Химический элемент металл м

Обновлено: 22.01.2025

Магний является металлом, обладает 12-м по счету номером в Периодической системе, расположен в 3-м периоде, II группе А-подгруппы.

Международное обозначение в химии — Mg (Magnesium). Заряд ядра магния составляет +12, а атомный вес равен 24,132 а.е.м. При обычных условиях металл отличается легкостью, хорошей ковкостью, имеет серебристый цвет.

Химические свойства магния:

не вступает в реакцию со щелочами;
взаимодействие с кислотами приводит к полному растворению магния и выделению водорода;
при нагреве на воздухе происходит сгорание металла с выделением теплоты и яркого свечения;
смесь магниевого порошка и активных окислителей взрывоопасна;
при увеличении температуры магний активно реагирует с водой.

В воздушной среде магний окисляется. Процесс формирует на поверхности защитную пленку, которая разрушается при нагреве до 600°C. Реакция сопровождается ослепительно-белой вспышкой пламени, образованием оксида и нитрида. Утилитарные свойства магния зависят от степени чистоты. В очищенном состоянии металл пластичен, легко подается механической обработке.

Магний в природе встречается в формах:

Металл в большой концентрации содержится в следующих материалах:

брусит;
кизерит;
бишофит и др.

Помимо минеральных залежей, металл обнаружен в:

морской воде;
рапе (насыщенном соляном растворе солей).

Места расположения залежей осадочного происхождения:

магнезит в гидротермальных источниках;
доломит в осадочных карбонатных прослойках;
самородные фрагменты металла, сформированные газами.

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 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:

M g + 2 H 2 O = M g ( O H ) 2 ↓ + H 2 ↑

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

M g + 2 H C l = M g C l 2 + H 2 ↑

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

4 M g + 10 H N O 3 = 4 M g ( N O 3 ) 2 + 2 N 2 O ↑ + 5 H 2 O

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

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:

M g C l 2 = M g ↓ + C l 2 ↑

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.

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.

молибден

хим. элемент VI гр. периодической системы, ат. н. 42, ат. м. 95,94. В природе семь стабильных изотопов с мас. ч. 92 (15,86%), 94 (9,12%), 95 (15,70%), 96 (16,50%), 97 (9,45%), 98 (23,75%), 100 (9,62%). Поперечное сечение захвата тепловых нейтронов для прир. смеси изотопов 2,4∙10 −28 м 2 . Конфигурация внеш. электронной оболочки атома 4d 5 5s l ; степени окисления от +2 до +6 (последняя наиб. характерна); энергия ионизации при последоват. переходе от Mo к Mo 6+ соотв. равны 7,10, 16,155, 27,13, 40,53, 55,6 и 71,7 эВ; работа выхода электрона 4,3 эВ; электроотрицательность по Полингу 1,8; атомный радиус 0,14 нм, ионные радиусы (нм; в скобках указаны координац: числа) Mo 3+ 0,083 (6), Mo 4+ 0,079 (6), Mo 5+ 0,075 (6), Mo 6+ 0,055 (4), 0,064 (5), 0,073 (6) и 0,087 (7).

М. мало распространен в природе. Содержание его в земной коре ~3∙10 −4 % по массе. Известно ок. 20 минералов М., важнейший из них — молибденит MoS₂; пром. значение имеют также повеллит СаMoО₄, молибдит Fe₂ (MoO₄)₃ ∙ nH₂O и вульфенит PbMoО₄. Важнейшие месторождения молибденита связаны с гидротермальными образованиями, особенно широко распространены в кварцевых жилах и окварцованных породах. В рудах М. ассоциируется с шеелитом, вольфрамитом, касситеритом, сульфидами Cu и Fe, иногда с бериллом. Часто содержит в виде изоморфной примеси редкий металл Re (0,04–0,0001%). Кроме собственно молибденовых руд, содержащих обычно 0,1–1% М., источниками М. служат некоторые медные и медно-свинцово-цинковые руды. Крупные месторождения их находятся в США, Мексике, Чили, Канаде, Норвегии, Австралии, СССР.

