VDV-1070 (739377), страница 2

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 2)

Белый амфотерный гидроксид магния очень малорастворим в воде. Растворенная часть Mg(OH)₂ диссоциирована по типу основания и является электролитом слабой силы. Осаждение Mg(OH)₂ в процессе нейтрализации кислого раствора наступает при pH=10,5. Гидроксид магния встречается в природе (минерал брусит). Помимо кислот, он растворим в растворах солей аммония (что важно для аналитической химии). Растворение, например, в NH₄Cl протекает по схеме Mg(OH)₂+2NH₄Cl « MgCl₂+2NH₄OH и обусловлено образованием сравнительно малодиссоциированного гидроксида аммония.

Для магния известна аналогичная гидроксиду этоксидная производная Mg(OC₂H₅)₂. Она может быть получена взаимодействием амальгамы магния со спиртом и представляет собой белый порошок, растворимый в спирте и разлагаемый водой.

Взаимодействием свежеосажденной Mg(OH)₂ с 30%-ной H₂O₂ была получена перекись магния MgO₂. Это бесцветное микрокристаллическое вещество, малорастворимое в воде и постепенно разлагающееся при хранении на воздухе.

Большинство солей магния хорошо растворимо в воде. Растворы содержат бесцветные ионы Mg²⁺, которые сообщают жидкости горький вкус. Соли Mg гидролизуются водой только при нагревании раствора.

Почти все галоидные соли магния расплываются на воздухе и легкорастворимы в воде. Исключением является MgF₂, растворимость которого весьма мала (0,08 г/л). Большинство солей выделяется из растворов в виде кристаллогидратов (напр. MgCl₂×6H₂O). При их нагревании происходит отщепление части галоидоводородной кислоты и остаются труднорастворимые в воде основные соли.

Нитрат магния легкорастворим не только в воде, но и в спирте. Кристаллизуются он обычно в виде Mg(NO₃)₂×6H₂O (т. пл. 90^оС). При нагревании выше температуры плавления нитрат отщепляет не только воду, но и HNO₃, а затем переходит в оксид.

Для сульфата магния характерен легкорастворимый кристаллогидрат MgSO₄×7H₂O. Он полностью обезвоживается при 200^оС. Константа электролитической диссоциации MgSO₄ – 5×10³. В природе MgSO₄ встречается в виде минералов горькой соли MgSO₄×7H₂O и кизерита MgSO₄×H₂O. Кизерит может служить хорошим материалом для получения MgO и SO₂, т.к. при накаливании с углем разлагается по схеме MgSO₄+C+64 ккал=CO+SO₂+MgO. Горькая соль применяется в текстильной и бумажной промышленности, а также в медицине.

С сульфатами некоторых одновалентных металлов MgSO₄ образет двойные соли, так называемые шениты состава M₂[Mg(SO₄)₂]×6H₂O, где M – одновалентный катион. Шенитом K₂[Mg(SO₄)₂]×6H₂O пользуются иногда в качестве калийного минерального удобрения.

Почти нерастворимый в воде нормальный карбонат магния может быть получен только при одновременном присутствии в растворе большого избытка CO₂. В противном случае осаждаются также почти неростворимые основные соли. Белая магнезия – это основная соль приблизительного состава 3MgCO₃×Mg(OH)₂×3H₂O.

Магниды

Кристаллические структуры магнидов, по сравнению со многими системами на основании других металлов, значительно различаются между собой. В первом приближении все магниды можно разделить на две большие группы:

• магниды, имеющие структуры, типичные для металлов и сплавов;

• магниды, имеющие структуры, типичные для ионных или гетерополярных соединений.

Граница между этими группами условна, но, в общем, увеличение атомного номера в периоде сопровождается последовательным переходом от соединений металлического типа к валентным и ионным соединениям.

Существуют несколько способов получения магнидов; важнейшими из них являются следующие:

1) синтез из компонентов по реакции общего вида

xMe + yMg ® Me_xMg_y,

реакция осуществляется сплавлением, спеканием (или горячим прессованием), дистилляцией. Этим методом можно получать все обнаруженные к настоящему времени магниды двойных или многокомпонентных систем;

2) магниетермическое восстановление (или восстановление галлоидными соединениями)

MeO + Mg ® MeMg + MgO

Применяется в случаях, когда прямое сплавление не дает положительного результата;

3) электрохимический способ (электролитическое выделение);

4) термическое разложение (термолиз)

(например, MgB₂ ^{800–960 C}® MgB₄ ^{970 C}® MgB₆ ^{>1200 C}®MgB₁₂).

