М. и аммония, MgCO₃·(NH₄)₂·CO₃·4H₂O, М. и калия, MgCO₃·K₂CO₃·4Н2О, и М. натрия, MgCO₃·Na₂CO₃, растворимы в воде.
Нитрид магния, Mg₃N₂, образуется непосредственно при пропускании азота над нагретым до 670° М., а также при действии порошка М. на аммиак. Благодаря этой реакции удалось отделить атмосферный азот от аргона. Нитрат М., Mg(NO₃)₂, встречается в маточных растворах при производстве селитры; фосфат М., Mg₃(PO₄)₂, содержится в золе растений; фосфат М. и аммония, MgNH₄·PO₄·6H₂O, образуется в виде кристаллического осадка при действии на растворимые соли М. в присутствии водного аммиака фосфатом натрия и играет существенную роль при количественном определении М. в аналитич. химии; это определение производится путем взвешивания пирофосфата М., Mg₂P₂O₇, полученного после прокаливания фосфата М. и аммония. Сернисто-кислый М., MgSO₃, и основной сульфит М., MgSO₃·2Mg(OH)₂, получаются при пропускании сернистого газа в суспензию окиси М. или магнезита в воде и находят применение вместе с сернистым М., MgS, в целлюлозном производстве для отделения целлюлозы в древесине от лигнина и пектиновых веществ. В этом отношении сульфитные соединения М. имеют преимущество перед сульфитно-известковыми щелоками. Сульфат М., MgSO₄·7H₂O (английская слабительная соль), встречается в природе в виде минерала — кизерита, MgSO₄·H₂O, и эпсомита, MgSO₄·7H₂O, а также в воде некоторых горных источников. Кизерит встречается в СССР в громадном количестве в Соликамских соляных отложениях. Сульфат М. применяется в текстильной пром-сти при крашении, для медицинских целей. Широко распространены в природе силикаты магния: форстерит (см.), Mg₂SiO₄; оливин (см.), nMgSiO₄+Fe₂SiO₄; энстатит (см.), MgSiO₃; тальк, H₂Mg₃(SiO₃)₄; серпентин, H₄Mg₃Si₂O₉, и др.