Тепло и электропроводность магния – Физические свойства магния: плотность, теплоемкость, теплопроводность

Что представляет собой

Магний – это металл, элемент периодической системы Д.Менделеева.

Международное обозначение (и формула) – Mg (Magnesium).

При стандартных условиях металл легкий, хорошей ковкости, серебристого цвета.

По классификации ИЮПАК (Международный союз теоретической и прикладной химии) магний причислен к щелочноземельным металлам.

Роль сыграло строение атома (конфигурация электронов внешнего энергетического уровня), сходные химические и физические свойства. Хотя с водой при комнатной температуре реагирует вяло.

История

С рудой в 18 – начале 19 века экспериментировали ученые Европы. Получать удавалось лишь сильно загрязненное вещество.

Настоящая история открытия начинается с середины 19 века, когда француз А.Бюсси и англичанин М.Фарадей получили материал достаточной степени чистоты. Оба использовали расплавленный хлорид магния. Первый восстанавливал вещество металлическим калием, второй – электролизом.

История названия вещества восходит ко временам Малой Азии. Магнезией назывался город, вблизи которого обнаружились залежи магнезита.

В России с середины 19 века используется термин «магний».

Металл в природе

Магний – среди самых распространенных компонентов земной коры: тонна содержит 19,52 кг этого элемента (почти 2%).

Главная форма нахождения в природе – залежи доломита и магнезита. Насыщены магнием брусит, кизерит, бишофит, другие минералы.

Кроме минеральных отложений, природными источниками металла являются:

• Морская вода.
• Рапа (насыщенный соляной раствор солей). Добывается из лиманов и искусственно созданных соленых водоемов.

Залежами осадочного происхождения располагает большинство регионов планеты:

• Для магнезита требуются гидротермальные источники.
• Доломит находят в осадочных карбонатных прослойках. Залежи формируются также воздействием горячих растворов, рек, грунтовых вод на известняки. Его запасы практически неисчерпаемы.
• Самородные фрагменты магния формируются потоками газов. В отличие от минералов, весьма редки.

Впервые он обнаружен в конце XX века в России (Восточная Сибирь, берега реки Чона) и Таджикистане (вулканическая лава).

Минералы, месторождения

Наш герой настолько активен в химическом отношении (просто-таки «неразборчив в связях»), что его нахождение в природе в чистом виде практически невозможно.

Природные источники магния — минералы:

• брусит;
• кизерит;
• доломит;
• магнезит;
• бишофит;
• эпсомит;
• карналлит.

Даже из морской воды можно добывать огненный металл. Самосадочные озера (вода в них называется рапой), содержат большое количество минеральных солей, в том числе магния.

Познавательно: таких озер много в Астраханской области. Это Белинские, Зинзилинские, Мочаговские самосадочные озера (список можно продолжить).

Крупнейшая российская группа месторождений — Саткинское — (разведано 14 штук) находится в Челябинской области, рядом с городом Сатка. Тут сосредоточены магнезиальные руды высокой чистоты.

Рекомендуем: МЕЛЬХИОР — потерянный и обретенный

Физико-химические характеристики

У металла интересные химические свойства:

• Равнодушен к щелочам, но при взаимодействии с кислотами растворяется. Процесс сопровождает «фонтан» из водорода.
• Нагреваемый на воздухе металл сгорает, выделяя жар плюс яркое свечение.
• Магниевый порошок, смешанный с активными окислителями (той же марганцовкой), порождает взрыв.

Бурно реагирует магний на влагу при нагреве. Поэтому горящий магний водой не тушат.

В стандартных условиях (на воздухе) металл окисляется, из-за чего поверхность покрывается защитной пленкой. Разрушить ее способен нагрев на воздухе до 600°C. «Оголенный» металл превращается в ослепительно-белую вспышку пламени, образуя оксид и нитрид.

Утилитарные свойства металла определяются, среди прочего, степенью чистоты.

Особо чистые образцы пластичны, ковки, легко обрабатываются (прессовка, прокат, резание).

Магний. Описание и свойства магния

Сила, притяжение, власть – так трактовал слово «магнес» народ древней Греции. В этой стране был город с названием Магнезия. Возле этих населенных пунктов добывали магнитный железняк, который, как известно, обладает силой притягивать металлические предметы.