Свойства. М. — светло-серый металл; кристаллич. решетка кубич. объемноцентрированная типа a-Fe, a = 0,314нм, z = 2, пространственная группа IтЗm; т. пл. 2623 °C, т. кип. ок. 4800 °C; плотн. 10,2 г/см 3 ; C 0 23,93 Дж/(моль∙К); ΔH 0 _пл 40 кДж/моль, ΔH 0 _возг 656 кДж/моль (298 К); S 0 ₂₉₈ 28,57 кДж/(моль∙К); давление пара над твердым М. (Па): 3,19∙10 −6 (1627 °C), 2,5∙10 −5 (1727 °C), 8,44∙10 −4 (1927 °C), 1,54∙10 −2 (2127 °C); теплопроводность 145 Вт/(м∙К) при 20 °C и 79,1 Вт/(м∙К) при 1600 °C; температурный коэф. линейного расширения (5,8–6,2)∙10 −6 К −1 (293–973 К); r5,2∙10 −6 Ом∙см, температурный коэф. р 0,00479 К −1 (20–2600 °C). Излучат. способность (Вт/см 2 ): 0,55 (730 °C), 6,3 (1330 °C), 19,2 (1730 °C), 70 (2330 °C). М. парамагнитен, магн. восприимчивость +9∙10 −5 . Температура перехода в сверх-проводящее состояние 0,916 К.

Мех. свойства М. определяются чистотой металла и предшествующей мех. и термич. обработкой. Так, твердость по Бринеллю 1,5–1,6 ГПа для т. наз. спеченного штабика, 2–2,5 ГПа для кованого прутка и 1,40–1,85 ГПа для отожженной проволоки; s_раст 800–1200 МПа для отожженной проволоки. Модуль упругости для М. 285–300 ГПа. М. более пластичен, чем W, он не становится хрупким после рекристаллизующего отжига.

На воздухе при обычной температуре М. устойчив. Начинает окисляться (появляются т. наз. цвета побежалости) при 400 °C. Выше 600 °C быстро окисляется до триоксида MoO₃ (см. молибдена оксиды). С парами воды выше 700 °C интенсивно взаимод., давая диоксид MoO₂. При комнатной температуре М. устойчив к действию соляной и серной кислот, слабо реагирует с ними при 80–100 °C. Царская водка, HNO₃ и H₂O₂ медленно взаимод. с М. на холоду, быстрее — при нагревании. Хорошо реагирует М. со смесью HNO₃ и H₂SO₄. Вольфрам в этой смеси не растворяется. В холодных растворах щелочей М. устойчив, но медленно корродирует при нагревании.

С водородом М. при нагр. образует твердые растворы (при 1000 °C поглощается 0,5 см 3 H₂ в 100 г М.). Выше 1500 °C с N₂ дает нитрид (вероятного состава Mo₂N). Углерод, углеводороды, а также CO при 1100–1200 °C взаимод. с М. с образованием карбида Mo₂С (т. пл. 2400 °C, с разл.). Окисляется CO₂ (выше 1200 °C) и SO₂ (при 700–800 °C). При нагр. с F₂, Cl₂ и Br₂ образует молибдена галогениды. С парами S выше 440 °C и с H₂S выше 800 °C дает дисульфид MoS₂ (см. молибдена сульфиды), с Si выше 1200 °C-силицид.

Б о р и д ы: Mo₂В (т. пл. 2270 °C, с разл.), MoВ (т. пл. 2550 °C), Mo₂В₅ (т. пл. 2200 °C, с разл.). Серые кристаллы; не раств. в воде и органических растворителях. Получают восстановлением оксидов Mo карбидом бора в вакууме, спеканием простых веществ. Борид Mo₂В-материал для подогревных катодов электроннолучевых приборов, MoВ и Mo₂В₅-компоненты керметов, Mo₂В₅-также огнеупорный материал. ПДК для пыли 4 мг/м 3 .

Г е к с а к а р б о н и л Mo(CO)_б-кристаллы с ромбич. решеткой (а=1,123нм, b= 1,202 нм, с = 0,648 нм, z = 4, пространственная группа Р2пb); заметно возгоняется выше 40 °C, т. пл. 148 °C, т. кип. 155 °C; не раств. в воде, растворах щелочей, разлагается конц. H₂SO₄, соляной кислотой, HNO₃. Получают действием CO на MoCl₅ в присутствии стружки Fe при 200 °C и давлении 28 МПа. Применяют его для нанесения покрытий Mo на металлы, керамику, графит (молибденирование).

Д и с е л е н и д MoSe₂ — темно-серое вещество со слоистой структурой типа MoS₂; т. разл. 900 °C (в вакууме); не раств. в воде, окисляется HNO₃. Получают взаимод. паров Se или H₂Se с Mo или MoO₃. MoSe₂-твердая смазка.

