Magnesium

Магний — химический элемент, обозначаемый символом Mg и имеющий атомный номер 12. Этот блестящий серый металл обладает низкой плотностью, низкой температурой плавления и высокой химической активностью. Как и другие щёлочноземельные металлы 2-й группы периодической таблицы, он никогда не встречается в природе в свободном виде, только в соединениях с другими элементами, и почти всегда имеет степень окисления +2. Он быстро реагирует с воздухом, образуя тонкую плёнку оксида магния, которая защищает металл под ней от дальнейшей коррозии. При горении чистого металла возникает яркий белый свет. Большую часть магния получают электролизом солей магния, извлечённых из рассола. Он менее плотный, чем алюминий, и в основном используется для создания прочных лёгких сплавов, часто с алюминием. В космосе магний образуется внутри крупных стареющих звёзд при слиянии трёх ядер гелия с ядром углерода. Когда такие звёзды взрываются как сверхновые, большая часть магния выбрасывается в межзвёздную среду, где впоследствии может быть включена в новые звёздные системы. На Земле магний является восьмым по распространённости элементом в земной коре и четвёртым по распространённости элементом в целом (после железа, кислорода и кремния), составляя 13% массы планеты и большую часть её мантии. Он также является третьим по распространённости элементом, растворённым в морской воде, после натрия и хлора. В организме человека магний является одиннадцатым по распространённости элементом по массе. Он необходим для всех клеток и для функционирования около 300 ферментов. Ионы магния взаимодействуют с полифосфатными соединениями, такими как АТФ, ДНК и РНК. Сотни ферментов требуют ионов магния для своей работы. В медицине соединения магния используются как распространённые слабительные и антациды (например, жжёная магнезия), а также для успокоения аномальной нервной активности или спазмов кровеносных сосудов при таких состояниях, как эклампсия. Элементарный магний — это серо-белый лёгкий металл с плотностью, составляющей две трети плотности алюминия. Он имеет самую низкую температуру плавления (923 K, или 650 °C) и самую низкую температуру кипения (1 363 K, или 1 090 °C) среди всех щёлочноземельных металлов. Чистый поликристаллический магний хрупок и легко ломается по полосам сдвига. Он становится гораздо более ковким при легировании небольшими количествами других металлов, например 1% алюминия. Его ковкость также можно значительно улучшить, уменьшив размер зерна примерно до 1 микрометра или менее. Магний широко используется как восстановитель. Хотя он окисляется на воздухе, ему не требуется инертная атмосфера для хранения, поскольку он образует защитный слой оксида магния. Прямая реакция с воздухом или кислородом при нормальном давлении даёт только обычный оксид MgO. Этот оксид можно соединить с пероксидом водорода с образованием пероксида магния (MgO₂), а при низких температурах пероксид может дополнительно реагировать с озоном с образованием надпероксида магния (Mg(O₂)₂). Если порошкообразный магний нагреть почти до температуры плавления, он реагирует с азотом в твёрдом состоянии с образованием нитрида магния (Mg₃N₂). Магний реагирует с водой при комнатной температуре, но гораздо медленнее, чем кальций. При погружении в воду на поверхности металла медленно образуются пузырьки водорода; эта реакция протекает гораздо быстрее с порошкообразным магнием, а также ускоряется при более высоких температурах. Эта обратимая реакция с водой может быть использована для накопления энергии и работы магниевого двигателя. Магний экзотермически реагирует с большинством кислот, например с соляной кислотой, образуя хлорид магния и газообразный водород. Хотя объёмный магний воспламенить трудно, металлический магний может воспламеняться. Его также можно использовать в качестве запала для термита — смеси порошков алюминия и оксида железа, которая воспламеняется только при очень высоких температурах. В мелкоизмельчённом виде магний реагирует с водой с образованием гидроксида магния и газообразного водорода: Mg(тв) + 2 H₂O(ж) → Mg(OH)₂(р-р) + H₂(г). Эта реакция гораздо менее бурная, чем реакции щелочных металлов, поскольку гидроксид магния накапливается на поверхности металла и замедляет дальнейшую реакцию. С паром магний образует оксид магния и водород: Mg(тв) + H₂O(г) → MgO(р-р) + H₂(г). Магнийорганические соединения широко распространены в органической химии, наиболее известны как реактивы Гриньяра. Их получают взаимодействием магния с галогеналканами или арилгалогенидами в диэтиловом эфире. Примеры включают фенилмагнийбромид и этилмагнийбромид. Реактивы Гриньяра действуют как нуклеофилы, атакуя электрофильные группы, такие как атом углерода в полярной связи карбонильной группы. Другим важным магнийорганическим реагентом является магнийантрацен, или магнезоцен, используемый как источник высокоактивного магния. Впервые полученный в 1954 году независимыми группами под руководством Эрнста Отто Фишера и Альберта Уилкинсона, магнезоцен представляет собой белый или желтоватый пирофорный порошок, который бурно гидролизуется в воде. Родственный аддукт бутадиена с магнием служит источником дианиона бутадиена. Также наблюдались комплексы димагния(I). Ионы магния можно обнаружить, добавив хлорид аммония, гидроксид аммония и мононатрийфосфат к водному или разбавленному раствору соли в HCl. Белый осадок указывает на ионы магния. Также можно использовать краситель азофиолетовый, который становится тёмно-синим в щелочном растворе соли магния; цвет обусловлен адсорбцией красителя на Mg(OH)₂. По состоянию на 2013 год потребление магниевых сплавов составляло менее одного миллиона тонн в год по сравнению с 50 миллионами тонн алюминия.