Но, металл магний назван не в честь железосодержащей породы, а в честь порошка «белая магнезия». Его греки получали из минерала, так же имевшегося возле древнего поселения. После прокаливания, камень превращался в белый порошок — окись магния. О том, что веществе металл греки не знали, зато, заметили лечебные свойства состава. Он помогал при болезнях печени, почек, играл роль слабительного.

Препарат не выходил из обихода веками и, в 1808-ом году Гефри Дэви выделил из него в ходе опытов неизвестный металл. Долго не думая, ученый из Англии назвал открытый элемент магнезий. Так его и поныне именуют в Европе. Русские же называют металл магнием благодаря учебнику Герману Гессу. Несмотря на немецкие корни, химик русский. В 1831-ом он переводил западный учебник. Слово «магнезий» ученый преобразовал в «магний». Так в отечественной науке элемент и получил особое название.

В периодической таблице химических элементов Магний занимает 12-ю позицию. Он располагается в основной подгруппе группы под номером два. Элемент белый с серебристыми отблесками. Такая расцветка характерна для всех щелочно — земельных металлов, к коим наряду со стронцием, радием и барием, относится и магний. Он «пушинка» среди металлов. К примеру, железо и медь практически в 5 раз тяжелее. Даже легковесный алюминий перетянет элемент №12 на чаше весов.

Легкость магния на руку конструкторам и производителям летательных аппаратов. Они не должны быть тяжеловесными, чтобы обладать хорошими летательными свойствами. Однако, использовать для тех же самолетов чистый металл №12 нельзя. Он слишком мягок, податлив.

Приходится изготавливать сплавы с марганцем, алюминием или цинком. Они придают марганцу прочность, при этом не сильно утяжеляя. Смеси идут, в основном, на производство обшивки «железных птиц». Первый самолет на основе магниевых сплавов, кстати, дело рук отечественных авиатехников. Судно создали еще в 1934-ом году и назвали «Серго Орджонекидзе».

Элемент магний весьма проблематично переплавить. Требуется всего лишь 650 градусов Цельсия. Однако, уже при 550-ти металл вспыхивает и растворяется в атмосфере. Выделяемое пламя весьма эффектно, поэтому металл нашел применение в пиротехнической промышленности.

Без него не обходится ни один фейерверк или бенгальский огонь. Если дома хранится магний, лучше не проливать рядом с ним хлорку. В присутствии хлора 12-ый элемент загорается даже при температуре в 25 градусов.

Продуктами горения магния являются лучи ультрафиолетового спектра и тепло. Даже несколько граммов металла хватит, чтобы вскипятить 200 миллилитров воды. Этого вполне достаточно, чтобы попить чаю. Ученые же из Варшавы решили «заставить» элемент подогревать пищу. В банки для консервов физики встроили магниевую ленту. При открытии тары, вставка воспламеняется, нагревая содержимое банки. Вот такой готовый обед.

Производить самонагревающиеся консервные банки можно тысячелетиями. Залежи магния в недрах соперничают с запасами лишь 7-ми элементов. Больше только кремния, кислорода, железа, алюминия и кальция. Металл №12 входит в состав двух сотен минералов. Из доломита и карналлита элемент добывают в промышленных масштабах.

Магний также является основной составляющей магмы – раскаленного слоя между ядром планеты и ее поверхностью. В морской же воде элемента №12 и вовсе 4 килограмма на каждый кубометр.

Если воду океанов смешать с раковинами, растолченными в порошок, получится хлорид магния. Из него методом электролиза можно выделить чистый металл. Но, пользовались этим методом только во время второй мировой. Добыли около 100 тысяч тонн элемента №12 и успокоились, ведь перерабатывать ресурсы морей в огромных баках дело хлопотное.

Для металлургии – одного из основных потребителей магния, хватает и его запасов в земной коре. Металл необходим при производстве практически всех сплавов. Элемент №12 уменьшает в них содержание кислорода, который резко ухудшает качество продукции. Заставить магний стать частью какого-либо сплава нелегко. Из-за легкости, он не тонет в других металлах. Из-за «взрывной реакции» на воздух, вспыхивает на поверхности смесей.

Металлургам приходится прессовать капризный металл в брикеты, помещать внутрь них грузила и, только после, опускать в состав для переплавки.