Т р о й н ы е х а л ь к о г е н и д ы (т. наз. фазы Шеврёля ) М„Mo₆Х₈, где M-Ag, Cu, Pb, Sn и др., X-S, Se, Fe, 1≤ n раств. в воде и органических растворителях. Получают спеканием простых веществ, конденсацией паров в вакууме, взаимод. молибденовой проволоки с парами сначала элемента X, затем М при 800–900 °C. Фазы Шеврёля-сверхпроводники с критич. температурами до 15 К; обладают наиб. высокими критич. магн. полями (ок. 50 Тл при 4,2 К и ок. 60 Тл при ~0 К). Перспективны для использования в высокополевых магн. системах.

Д и с и л и ц и д MoSi₂-темно-серые кристаллы с тетрагон. решеткой (а = 0,3197 нм, с — 0,787 нм, z = 2, пространственная группа I4/mmm); т. пл. ок. 2030 °C; устойчив на воздухе до 1500–1600 °C; микротвердость 14,1 ГПа; не раств. в воде, соляной кислоте, H₂SO₄, разлагается в смеси HNO₃ с фтористоводородной кислотой. Получают нагреванием смеси порошков Mo и Si при 1000–1100 °C. MoSi₂-материал для нагревателей электропечей. Его применяют также для нанесения защитных покрытий на изделия из М.

К а р б и д ы: Mo₂С (т. пл. 2690 °C, микротвердость 14 ГПа) и MoС (т. пл. 2570 °C) — кристаллы с гексагон. решеткой (для Mo₂С: а = 0,3012 нм, с = 0,4735 нм; для MoС: а = 0,2901 нм, с = 0,2768 нм). Получают при нагр. Mo или MoO₃ с углеродом, в атмосфере CO или смеси CH₄ и H₂. Применяют в качестве добавок к углеграфитовым материалам для изменения прочностных, электрич. и др. свойств.

М о л и б д е н о в ы е с и н и-ярко-синие вещества переменного состава, напр. Mo₈O₂₃∙8H₂O, Mo₄O₁₁∙H₂O, Mo₂O₅∙H₂O. Получают действием восстановителей (SO₂, Zn, Al, Mo или SnCl₂) на слабокислые суспензии MoO₃, H₂MoО₄ или растворы молибдатов. В слегка подкисленной воде (pH ок. 4) образуют коллоидные растворы, применяемые для крашения шелка, меха и. волос. Реакцию образования молибденовых синей используют в качеств. анализе для обнаружения Mo(VI).

Получение. Флотацией молибденовых руд получают молибденовые концентраты с содержанием 85–90% MoS₂ (47–50% Mo, 28–32% S, 3–5% SiO₂, присутствуют также примеси минералов Fe, Cu, Ca и др. элементов). Концентрат вначале подвергают окислит. обжигу при 550–600 °C в многоподовых печах или в печах с кипящим слоем. Если в концентрате содержится Re, при обжиге образуется летучий оксид Re₂O₇, который удаляют вместе с печными газами. Продукт обжига (т. наз. огарок) представляет собой загрязненный примесями MoO₃. Чистый MoO₃, необходимый для производства металлич. М., получают из огарка возгонкой при 950–1000 °C или хим. методом. По последнему способу огарок выщелачивают аммиачной водой, полученный раствор молибдата аммония очищают от примесей Cu, Fe и др., выпариванием и кристаллизацией выделяют полимолибда-ты аммония, гл. обр. парамолибдат (NH₄)₆ [Mo₇O₂₄] • 4H₂O. Прокаливанием парамолибдата аммония при 450–500 °C получают чистый MoO₃, содержащий не более 0,05% примесей.

Иногда вместо обжига молибденитовый концентрат разлагают HNO₃, при этом осаждают молибденовую кислоту MoO₃ ∙ H₂O, которую растворяют в аммиачной воде и получают, как описано выше, парамолибдат аммония. Часть М. остается в маточном растворе, из которого М. извлекают ионным обменом или экстракцией. При переработке низкосортных концентратов (содержат 10–20% М.) огарки выщелачивают растворами Na₂CO₃, из полученных растворов Na₂MoO₄ осаждают СаMoО₄, используемый в черной металлургии. По др. способу с помощью ионного обмена или жидкостной экстракции раствор Na₂MoO₄ переводят в раствор (NH₄)₂MoO₄, из которого затем выделяют парамолибдат аммония.

