ГДЗ Химия 9 класс Габриелян 1 Номер 3

Применение вещества

Наибольшее количество металла потребляет металлургия. На его основе создаётся множество сплавов. Часто вещество используют в металлотермических процессах, чтобы получить редкие металлы, а также те, которые трудно восстановить. Применяется реагент для раскисления и десульфурации металлических веществ. Различные порошковые смеси на основе магния используются в качестве осветительных и зажигательных.

Соединения, содержащие реагент, нашли широкое применение в различных сферах жизнедеятельности. К примеру, в медицине, лекарства с магнием позволяют избавить пациентов от спазмов и судорог, успокоить нервы и так далее.

История открытия

Новая эра развития химии началась в XVII веке. В этот период химик из Англии по фамилии Гро совершил открытие, приблизившее учёных к выделению магния. В 1695 г. во время выпаривания эпсомской минеральной воды он получил горькую соль, обладавшую свойством слабительного.

Через несколько лет исследования показали, что взаимодействие вещества с содой и карбонатом калия даёт белый рыхлый порошок. Этот же результат был получен во время прокаливания минерала, который был найден рядом с городом Магнезия в Греции. Из-за этого сходства соль стали назвать белой магнезией.

Производство, где применяется

Существует несколько способов получения магния. Наиболее распространенным является электролиз, который активно применяют в промышленных масштабах.

Электролиз расплава хлорида магния с образованием магния и хлора:

Разложение нитрида магния при температуре 700-1500°C с образованием магния и азота:

M g 2 N 2 = 3 M g + N 2

Восстановление оксида магния с помощью углерода при температуре выше 2000°C с образованием магния и угарного газа:

M g O + C = M g + C O

Восстановление оксида магния с помощью кальция при температуре 1300°C приводит к образованию магния и оксида кальция:

M g O + C a = C a O + M g

Некогда наиболее известной являлась область применения металла, связанная с производством фотоаппаратов с магниевой вспышкой. В настоящее время вещество получило распространение во многих отраслях промышленности. Материал используют в разных видах:

Применение магния в промышленности:

• огнеупорные материалы, магний является сырьем для синтеза компонентов металлургических печей;
• сырье для выработки легких и сверхлегких сплавов, необходимых для ракетостроения, авиастроения, автомобильной промышленности;
• получение ферросиликомагния в виде сплава магния, кремния и железа для выплавки чугуна.

Магний используют при разработке оружия. Свойство металла гореть ослепляющим пламенем применяют в производстве таких боеприпасов, как:

• зажигательные бомбы;
• сигнальные ракеты;
• трассирующие пули.

Научная и другие сферы применения магния:

• изготовление энергоемких электрических батарей, сухих элементов на основе металла, его соединений;
• производство линз и разной оптики с помощью компонентов в виде выращенных кристаллов фторида магния;
• осушение газов с помощью перхлората магния;
• электролит химических источников тока на основе бромида магния;
• выпуск пиротехнической продукции;
• соединения магния используют в медицине.

Современные ученые активно работают над созданием магниево-серных батарей. Такие аккумуляторы должны превосходить в эффективности и емкости ионно-литиевые батареи.

Нахождение в природе

Земля очень богата магнием. Всего шесть химических реагентов встречаются в природе чаще, чем это вещество. Большая часть элемента находится в мантии планеты, в земной коре его меньше. Чаше всего его обнаруживают в основных породах и граните. И также элемент содержится в различных минералах, образованных магмой.

В основном чистый магний добывают из трёх минералов:

• карналлита;
• доломита;
• магнезита.

В России самые большие залежи магнезита находятся на Среднем Урале и в Оренбургской области. Карналлит добывается около города Соликамска, следует отметить, что это месторождение самое крупное в мире. Наиболее распространённый минерал доломит встречается в Московской и Ленинградской областях, а также других регионах страны.

В биологической среде планеты соединения магния постоянно перемещаются и изменяются. Лишь малая часть элемента задерживается в круговороте веществ, происходящем на материках, большое количество реагента уносится реками в океан. Несмотря на то что по содержанию в морской воде магний уступает только натрию, непосредственно сама жидкость не имеет насыщения элементом, а его соли в открытом океане не выпадают в осадок.

Химические соединения, уравнения реакций

Качественная реакция в случае магния представляет собой взаимодействие соли магния с какой-либо щелочью. В результате образуется студенистый осадок гидроксида магния.

Взаимодействие хлорида магния и гидроксида калия с образованием гидроксида магния и хлорида калия:

M g C l 2 + 2 K O H = M g ( O H ) 2 + 2 K C I

Магний является сильным восстановителем, что объясняет способность металла реагировать практически со всеми неметаллами.

Взаимодействие магния с азотом при температуре 780-800°C с образованием нитрида магния:

3 M g + N 2 = M g 3 N 2

Сгорание магния в кислородной среде при температуре 600-650°C приводит к образованию оксида магния:

2 M g + O 2 = 2 M g O

Активная реакция магния на влажный хлор при комнатной температуре с образованием хлорида магния:

M g + C l 2 = M g C l 2

Реакция магния с водородом протекает при температуре 175°C в условиях высокого давления и при наличии катализатора M g I 2 . В результате образуется гидрид магния:

M g + H 2 = M g H 2

Магний способен активно вступать в химические реакции со сложными веществами.