Легковесность магния привлекла и ювелиров. Они добавляют элемент в драгоценные сплавы, чтобы облегчить изделия. Это весьма кстати, если украшение объемное, внушительных габаритов. Носить на себе неимоверную для ювелирного изделия тяжесть хочет не каждый. Магний приходит на помощь.

Но, если ювелирное дело без магния возможно, то жизнь, нет. Металл магний входит в состав хлоровфилла. Он – часть растительности, вещество, отвечающее за фотосинтез. То есть, без элемента №12 был бы невозможен процесс преобразования углекислого газа в кислород. Атмосфера планеты была бы другой, так что человечество на Земле вряд ли бы появилось, не будь на ней магния.

Этот металл и человеческому сердцу помогает биться, не только за счет поставки ему кислорода. Магний необходим для стабильной работы сердечной мышцы. По статистике, инфаркты происходят, в основном, у людей, в организме которых недостаточно элемента №12. Поэтому, не помешает есть семечки тыквы, отруби, пить какао и чай. В этих продуктах магния больше всего.

Технология получения металла

В третьем тысячелетии металл получают так же, как двести лет назад.

Электролиз

Основным способом получения вещества остается электролиз расплавленного конгломерата из хлоридов магния, калия, натрия:

• Объект электрохимического восстановления – соединение магния.
• Процесс происходит в ванне. Из нее порции выделившегося металлического магния периодически вычерпываются.

Чистота продукта на выходе – порядка 99,9 %.

• Он считается «грязным», поэтому вновь направляется на электролиз для очистки (рафинирования).
• Далее идет вакуумная переплавка, во время которой к материалу добавляют специальные присадки. Их миссия – оттянуть примеси на себя.
• Как вариант применяется вакуумная перегонка.

Доля примесей снижается на два порядка. То есть чистота металлического магния – 99,999+%.

Термообработка

Оксид магния восстанавливают при высоких температурах, задействуя кокс либо кремний.

Кремний способен «вытащить» металл из сложных видов сырья. Например, доломита – конгломерата карбонатов кальция и магния.

Вначале доломит обжигают, затем получившиеся продукты раскаливают с кремнием.

Таким способом возможно извлечение металла высокой чистоты даже из морской воды или рассолов.

Электропроводность — алюминий — Большая Энциклопедия Нефти и Газа, статья, страница 4

Электропроводность — алюминий

Cтраница 4

Более важным свойством покрытий при использовании их как электрических контактов, является высокая твердость и способность оставаться без окисных пленок и тусклого налета. Таким образом, несмотря на то, что электропроводность алюминия в четыре раза выше электропроводности олова, его часто покрывают слоем олова, чтобы улучшить электроконтактные свойства. Другими металлическими покрытиями, обычно применяемыми для низковольтной аппаратуры, являются золото, олово — свинец, серебро, палладий, медь, родий и никель.  [46]

Медные жилы для повышения электропроводности изготовляются из отожженной проволоки. Алюминиевые жилы не нуждаются в отжиге, так как электропроводность алюминия не изменяется от степени отжига.  [47]

Токопроводящие жилы силовых кабелей изготовляются из медной или алюминиевой проволоки. Так как электропроводность меди примерно в 1 65 раза выше электропроводности алюминия, то для одной и той же нагрузки сечение алюминиевых жил должно быть соответственно больше сечения медных жил. Медные токо проводящие жилы имеют более высокую механическую прочность, чем алюминиевые. Преимущества алюминия как материала для токопроводящих жил заключается в том, что удельный вес алюминия в 3 3 меньше удельного веса меди, и поэтому при одной и той же электропроводности жил вес их примерно в 2 раза меньше веса медных жил. Кроме того, преимуществом алюминиевых жил являются дешевизна и меньшая дефицитность ( по сравнению с медью) алюминия.  [48]

Литий в сплавах способствует возрастанию их модуля упругости. Вместе с тем магний и марганец снижают тепло — и электропроводность алюминия, а железо — его коррозионную стойкость.  [49]