Металлич. М. получают первоначально в виде порошка восстановлением MoO₃ в токе сухого H₂ в трубчатых печах сначала при 550–700 °C, затем при 900–1000 °C. Заготовки из компактного металла сечением 2–9 см 2 и длиной 450–600 мм производят методом порошковой металлургии. Порошок М. прессуют в стальных прессформах под давлением 0,2–0,3 МПа, а затем спекают сначала при 1000–1200 °C в атмосфере H₂, а затем при 2200–2400 °C. Полученные заготовки-спеченные штабики обрабатывают давлением (ковка, протяжка, прокатка). Заготовки массой 100–200 кг м. б. получены при использовании гидростатич. прессования в эластичных оболочках. Заготовки массой 500–2000 кг производят дуговой плавкой (в печах с охлаждаемым медным тиглем и расходуемым электродом, представляющим собой пакет спеченных штабиков) либо электроннолучевой плавкой.

Перспективен способ производства М. алюминотермич. восстановлением MoO₃; полученные по этому методу слитки рафинируют вакуумной плавкой в дуговых печах. М. производят также восстановлением MoF₆ или MoCl₅ водородом, а также электролитически в солевых расплавах. Ферромолибден (сплав с Fe, содержащий 50–70% Mo) получают восстановлением огарка, полученного после обжига молиб-денитового концентрата, ферросилицием в присутствии Fe₃O₄.

Определение. М. обнаруживают по образованию красного комплексного соед. Mo 5+ с KNCS или NH₄NCS (Mo 6+ восстанавливают до Mo 5+ тиомочевиной, SnCl₂ и др.), по образованию красно-фиолетового комплексного соед. Mo 6+ с этилксантогенатом в слабокислом растворе. Для определения М. в рудах и рудных концентратах навеску материала разлагают сплавлением с NaOH или Na₂O₂ с послед. выщелачиванием сплава водой или применяют обработку HNO₃, отделяя затем железо от М. осаждением аммиаком. При малых содержаниях М. (десятые доли %) обычно применяют колориметрич. роданидный метод определения. Для устранения влияния примеси W в раствор добавляют винную кислоту. Большие количества М. (напр., в рудных концентратах, сплавах, солях) определяют гравиметрически путем осаждения PbMoО₄ (в уксуснокислом растворе) или MoS₂ (в слабокислом растворе). Иногда используют волюмометрич. метод определения М., который состоит в восстановлении Mo 6+ цинком или амальгамами и послед. титрованием соед. М. низшей валентности перманганатом.

Применение. М. используют для легирования сталей (80–85% производимого М.), как компонент жаропрочных сплавов для авиац., ракетной и атомной техники, антикоррозионных сплавов для хим. машиностроения (см. молибдена сплавы). Из молибденовой проволоки, ленты и прутков изготовляют аноды, сетки, катоды, вводы тока, держатели, нити накаливания и др. детали для электроламп и электровакуумных приборов. Молибденовую проволоку и ленту используют в качестве нагревателей для высокотемпературных печей. Радиоактивные изотопы 93 Mo (T_1/2 6,95 ч) и 99 Mo (Т_1/2 66 ч)-изотопные индикаторы.

Мировое производство М. (без СССР) составило в 1981, 1982 и 1983 соотв. 98, 80 и 45 тыс. т.

М. открыл в 1778 К. Шееле, выделивший молибденовую кислоту и некоторые ее соли. П. Гьельм в 1790 впервые выделил металлич. М., который был, однако, загрязнен углеродом и карбидом М. Чистый металл получил И. Берцелиус в 1817.

Лит.: Норкотт Л., в кн.: Молибден, пер. с англ., М., 1959; Зелик-ман А. Н., Молибден, М., 1970; Rollinson С. L., The chemistry of chromium, molybdenum and tungsten. Pergamon text in inorganic chemistry, v. 21, Oxf.-[a.o.], 1975; Мохосоев М. В., Базарова Ж. Г., Сложные оксиды молибдена и вольфрама с элементами I-IV групп, М., 1990.

Марганец

Mn, химический элемент VII группы периодической системы Менделеева; атомный номер 25, атомная масса 54,9380; тяжёлый серебристо-белый металл. В природе элемент представлен одним стабильным изотопом 55 Mn.

Историческая справка. Минералы М. известны издавна. Древнеримский натуралист Плиний упоминает о чёрном камне, который использовали для обесцвечивания жидкой стеклянной массы; речь шла о минерале пиролюзите MnO_2. В Грузии пиролюзит с древнейших времён служил присадочным материалом при получении железа. Долгое время пиролюзит называли чёрной магнезией и считали разновидностью магнитного железняка (Магнетита). В 1774 К. Шееле показал, что это соединение неизвестного металла, а другой шведский учёный Ю. Ган, сильно нагревая смесь пиролюзита с углём, получил М., загрязнённый углеродом. Название М. традиционно производят от немецкого Manganerz — марганцевая руда.