Реакция магния с горячей водой с образованием гидроксида магния и водорода:

Взаимодействие магния с кислотами можно рассмотреть на примере реакции металла и разбавленной соляной кислоты с образованием хлорида магния и водорода:

Взаимодействие магния с разбавленной азотной кислотой приводит к синтезу нитрата магния, оксида азота (I) и выделению воды:

При контакте магния с сероводородной кислотой в условиях нагрева до 500°C образуются сульфид магния и водород:

M g + H 2 S = M g S + H 2

Взаимодействие магния с газом аммиаком при температуре 600-850°C приводит к образованию нитрида магния и водорода:

3 M g + 2 N H 3 = M g 3 N 2 + 3 H 2

Примером реакции магния с оксидами является процесс взаимодействия металла с оксидом азота (IV) при температуре 150°C в вакууме, в этилацетилене образуется нитрат магния и оксид азота (II):

M g + 4 N O 2 = M g ( N O 3 ) 2 ↓ + 2 N O

Взаимодействие магния с оксидом кремния при температуре менее 800°C в атмосфере водорода приводит к образованию силицида магния и оксида магния:

4 M g + S i O 2 = M g 2 S i + M g O

При повышении температуры до 1000°C образуются кремний и оксид магния:

2 M g + S i O 2 = S i + 2 M g O

Строение электронных оболочек, электронная формула атома магния

Расположение магния в 3-м периоде указывает на наличие у металла трех электронных слоев. Один из них является внешним и содержит валентные электроны. Атом магния обладает положительно заряженным ядром (+12) с 12 протонами и 12 нейронами, что является разницей между атомным весом и порядковым номером. Вокруг ядра перемещаются 12 электронов, что отображено на схеме:

+ 12 M g ) 2 ) 8 ) 2

1 s 2 2 s 2 2 p 6 3 s 2

Магний является s-элементом. Энергетическая диаграмма атома металла с валентными электронами имеет следующий вид:

( M g 2 + ) . В соединениях вещество обладает степенью окисления +2.

M g 0 – 2 e → M g 2 +

Химические свойства

Все стабильные соединения элемента имеют валентность равную двум, а электронная формула магния или схематичное строение его атома имеет вид: 1s2 2s2 2p6 3s2.

Даже при нагревании до 350 °C компактный магний подвергается незначительному окислению, поскольку он покрыт оксидной плёнкой. Горит реагент при температуре от 600 до 650 °C, при этом образуются оксид и нитрит элемента. Нитрит также можно получить, нагрев вещество до 500 °C в азотной среде.

Элемент относится к активным веществам. Кроме того, выделяют следующие химические свойства магния:

• Не вступает в реакцию с холодной водой, которая не насыщена воздухом.
• Постепенно вытесняет водород из кипятка.
• С водяным паром реагирует при температуре не ниже 400 °C.
• В жидком виде выделяет из влажного воздуха водород, поглощая его.
• Застывая, элемент практически полностью выводит водород.
• При нагревании водородной атмосферы до 400−500 °С вещество вступает в реакцию с ней, образуя гидрид магния.
• Вытесняет большую часть металлических элементов из растворов их солей, образованных на основании воды.
• В холодных условиях, соединяясь с влажным хлором, образует хлорид магния.
• В нагретом состоянии вступает в реакцию с галогенами.
• Большая часть солей элемента хорошо растворяется в воде.
• При контакте с едкими щелочами выпадает осадок, образованный из растворов солей магния.
• При пониженной температуре не вступает в реакцию с водными щелочными растворами, но подвержен растворению в гидрокарбонатах щелочных металлических реагентов и аммониевых солей.
• Не растворяется в концентрированной серной кислоте.
• От растворения в плавиковой кислоте защищён плёнкой из устойчивого фторида.
• Взаимодействует с разбавленными минеральными кислыми соединениями при низких температурах.

Реагент представляет собой сильный восстановитель. Нагретый магний вытесняет некоторые металлы и неметаллы из оксидов и галогенидов. Существует множество металлоорганических соединений вещества, которые делают его одним из важнейших элементов органического синтеза.

Магний в организмах

Магний содержится во всех растениях и животных. Вещество концентрируется в некоторых морских организмах. Максимальное количество металлического элемента содержится в известковых губках — до 4%.

Люди и животные получают металлический элемент с пищей. Суточная норма потребления для человека составляет от 0,3 до 0,5 г. У детей и беременных женщин потребность в веществе несколько выше. У здорового человека в крови должно содержаться около 4,3 мг/% магния. В организме основным потребителем реагента является печень, но большая часть поглощённого ею металла постепенно переходит в кости и мышцы.