Магний отличается средней твердостью и довольно тягуч, так что при вальцевании из него удается получать тонкие листы и проволоку; однако эти его свойства значительно изменяются под влиянием очень небольших примесей. Электропроводность магния составляет 9 / 25 электропроводности меди и 12 / 19 электропроводности алюминия, а теплопроводность равна 5 / 13 теплопроводности меди и 7 / д соответствующей величины для алюминия. Холодная вода действует на магний крайне медленно; тем не менее при действии воды на обезжиренные стружки магния ( промытые в эфире) по поднимающимся пузырькам газа можно судить о выделении водорода. С кипящей водой эта реакция протекает гораздо энергичнее.  [50]

Страницы:      1    2    3    4

www.ngpedia.ru

Где используется

Некогда самым известным применением металла был фотоаппарат с магниевой вспышкой. Сегодня свойства и характеристики вещества сделали его незаменимым или важным для многих отраслей. Используется магний металлический, в соединениях и сплавах.

Магниевые сплавы

Промышленный комплекс

Ковкий, пластичный, легкий магний относится к металлам, незаменимым в металлургии и машиностроении:

• Огнеупорные материалы – исходник для выработки компонентов металлургических печей (оксид магния).
• Сырье для получения надежных лёгких и сверхлегких сплавов. Их забирают ракето-, авиастроение, автопром.
• Инновационный материал, созданный в конце XX века, – ферросиликомагний (магний + кремний + железо). Из этого сплава выплавляют чугун: высокопрочный и с «червячной» конфигурацией графита. Это своеобразный гибрид чугуна и стали, материал нового поколения для нужд машиностроения.

В военном деле пригодилось свойство металла гореть ослепляющим пламенем.

Закупаются светошумовые боеприпасы (зажигательные бомбы, сигнальные ракеты, трассирующие пули).

Другие отрасли

Магний используется для нужд науки и других отраслей:

• Привычным атрибутом стали энергоемкие резервные электрические батареи, сухие элементы на основе металла, его соединений (бромид, перхлорат).
• Выращенные кристаллы фторида магния – компонент при изготовлении линз, другой оптики.
• Перхлоратом металла лаборанты осушают газы.
• Бромид металла служит электролитом химических источников тока.

Без магниевых компонентов невозможно изготовление пиротехники.

Медициной востребованы соединения вещества. Кардиологи, неврологи, гастроэнтерологи выписывают своим пациентам сульфат/цитрат магния, аспаркам, другие препараты.

Перспективы

Ученые трудятся над созданием магниево-серных батарей. По расчетам, они эффективнее ионно-литиевых аккумуляторов по емкости.

Применение

В последние годы спрос на цветные металлы резко увеличился. Они влияют на развитие многих отраслей промышленности и широко применяются в авиа– и машиностроении, радиоэлектронике, ракетной и атомной технике, сфере высоких технологий, а также в быту.

Нежелезные металлы — незаменимое сырье в производстве металлопроката, крупных конструкций и небольших изделий.

Вы можете заказать цветные металлы и сплавы на нашем сайте. На странице каталога представлен широкий ассортимент товаров с подробным описанием и ценами. Стоимость за 1 кг зависит от вида материала и варьируется от 135 до 2200 рублей. Денежные средства принимаем на расчетный счет. Подробнее об условиях покупки цветного металла в Москве и регионах России читайте здесь.

Мировое производство, цены

В XX веке половину чистого магния выплавляли в США. Третье тысячелетие определило нового лидера – Китай (70% мирового производства).

Металлический магний

Далее идут Россия и Турция (обе получают продукта на порядок меньше).

Цену металла на мировом рынке определяет состояние экономики Китая.

К началу 2021 года за тонну металла выкладывали $2400-2600.

Группы цветных металлов

Цветные металлы разделяют на следующие группы: тяжёлые металлы, лёгкие металлы, благородные металлы, малые металлы, тугоплавкие металлы, рассеянные металлы, радиоактивные металлы.