Распространение в природе. Среднее содержание М. в земной коре 0,1 %, в большинстве изверженных пород 0,06—0,2 % по массе, где он находится в рассеянном состоянии в форме Mn 2+ (аналог Fe 2+ ). На земной поверхности Mn 2+ легко окисляется, здесь известны также минералы Mn 3+ и Mn 4+ (см. Марганцевые руды). В биосфере М. энергично мигрирует в восстановительных условиях и малоподвижен в окислительной среде. Наиболее подвижен М. в кислых водах тундры и лесных ландшафтов, где он находится в форме Mn 2+ . Содержание М. здесь часто повышено и культурные растения местами страдают от избытка М.; в почвах, озёрах, болотах образуются железо-марганцевые конкреции, озёрные и болотные руды. В сухих степях и пустынях в условиях щелочной окислительной среды М. малоподвижен, организмы бедны М., культурные растения часто нуждаются в марганцевых микроудобрениях. Речные воды бедны М. (10 -6 —10 -5 г/л), однако суммарный вынос этого элемента реками огромен, причём основная его масса осаждается в прибрежной зоне. Ещё меньше М. в воде озёр, морей и океанов; во многих местах океанического дна распространены железо-марганцевые конкреции, образовавшиеся в прошлые геологические периоды.

Физические и химические свойства. Плотность М. 7,2—7,4 г/см 3 , t_пл 1245 °С; t_кип 2150 °C. М. имеет 4 полиморфные модификации: α-Mn (кубическая объёмноцентрированная решётка с 58 атомами в элементарной ячейке), β-Mn (кубическая объёмноцентрированная с 20 атомами в ячейке), γ-Mn (тетрагональная с 4 атомами в ячейке) и δ-Mn (кубическая объёмноцентрированная). Температура превращений:

α-модификация хрупка; γ (и отчасти β) пластична, что имеет важное значение при создании сплавов.

Атомный радиус М. 1,30 Å. Ионные радиусы (в Å): Mn 2+ 0,91, Mn 4+ 0,52, Mn 7+ 0,46. Прочие физические свойства α-Mn: удельная теплоёмкость(при 25 °С) 0,478 кдж/(кг·К) [то есть 0,114 кал/ (г·°С)]; температурный коэффициент линейного расширения (при 20 °С) 22,3․10 -6 град -1 теплопроводность (при 25 °С) 66,57 вт/(м․К) [то есть 0,159 кал/(см·сек °С)]; удельное объёмное электрическое сопротивление 1,5—2,6 мком·м (то есть 150—260 мком·см); температурный коэффициент электрического сопротивления (2—3)․10 -4 град -1 М. парамагнитен.

Химически М. достаточно активен, при нагревании энергично взаимодействует с неметаллами — кислородом (образуется смесь окислов М. разной валентности), азотом (Mn₄N, Mn₂N₁, Mn₃N₂), серой (MnS, MnS₂), углеродом (Mn₃C, Mn₂₃C₆, Mn₇C₃, Mn₅C₆), фосфором (Mn₂P, MnP) и др. При комнатной температуре М. на воздухе не изменяется; очень медленно реагирует с водой. В кислотах (соляной, разбавленной серной) легко растворяется, образуя соли двухвалентного М. При нагревании в вакууме М. легко испаряется даже из сплавов.

М. образует сплавы со многими химическими элементами; большинство металлов растворяется в отдельных его модификациях и стабилизирует их. Так, Cu, Fe, Со, Ni и другие стабилизируют γ-модификацию. Al, Ag и другие расширяют области β- и σ-Mn в двойных сплавах. Это имеет важное значение для получения сплавов на основе М., поддающихся пластической деформации (ковке, прокатке, штамповке).

Соединения Mn(+2) — восстановители. Окись MnO — порошок серо-зелёного цвета; обладает основными свойствами, нерастворима в воде и щелочах, хорошо растворима в кислотах. Гидроокись Mn(OH)₂ — белое вещество, нерастворимое в воде. Соединения Mn(+4) могут выступать и как окислители (а) и как восстановители (б):

(по этой реакции в лабораториях получают Хлор)

(реакция идёт при сплавлении).

Двуокись MnO₂ — черно-бурого цвета, соответствующая гидроокись Mn(OH)₄ — темно-бурого цвета. Оба соединения в воде нерастворимы, оба амфотерны с небольшим преобладанием кислотной функции. Соли типа K₄MnO₄ называются манганитами.