Применение магнидов в технике

Магниды – фазовые составляющие многих сплавов на основе Mg, которые благодаря высокой удельной прочности, хорошей обрабатываемости, коррозионной стойкости широко применяются в технике. Магниды входят в состав некоторых промышленных сплавов на основе алюминия. Область применения магниевых сплавов расширяется при введении в их состав небольшого количества магнидов, придающих им определенные физические свойства. Так, сплавы магния с редкоземельными металлами представляют значительный практический интерес, поскольку механические свойства магния и его сплавов при повышении температуры могут быть значительно улучшены путем введения небольших количеств редкоземельных металлов. Практический интерес представляют сплавы Mg–Zr, поскольку сравнительно небольшая добавка циркония существенно уменьшает размер зерна магния и таким образом улучшает механические свойства материала. Такие сплавы применяются, например, в качестве материала для оболочек тепловыделяющих элементов реактора с графитовым замедлителем и теплоносителем CO₂.

История магния

Природные магнийсодержащие материалы магнезит и доломит издавна использовались в строительстве.

Во время засухи в Англии летом 1618 г. Генри Уикер обнаружил на пастбище в Эпсоме небольшую ямку, заполненную водой, которую животные отказывались пить. Позднее обнаружилось, что при наружном и внутреннем употреблении эта вода проявляет целебные свойства. С середины XVII века Эпсом приобретает известность как курорт с источником минеральной воды.

Вскоре натуральной соли из этого источника стало не хватать, что привело к усиленным поискам ее искуственного заменителя. Каспар Неуманн (1683–1757) заявил, что приготовил искусственную эпсомскую соль посредством добавления H₂SO₄ к водному раствору морской соли, привозимой из Испании и Португалии. Он отличил эпсомскую соль (MgSO₄) от “мирабилитовой соли Глаубера” (Na₂SO₄) и указал, что “земля горькой слабительной соли называется magnesia alba (белая магнезия)”, по названию местности в горном районе Греции, где впервые было обнаружено это соединение. Магнезию долго не могли отличить от извести; лишь в XVIII в. немецкий врач-терапевт Фридрих Гоффман (1660–1742) установил, что эти соединения различны.

Первые попытки выделить металлическую основу магнезии в чистом виде были предприняты в начале XIX в. знаменитым английским физиком и химиком Гемфри Дэви (1778–1829), после того, как он подверг электролизу едкий кали и едкий натр и получил металлический Na и K. Он решил попытаться аналогичным образом осуществить разложение оксидов щелочноземельных металлов и магнезии. В своих первоначальных опытах Дэви пропускал ток через влажные оксиды, предохраняя их от соприкосновения с воздухом слоем нефти; однако при этом металлы сплавлялись с катодом и их не удавалось отделить.

Дэви пробовал применять множество различных методов, но все они по разным причинам оказывались малоуспешными. Наконец, его постигла удача – он смешал влажную магнезию с оксидом ртути, поместил массу на пластинку из платины и пропустил через нее ток; амальгаму перенес в стеклянную трубку, нагрел, чтобы удалить ртуть, и получил новый металл. Тем же способом Дэви удалось получить барий, калий и стронций.

Выделив металлическую основу, Дэви назвал новый металл magnium, так как считал, что слово magnesium легко спутать с manganese, то есть с марганцем. Тем не менее название magnesium вошло в употребление во многих языках, так что новый металл лишь короткое время был известен под названием, которое дал ему Дэви. Правда, русское название этого металла звучит очень сходно с первоначальным.

В компактной форме и в ощутимых количествах магний был впервые получен в 1828 г. Антуаном Александром Брутом Бусси (1794–1882) путем нагревания смеси безводного MgCl₂ c калием в стеклянной трубке. В результате реакции калий соединился с хлором, вытесняя магний с образованием KCl и Mg. С этих опытов начался первый этап металлургии магния, который был полностью основан на химических методах. По технологии, сходной с методом Брута Бусси, во Франции, Англии и Соединенных Штатах работали небольшие заводы, производившие металлический магний. Такое производство существовало до конца прошлого века, пока не был создан электролитический способ получения магния. Конкурировать с ним химический способ не смог, поскольку использовал дорогостоящие восстановители – металлический натрий и калий, кроме того, при химическом способе не удавалось создать периодический технологический процесс.