Группы цветных металлов

Цветные металлы разделяют на следующие группы:

• тяжёлые металлы — медь, никель, цинк, свинец, олово
• лёгкие металлы — алюминий, магний, титан, бериллий, кальций, стронций, барий, литий, натрий, калий, рубидий, цезий
• благородные металлы — золото, серебро, платина, осмий, рутений, родий, палладий
• малые металлы — кобальт, кадмий, сурьма, висмут, ртуть, мышьяк
• тугоплавкие металлы — вольфрам, молибден, ванадий, тантал, ниобий, хром, марганец, цирконий
• редкоземельные металлы — лантан, церий, празеодим, неодим, самарий, европий, гадолиний, тербий, иттербий, диспрозий, гольмий, эрбий, тулий, лютеций, прометий, скандий, иттрий
• рассеянные металлы — индий, германий, таллий, таллий, рений, гафний, селен, теллур
• радиоактивные металлы — уран, торий, протактиний, радий, актиний, нептуний, плутоний, америций, калифорний, эйнштейний, фермий, менделевий, нобелий, лоуренсий

Цветные металлы и их сплавы широко применяются в технике. К наиболее важным цветным металлам относятся алюминий и алюминиевые сплавы (дюралюминий), медь и её сплавы — бронза и латунь, магний, никель, титан и мягкие металлы — олово, свинец и цинк. В сплавах часто используются такие металлы, как сурьма, висмут, кадмий, ртуть, кобальт, хром, молибден, вольфрам и ванадий. Последние четыре металла условно относят к ферросплавам, хотя они могут содержать железо лишь в виде примеси.

Значение для человека

Магний изначально присутствует в биологических организмах. Однако в повседневных продуктах (хлеб, молоко, мясо) его минимум.

Жизненные процессы

Без металла невозможен нормальный ход важных жизненных процессов:

• Синтез белка.
• Работа нервной системы, сердечной мышцы.
• Расширение сосудов.
• Желчеотделение.
• Работа ЖКТ.
• Выведение из организма холестерина.
• Сокращение мышц.

Суточная норма вещества для женщин и мужчин – 300 и 400 мг.

Потребность увеличивают психические, физические перегрузки, стрессы, злоупотребление алкоголем, потливость.

Нужно учитывать, что организм усваивает лишь треть общего количества поступившего вещества.

Усваивать микроэлемент полнее мешают фитин, жирный или насыщенный кальцием рацион.

Питание

Магнием насыщены порошковое какао, отруби, орехи, тыквенные семечки. Однако усваивать элемент мешает изобилие в них фитина.

Кладезем магния диетологи считают зеленые овощи. Это капуста, огурцы, горошек, спаржа, сельдерей, лук, шпинат, петрушка.

Последствия дефицита или избытка вещества

Симптомы дефицита магния:

• Проблемы с костями (артрит, остеопороз).
• Судороги, спазмы мышц.
• Головная боль.
• Сбои в работе ЖКТ (запоры), сердца (аритмия).

На эмоциональном плане нехватка вещества приводит к бессоннице, перманентной усталости, раздражительности (особенно ПМС).

Опасно и чрезмерное увлечение микроэлементом.

О передозировке металла сигнализируют:

• Снижение артериального давления.
• Тошнота, рвота.
• Угнетение ЦНС, рефлекторной функции, дыхания.

Дело может закончиться комой, параличом дыхательных путей, сердечной мышцы.

Предостережение

Токсичность соединений металла незначительна. Опасность представляют лишь синильная, плавиковая, хромовая, азотистоводородная кислоты.

Опасные характеристики магния также связаны с горением:

• Созерцание горящего вещества ведет к ожогу сетчатки глаза и временной слепоте. Страховка – смотреть через темные очки либо стекло.
• От тактильного контакта с металлом страховки нет. Скорость воспламенения вещества такова, что человек гарантированно не успевает отвести руку и обжигается.

Осторожность при приеме магниевых препаратов требуется от людей, страдающих почечной недостаточности.

Взаимодействие с различными кислотами

Для краткости, проще рассмотреть несколько экспериментов. Для них берутся такие виды кислот:

1. Соляная.
2. Азотная.
3. Серная (разбавленная и нет).

В первом случае наблюдается практически мгновенное растворение, сопровождающееся пузырьками белых газов и резким запахом хлора. Емкость, в которой происходила реакция нагревается.

В азотной кислоте кусочек магния не тонет. Бурый газ скапливается над поверхностью жидкости, выделяется тепло. Иногда говорят, что кислота «кипела», окружая кусочки магния.

Третий случай необходимо рассматривать, как два частных. В неразбавленной серной кислоте реакция идет медленно. Если же использовать раствор с небольшим количеством воды, магний также, как с азотной кислотой плавает на поверхности. При этом происходит едва заметная реакция с выделением белых пузырьков газа.