Получение. Наиболее чистый М. получают в промышленности по способу советского электрохимика Р. И. Агладзе (1939) электролизом водных растворов MnSO₄ с добавкой (NH₄)₂SO₄ при pH = 8,0—8,5. Процесс ведут с анодами из свинца и катодами из титанового сплава АТ-3 или нержавеющей стали. Чешуйки М. снимают с катодов и, если необходимо, переплавляют. Галогенным процессом, например хлорированием руды Mn, и восстановлением галогенидов получают М. с суммой примесей около 0,1 %. Менее чистый М. получают алюминотермией (См. Алюминотермия) по реакции:

а также электротермией (См. Электротермия).

Применение. Основной потребитель М. — чёрная металлургия, расходующая в среднем около 8—9 кг М. на 1 т выплавляемой стали. Для введения М. в сталь применяют чаще всего его сплавы с железом — ферромарганец (70—80 % М., 0,5—7,0 % углерода, остальное железо и примеси). Выплавляют его в доменных и электрических печах (см. Ферросплавы). Высокоуглеродистый ферромарганец служит для раскисления и десульфурации стали; средне- и малоуглеродистый — для легирования стали. Малолегированная конструкционная и рельсовая сталь содержит 0,9—1,6 % Mn; высоколегированная, очень износоустойчивая сталь с 15 % Mn и 1,25 % C (изобретена английским металлургом Р. Гейрилдом в 1883) была одной из первых легированных сталей. В СССР производится безникелевая нержавеющая сталь, содержащая 14 % Cr и 15 % Mn.

М. используется также в сплавах на нежелезной основе (см., например, Манганин). Сплавы меди с М. применяют для изготовления турбинных лопаток; марганцовые бронзы — при производстве пропеллеров и других деталей, где необходимо сочетание прочности и коррозионной устойчивости. Почти все промышленные Алюминиевые сплавы и Магниевые сплавы содержат М. Разработаны деформируемые сплавы на основе М., легированные медью, никелем и другими элементами. Гальваническое покрытие М. применяется для защиты металлических изделий от коррозии.

Соединения М. применяют и при изготовлении гальванических элементов; в производстве стекла и в керамической промышленности; в красильной и полиграфической промышленности, в сельском хозяйстве (см. Микроудобрения) и т. д.

Марганец в организме. М. широко распространён в природе, являясь постоянной составной частью растительных и животных организмов. Содержание М. в растениях составляет десятитысячные — сотые, а в животных — стотысячные — тысячные доли процента. Беспозвоночные животные богаче М., чем позвоночные. Среди растений значительное количество М. накапливают некоторые ржавчинные грибы, водяной орех, ряска, бактерии родов Leptothrix, Crenothrix и некоторые диатомовые водоросли (Cocconeis) (до нескольких процентов в золе), среди животных — рыжие муравьи, некоторые моллюски и ракообразные (до сотых долей процента). М. — активатор ряда ферментов, участвует в процессах дыхания, фотосинтезе, биосинтезе нуклеиновых кислот и др., усиливает действие инсулина и других гормонов, влияет на кроветворение и Минеральный обмен. Недостаток М. у растений вызывает Некрозы, хлороз яблони и цитрусовых, пятнистость злаков, ожоги у картофеля, ячменя и т. п. М. обнаружен во всех органах и тканях человека (наиболее богаты им печень, скелет и щитовидная железа). Суточная потребность животных и человека в М. — несколько мг (ежедневно с пищей человек получает 3—8 мг М.). Потребность в М. повышается при физической нагрузке, при недостатке солнечного света; дети нуждаются в большем количестве М., чем взрослые. Показано, что недостаток М. в пище животных отрицательно влияет на их рост и развитие, вызывает анемию, так называемую лактационную тетанию, нарушение минерального обмена костной ткани. Для предотвращения указанных заболеваний в корм вводят соли М.

В медицине некоторые соли М. (например, KMnO₄) применяют как дезинфицирующие средства (см. Перманганат калия). Соединения М., применяемые во многих отраслях промышленности, могут оказывать токсическое действие на организм. Поступая в организм главным образом через дыхательные пути, М. накапливается в паренхиматозных органах (печень, селезёнка), костях и мышцах и выводится медленно, в течение многих лет. Предельно допустимая концентрация соединений М. в воздухе — 0,3 мг/м 3 . При выраженных отравлениях наблюдается поражение нервной системы с характерным синдромом марганцевого Паркинсонизма.