Появление электролитического способа получения магния

В 1830 г. Майкл Фарадей получил несколько граммов металлического магния путем пропускания электрического тока через расплав MgCl₂. В 1852 г. этот метод был детально исследован и усовершенствован Робертом Бузеном (1811–1897), который также осуществил первое массовое производство Магния. С помощью его электролизера, состоящего из фарфорового тигля и двух угольных электродов пилообразной формы, погружаемых сверху в расплав обезвоженного MgCl₂, ему удавалось всего за несколько секунд получать “королек” магния весом в несколько грамм. Пилообразная форма электродов была необходима для удержания капелек магния во избежание их подъема на поверхность и самовоспламенения. При этом принципиальное значение для повышения производительности играла полная обезвоженность MgCl₂.

Технология электролитического получения магния за время своего применения подверглась значительным усовершенствованиям, однако ее принципы, естественно, остались без кардинальных изменений. Современное аппаратурное оформление электролитического производства Магния принципиально мало чем отличается от первого магниевого электролизера промышленного типа на 300 а, разработанного Гретцелем и примененного им впервые в 1883 г.

В качестве катода использовался стальной тигель (1), анода – графитовый электрод (2) в центре диафрагмы (3) из пористого фарфора. Диафрагма служила для разделения продуктов электролиза: магний поднимался на поверхность электролита вне диафрагмы, а хлор отводился по трубке (4). Тигель стоит на плите (5), закрепленной на решетке (6), и обогревался горячими газами. Верхняя часть электролизера выступала над печью и охлаждалась воздухом. Выделяющийся Mg периодически вычерпывался вручную дырчатой ложкой. Любой восстановительный газ поступал из трубы (7) в электролизер. В качестве электролита использовался расплавленный карналлит.

Основным промышленным способом получения магния и сейчас остается электролиз обезвоженного или расплавленного хлористого магния или карналлита. Получение 1 т металла с использованием этой технологии требует затраты около 20 тыс. квт×ч электроэнергии.

До первой мировой войны во всем мире работало только 2 магниевых завода – в Геттингене и в Биттерфельде, получавших магний электролизом его расплавленных хлоридов. В то время производилось всего несколько сот тонн магния в год, однако потребности всех стран в этом металле, в том числе и России, импортировавшей магний, полностью удовлетворялись. Война превратила магний в стратегический материал. Прекращение экспорта магния из Германии и Франции заставило Англию и США наладить собственное его производство на небольших электролизных установках.

В России электролитический метод получения магния впервые разработал П.П.Федотьев в 1914 г. в Петроградском политехническом институте. В 1931 г. в Ленинграде был пущен первый опытный магниевый завод, настоящее промышленное производство в СССР ведется с 1935 г.

Сейчас большая часть магния получается электролизным способом, меньшая – термическим. Основные производители магния в мире – Россия, США, Норвегия, Франция, Англия, Италия, Канада.

Разработка термических способов получения магния

Мысль о возможности получения металлического магния путем восстановления его оксида с помощью угля возникла сравнительно давно – в 80-х гг. прошлого века, однако реализация этого процесса в ощутимых масштабах оказалась возможной только в 30-е гг. текущего столетия. Карботермический способ основан на обратимости реакции MgO+C+153 ккал « CO+Mg, равновесие которой при очень высоких температурах (выше 2000°C) ñìåùåíî âïðàâî.

Основное методическое препятствие, возникавшее на пути решения этой проблемы, было связано с тем, что когда смесь MgO и С нагревали до высокой температуры, восстановление магния действительно происходило, но при постепенном охлаждении продуктов реакции (парообразного Mg и СО) вновь образовывались исходные продукты – MgO и С. Было найдено следующее решение: парообразный магний и СО стали разбавлять большим объемом холодных восстановительных газов при резком снижении температуры с 2500^о до 200^о. Таким образом осуществляется “закалка” продуктов реакции, что предотвращает их обратное взаимодействие, и в конденсаторе образуется твердый порошкообразный магний, так называемая “пуссьера”.

В настоящее время практически процесс проводят, накаливая тесную смесь MgO (получаемой обжигом природного магнезита) c антрацитом в дуговой электрической печи. Выделяющиеся пары тотчас разбавляют большим объемом сильно охлажденного водорода. Освобождающийся в виде пыли металлический магний (содержащий примеси MgO и C) затем переплавляют. Получаемый подобным образом металл характеризуется высокой чистотой (99,97%).

Характеристики

Список файлов реферата