Получение в промышленности

В промышленных условиях для получения магния чаще всего применяют электролиз безводного хлорида или обезвоженного карналлита. Процесс проходит следующим образом:

1. Электролиз проходит при температуре от 720 до 750 °C.
2. По мере выделения элементов состав ванны корректируется, часть электролита при этом удаляется, а сырьё добавляется.
3. Расплавленный искомый металл всплывает на поверхность, и его регулярно извлекают.
4. Полученное вещество содержит много примесей. Для очистки элемент проходит рафинирование в специальных печах под слоем флюсов.
5. Очищенный металл разливают в изложницы.
6. Следующая очистка заключается в том, что реагент сублимируют несколько раз в вакууме.

Кроме этого метода, на производстве применяются металлотермический и углетермический способы получения магния. В первом случае брикеты из раскалённого и разложившегося доломита смешивают с восстановителем и нагревают в вакууме при температуре 1300 °C. Полученные в результате магниевые пары образуют конденсат, когда температура опускается до 400−500 °С. Чтобы очистить металл, применяют переплавку под флюсом или в вакууме. Чистый элемент разливают в изложницы.

Также вещество добывают из морской воды. Для этого сырьё в очень больших баках смешивают с суспензией гидроксида кальция, который получают, перемалывая морские раковины. В результате происходящей химической реакции образуется особая суспензия, которая после высыхания становится хлоридом магния. После этого продукт подвергают электролитическим процессам.

Кроме морской воды, для выгонки магния может использоваться вода некоторых соленых озер. В Российской Федерации такие озёра находятся в Крыму, Поволжье и других регионах.

Определение и физическая характеристика

Вещество является представителем II группы периодической системы химических элементов.

Ему можно дать следующую характеристику:

• Магний принято обозначать Mg.
• Атомный номер вещества 12.
• Молярная масса элемента составляет 24,305 атомных единиц.
• Заряд ядра равен 12.
• В каждом атоме число электронов — 12.
• Кристаллическая решётка вещества имеет α-форму Ca гранецентрированная кубическая. Она отличается устойчивостью при обычной температуре.
• Плотность — 1,738 г/см³.
• Плавится металл при температуре 650 °C.
• Кипит вещество при 1090 °C.
• Чистый элемент отличается пластичностью. Его можно легко прессовать, прокатывать и резать.

Горит металлический реагент ослепительным пламенем белого цвета. Скорость, с которой вспыхивает вещество, во много раз превосходит скорость одёргивания руки. Из-за этого физического свойства магния человеку, поджигающему элемент, необходимо соблюдать все положенные правила техники безопасности. В противном случае, он получит серьёзный ожог кожи. Для наблюдения за процессом горения следует использовать тёмные очки или стекло

Без этих мер предосторожности повышает риск получения ожога сетчатки, который приводит к временной слепоте

Биологическая роль и токсикология

Магний имеет большое значение для жизни и здоровья человека. Элемент изначально входит в состав живых организмов. Продукты повседневного питания, включая хлеб, молоко, мясо, содержат минимальное количество магния, который обеспечивает и нормализует следующие внутренние процессы:

• белковый синтез;
• работа нервной системы, сердца;
• расширение сосудов;
• отделение желчи;
• функционирование желудочно-кишечного тракта;
• выведение холестерина из организма;
• сокращение мышц.

Магний является составным компонентом хлорофилла. Вещество участвует в процессе фотосинтеза. В хлорофилле содержится примерно 2,7 % магния от общей массы. Вещество сконцентрировано в зеленых частях растительных организмов. Магний влияет на механизм формирования в листьях пигментов, в том числе ксантофилла и каротина. Из него состоит запасное вещество — фитин, который содержат семена растений.

Определена суточная норма магния для взрослых людей. Она составляет 300 мг для женщин и 400 мг — для мужчин. Данная потребность может быть увеличена при наличии следующих факторов:

• психические и физические нагрузки;
• стресс;
• злоупотребление алкоголем;
• потливость.

При поступлении магния в организм усваивается лишь треть от общего количества вещества. Продукты с большой концентрацией магния:

• какао;
• отруби;
• орехи;
• тыквенные семечки;
• зеленые овощи.

При избытке или дефиците магния развиваются такие патологии, как:

• артрит, остеопороз;
• судороги, мышечные спазмы;
• головная боль;
• сбои в работе пищеварительной системы, сердца;
• бессонница, перманентная усталость, раздражительность.

Передозировка магния приводит к следующим последствиям:

• пониженное артериальное давление;
• тошнота, рвота;
• угнетение центральной нервной системы, рефлекторной функции, дыхания;
• кома, паралич дыхательных путей, сердца.

Магний обладает небольшой токсичностью. Опасен в процессе горения. Если смотреть на горящее вещество, можно обжечь сетчатку глаза и временно ослепнуть.

О том, что для организма человека очень полезен такой химический элемент, как магний, сейчас говорят часто. Этот микроэлемент является основным действующим веществом различных лекарств и входит в состав многих поливитаминов. Но также один из видов вещества применяется в металлургии. Неудивительно, что в настоящее время ведётся активная добыча этого представителя периодической таблицы Менделеева.

• История открытия
• Определение и физическая характеристика
• Химические свойства
• Нахождение в природе
• Получение в промышленности
• Применение вещества
• Магний в организмах
• Переизбыток и недостаток