Лечение: витаминотерапия, холинолитические средства и др. Профилактика: соблюдение правил гигиены труда.

Лит.: Салли А. Х., Марганец, перевод с английского, М., 1959; Производство ферросплавов, 2 изд., М., 1957; Пирсон А., Марганец и его роль в фотосинтезе, в сборнике: Микроэлементы, перевод с английского, М., 1962.

город в Днепропетровской области УССР. Расположен на берегу Каховского водохранилища. Железнодорожная станция на линии Кривой Рог — Запорожье. 48,9 тысячи жителей (1973).

Основан в 1883—86 как рабочий посёлок в связи с началом разработки марганцевого месторождения; преобразован в город в 1938. К 1940 в городе было 20 шахт и 4 обогатительных фабрики. В годы Великой Отечественной войны 1941—45 М. с 17 августа 1941 до 5 февраля 1944 был оккупирован немецко-фашистскими войсками, нанёсшими городу большой урон. В первую послевоенную пятилетку город и его промышленные предприятия были полностью восстановлены; в последующие десятилетия получили развитие экономика, наука и культура. Современный М. — крупный центр Никопольского марганцеворудного бассейна. Имеется горно-обогатительный комбинат по добыче и переработке марганцевой руды, который является поставщиком марганцевого концентрата для металлургических предприятий страны и экспорта. Заводы: рудоремонтный, строительных материалов; фабрики: кондитерская, швейная, мебельная, лентоткацкая. Предприятия пищевой промышленности. Лесомелиоративная станция. Вечернее отделение Криворожского горнорудного института, горный техникум. Историко-краеведческий музей.

Список химических элементов по атомным номерам

Это список химических элементов, упорядоченный в порядке возрастания атомных номеров. В таблице приводятся название элемента, символ, группа и период в Периодической системе, атомная масса (наиболее стабильного изотопа), плотность, температура плавления, температура кипения, год открытия, фамилия первооткрывателя. Цвета строк отвечают семействам элементов:

Аббревиатуры

GSI, Gesellschaft für Schwerionenforschung (Общество исследования тяжёлых ионов), Вихаузен, Дармштадт, Германия
ОИЯИ, Объединённый институт ядерных исследований), Дубна, Московская область, Россия( == JINR, (Joint Institute for Nuclear Research,)
LLNL, Lawrence Livermore National Laboratory (Ливерморская национальная лаборатория им. Э.Лоуренса), Ливермор, Калифорния, США
LBNL, Lawrence Berkeley National Laboratory, Беркли, Калифорния, США

Примечания

↑ Изотопный состав этого элемента различается в различных геологических образцах, и отклонения могут превышать указанную в таблице погрешность.
↑ Изотопный состав элемента может различаться в различных продажных материалах, что может приводить к существенным отклонениям от приведённых значений.
↑ Изотопный состав различается в земных материалах настолько, что более точный атомный вес не может быть приведён.
↑ Атомный вес продажного лития может варьироваться между 6,939 и 6,996, для получения более точного значения необходим анализ конкретного материала.
↑ Данный элемент не имеет стабильных изотопов, и значение в скобках, например [209], обозначает массовое число наиболее долгоживущего изотопа элемента или характерный изотопный состав.

Ссылки

Atomic Weights of the Elements 2001, Pure Appl. Chem. 75(8), 1107—1122, 2003. Retrieved June 30, 2005. Atomic weights of elements with atomic numbers from 1-109 taken from this source. (2005). . Retrieved June 30, 2005. Atomic weights of elements with atomic numbers 110—116 taken from this source.

Wikimedia Foundation . 2010 .

Полезное

Смотреть что такое "Список химических элементов по атомным номерам" в других словарях:

Список химических элементов по символам — См. также: Список химических элементов по атомным номерам и Алфавитный список химических элементов Содержание 1 Символы, используемые в данный момент … Википедия

Алфавитный список химических элементов — См. также: Список химических элементов по атомным номерам и Список химических элементов по символам Алфавитный список химических элементов. Азот N Актиний Ac Алюминий Al Америций Am Аргон Ar Астат At … Википедия

Периодическая законность химических элементов — Периодическая система химических элементов (таблица Менделеева) классификация химических элементов, устанавливающая зависимость различных свойств элементов от заряда атомного ядра. Система является графическим выражением периодического закона,… … Википедия

Периодическая таблица химических элементов — Периодическая система химических элементов (таблица Менделеева) классификация химических элементов, устанавливающая зависимость различных свойств элементов от заряда атомного ядра. Система является графическим выражением периодического закона,… … Википедия

Периодическая система элементов — Периодическая система химических элементов (таблица Менделеева) классификация химических элементов, устанавливающая зависимость различных свойств элементов от заряда атомного ядра. Система является графическим выражением периодического закона,… … Википедия

ПСХЭ — Периодическая система химических элементов (таблица Менделеева) классификация химических элементов, устанавливающая зависимость различных свойств элементов от заряда атомного ядра. Система является графическим выражением периодического закона,… … Википедия

Переодичная система — Периодическая система химических элементов (таблица Менделеева) классификация химических элементов, устанавливающая зависимость различных свойств элементов от заряда атомного ядра. Система является графическим выражением периодического закона,… … Википедия

Периодическая система — химических элементов (таблица Менделеева) классификация химических элементов, устанавливающая зависимость различных свойств элементов от заряда атомного ядра. Система является графическим выражением периодического закона, установленного русским… … Википедия

Периодическая система Менделеева — Периодическая система химических элементов (таблица Менделеева) классификация химических элементов, устанавливающая зависимость различных свойств элементов от заряда атомного ядра. Система является графическим выражением периодического закона,… … Википедия

Периодическая таблица — Периодическая система химических элементов (таблица Менделеева) классификация химических элементов, устанавливающая зависимость различных свойств элементов от заряда атомного ядра. Система является графическим выражением периодического закона,… … Википедия

Химический элемент магний (Mg) - характеристика, строение и свойства металла

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

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.

Непосредственно магний впервые был получен Хэмфри Дэви в 1808 г. Учёный проводил электролиз белой магнезии, в которую он добавил небольшое количество воды и ртутной окиси. Эта реакция привела к образованию амальгамы металлического вещества. Полученный металл после выведения получил название «магний».

Следует отметить, что реактив имел различные примеси. Чистый элемент в 1829 г. вывел французский химик Антуан Александр Брутус Бюсси.

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.

Реагент в компактном состоянии представляет собой блестящий металл серебристо-белого цвета. Под воздействием воздуха он тускнеет, так как на поверхности образуется плёнка окиси.

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.

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.

Реагент легко создаёт сплавы со многими металлами, а потому на нём основывается производство множества очень важных лёгких материалов.

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.

Вещество в составе различных соединений накапливается в солях, остающихся после того, как из лагун испаряется вода.

Получение в промышленности

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

Электролиз проходит при температуре от 720 до 750 °C.
По мере выделения элементов состав ванны корректируется, часть электролита при этом удаляется, а сырьё добавляется.
Расплавленный искомый металл всплывает на поверхность, и его регулярно извлекают.
Полученное вещество содержит много примесей. Для очистки элемент проходит рафинирование в специальных печах под слоем флюсов.
Очищенный металл разливают в изложницы.
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.

При использовании второго метода брикеты, состоящие из угля и магниевой окиси, разогревают в электрических печах до 2100 °C. Превратившийся в пар металл отгоняют и конденсируют.

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.

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.

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.

Переизбыток и недостаток

Магний практически безвреден для организма, хотя некоторым его соединениям и присвоен II класс опасности. В основном же металл в разных видах приносит лишь пользу. А страдают люди, животные и растения чаще всего от недостатка или переизбытка вещества.

Когда металла в организме слишком мало, увеличивается риск развития сахарного диабета, болезней почек и кишечника. У людей, страдающих от недостатка микроэлемента, часто болит голова, начинается бессонница, появляются спазмы мышц, быстро наступает утомление. При отсутствии лечения это может привести к различным более серьёзным заболеваниям, повышается возможность заболеть раком.

Прежде чем приступать к восстановлению уровня вещества в организме, необходимо проконсультироваться с врачом и установить степень потребности в веществе. После сдачи анализов доктор назначит переменный или постоянный на протяжении какого-то времени приём соответствующих лекарственных препаратов, принимать которые следует строго по инструкции.

При переизбытке микроэлемента у людей появляются следующие болезни:

артрит;
нарушение речи;
тошнота;
сонливость;
и так далее.

Когда в почве содержится недостаточное количество вещества, у растений начинается мраморность листвы и хлороз. Отсутствие магния в рационе вызывает у крупного рогатого скота травяную тетанию.

Магний относится к жизненно необходимым микроэлементам. Сложно переоценить роль этого вещества в животных и растительных организмах. Его отсутствие в достаточном количестве способно возбудить множество заболеваний.

Читайте также: