Использование магния в аппаратах космической и авиационной техники

Министерство образования  и науки Российской Федерации

Государственное образовательное  учреждение

Ижевский Государственный  Технический Университет

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Контрольная работа

 

по предмету «Информационные технологии»

 

 

 

Выполнил(а) студент(ка)

1 курса, группа Б-01-712-1з

Дресвянников Руслан Олегович   

Проверил

______________________________

 

 

 

 

ИЖЕВСК

2012

Содержание:

1. Характеристика элемента ……………………………………………….3-6

2. Свойства магния………………………………………………………….7-11

2.1. Физические свойства  магния………………………………………….7-8

2.2. Химические свойства  магния…………………………………………9-11

3. Соединения магния………………………………………………………12-19

3.1. Неорганические соединения  магния………………………………….12-16

3.2. Магнийорганические соединения…………………………………….16-19

4. Природные соединения  магния…………………………………………20-21

5. Определение магния в почвах, в воде…………………………………..22-23

6. Области применения  магния…………………………………………….24-28

7. Список использованной литературы……………………………………29

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Характеристика  элемента

Название «магнезия» встречается  уже в III веке н.э., хотя не вполне ясно, какое вещество оно обозначает. Долгое время магнезит - карбонат магния - ошибочно отождествляли с известняком - карбонатом кальция. Слово магнезия происходит от названия одного из Греческих городов - Магнесии. До XVIII века соединения магния считали разновидностями кальциевых или натриевых солей. Открытию магния способствовало изучение состава минеральных  вод. В 1695 году английский врач Крю сообщил, что им выделена из воды эпсомского минерального источника соль, обладающая лечебными свойствами, и вскоре был  доказан её индивидуальный характер. Затем стали известны и другие соединения магния. Карбонат магния получил  название "белая магнезия", в  отличие от «чёрной магнезии» - оксида марганца. Отсюда и созвучие названий металлов, выделенных впоследствии из этих соединений.

Впервые магний был получен  Деви (XIX в.) из окиси магния. Бюсси, Либих, Девильс, Карон и др получали магний действием паров калия или  натрия на хлористый магний.

В 1808 г. английский химик  Г. Деви электролизом увлажнённой смеси  магнезии и оксида ртути получил  амальгаму неизвестного металла, которому и дал название "магнезии", сохранившееся  до сих пор во многих странах. В  России с 1831 года принято название "магний". В 1829 г. Французский химик А. Бюсси  получил магний, восстанавливая его  расплавленный хлорид калием. Следующий  шаг к промышленному получению  сделал М. Фарадей. В 1830 г. он впервые  получил магний электролизом расплавленного хлористого магния.

Промышленное производство магния электролитическим способом предпринято в Германии в конце XIX в. Перед второй мировой войной началось освоение термических способов получения магния.

В настоящее время наряду с развитием электролитического способа совершенствуются силикотермический  и карботермический способы получения магния. На первой стадии развития магниевой промышленности в качестве сырья применяли хлористые соли карналлит, природные рассолы, хлоромагниевые щёлочи калийной промышленности.

Сейчас наряду с хлористыми солями широко используют доломит и  магнезит. Большой интерес представляет применение в качестве сырья для  производства магния из морской воды. В России электролитический метод  получения магния впервые разработал П.П. Федотьев в 1914 г. в Петроградском  политехническом институте. В 1931 г. в Ленинграде вступил в строй  первый опытный магниевый завод. Промышленное производство магния в  СССР начато в 1935 г.

 

+12Mg ))) 1S2 2S2 2P6 3S2 3P0 –электронная  формула нормального атома

282

 

При затрате необходимой  энергии один из электронов переходит  в P-состояние, т.е. оба электрона  становятся неспаренными. Поэтому магний проявляет степень окисления +2.

 

3S2-валентные электроны

 

1S2 2S2 2P6 3S1 3P1

- электронная формула  возбуждённого атома

 

+12Mg +P12,n012

e12

Строение внешней электронной  оболочки магния, обладающей структурой 3S2, с двумя слабо связанными электронами  объясняет восстановительный характер типичных реакций, в которых магний переходит в двухвалентный катион Mg2+. Благодаря большому химическому  сродству к кислороду, магний способен отнимать кислород у многих окислов  и хлор у хлоридов. Это свойство в последнее время используется при магниетермическом получении титана, циркония, урана. При комнатной температуре на воздухе компактный магний химически стоек. На его поверхности образуется окисная пленка, предохраняющая от окисления. При нагревании химическая активность магния возрастает. Считается, что верхний температурный предел устойчивости магния в кислороде находится в интервале 350-400 оС. Кипящую воду магний разлагает с выделением водорода.

На магний не оказывает  заметного действия дистиллированная вода, фтористоводородная кислота любой концентрации, хромовая кислота, водные растворы фтористых солей и др.

Разрушающее действие оказывает  на магний морская и минеральная  вода, водные растворы соляной, серной, азотной, фосфорной, кремнефтористоводородной кислот, водные растворы галоидных солей, сернистых соединений, аммиак и его водные растворы, органические кислоты, гликоли и гликолевые смеси, многи альдегиды.

Магний - один из самых распространенных в земной коре элементов, по распространенности занимает шестое место после кислорода, кремния, алюминия, железа и кальция. Содержание магния в литосфере, по А.П. Виноградову, сотавляет 2,10%. В природе магний встречается исключительно в виде соединений и входит в состав многих минералов: карбонатов, силикатов и др. Важнейшими являются следующие из них: магнезит MgCO3, доломит MgCO3*CaCO3, карналлит MgCl2*KCL*6H2O, бруцит Mg(OH)2, кизерит MgSO4, эпсонит MgSO4*7H2O, каинит MgSO4*KCl*3H2O, оливин (Mg,Fe)2 [SiO4], серпентин H4Mg3Si2O9.

Природный или естественный магний представляет собой смесь трех устойчивых изотопов 24Mg -78,6 %, 25Mg -10,1 %, 26Mg -11,3 %.

В реакциях магний практически  всегда проявляет степень окисления +2 (валентность II). Для того, чтобы  перевести атом магния из состояния 3S2 в реакционноспособное состояние 3S13P1, нужно затратить 259 КДж/моль, а  при последовательном отрыве электронов, т.е. ионизации Mg до Mg+ и Mg+2, требуется соответственно 737 КДж/моль и 1450 КДж/моль. Магний кристаллизуется в гексагональную плотноупакованную решетку.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2. Свойства магния.

 

2.1. Физические свойства магния.

Магний - серебристо-белый  блестящий металл, сравнительно мягкий и пластичный, хороший проводник  тепла и электричества. Почти  в 5 раз легче меди, в 4,5 раза легче  железа; даже алюминий в 1,5 раза тяжелее  магния. Плавится магний при темпратуре 651 оС, но в обычных условиях расплавить его довольно трудно: нагретый на воздухе до 550 оС он вспыхивает и мгновенно сгорает ослепительно ярким пламенем. Полоску магниевой фольги легко поджечь обыкновенной спичкой, а в атмосфере хлора магний самовозгорается даже при комнатной температуре. При горении магния выделяется большое количество ультрафиолетовых лучей и тепла - чтобы нагреть стакан ледяной воды до кипения, нужно сжечь всего 4 г магния.

Магний расположен в главной  подгрупп второй группы периодической  системы элементов Д.И. Менделеева. Порядковый номер его - 12, атомный вес - 24,312. Электронная конфигурация атома магния в невозбужденном состоянии 1S22S2P63S2; валентными являются электроны наружного слоя, в соответствии с этим магний проявляет валентность II. В тесной связи со строением электронных оболочек атома магния находится его реакционная способность. Из-за наличия на внешней оболочке только двух электронов атом магния склонен легко отдавать их для получения устойчивой восьмиэлектронной конфигурации; поэтому магний в химическом отношении очень активен.

На воздухе магний окисляется, но образующаяся при этом окисная  пленка предохраняет металл от дальнейшего  окисления. Нормальный электронный  потенциал магния в кислой среде  равен -2,37в, в щелочной - 2,69в. В разбавленных кислотах магний растворяется уже на холоде. Во фтористоводородной кислоте нерастворим вследствие образования пленки из труднорастворимого в воде фторида MgF2; в концентрированной серной кислоте почти нерастворим. Магний легко растворяется при действии растворов солей аммония. Растворы щелочей на него не действуют. Магний поступает в лаборатории в виде порошка или лент. Если поджечь магниевю ленту, то она быстро сгорает с ослепительной вспышкой, развивая высокую температуру. Магниевые вспышки применяют в фотографии, в изготовлении осветительных ракет. Температура кипения магния 1107 оС, плотность = 1,74 г/см3, радиус атома 1,60 НМ.

 

2.2. Химические свойства магния.

Химические свойства магния довольно своеобразны. Он легко отнимает кислород и хлор у большинства  элементов, не боится едких щелочей, соды, керосина, бензина и минеральных масел. С холодной водой магний почти не взаимодействует, но при нагревании разлагает ее с выделением водорода. В этом отношении он занимает промежуточное положение между бериллием, который вообще с водой не реагирует и кальцием, легко с ней взаимодействующим. Особенно интенсивно идет реакция с водяным паром, нагретым выше 380 оС:

-2e

Mg0(тв)+H2+O(газ) Mg+2O(тв)+H20 (газ).

 

Поскольку продуктом этой реакции является водород ясно, что  тушение горящего магния водой недопустимо: может произойти образование  гремучей смеси водорода с кислородом и взрыв. Нельзя потушить горящий  магний и углекислым газом: магний восстанавливает  его до свободного углерода -4е

 

2Mg0 + C+4O2 2Mg+2O+C0,

Прекратить к горящему магнию доступ кислорода можно засыпав  его песком, хотя и с оксидом кремния (IV) магний взаимодействует, но со значительно меньшим выделением теплоты:

-4е

 

2Mg0 + Si+4O2=2Mg+2O+Si0

 

этим и определяется возможность  использования песка для тушения  кремния. Опасность возгорания магния при интенсивном нагреве одна из причин, по которым его использование как технического материала ограничена.

В электрохимическом ряду напряжений магний стоит значительно  левее водорода и активно реагирует с разбавленными кислотами с образованием солей. В этих реакциях есть у магния особенности. Он не растворяется во фтороводородной, концентрированной серной и в смеси серной и в смеси азотной кислот, растворяющей другие металлы почти столь же эффективно, как "царская водка" (смесь HCl и HNO3). Устойчивость магния к растворению во фтороводородной кислоте объясняется просто: поверхность магния покрывается нерастворимой во фтороводородной кислоте пленкой фторида магния MgF2. Устойчивость магния к достаточно концентрированной серной кислоте и смеси ее с азотной кислотой объяснить сложнее, хотя и в этом случае причина кроется в пассивации поверхности магния. С растворами щелочей и гидроксида аммония магний практически не взаимодействует. А вот с растворами аммонийных солей реакция хотя и медленно, но происходит:

 

2NH+4+Mg=Mg2+ + 2NH3 + H2

 

Удивительного в этой реакции  нет. Эта реакция та же по существу, что и реакция вытеснения металлами  водорода из кислот. В одном из определений кислотой называют вещество, диссоциирующее с образованием ионов водорода. Именно так может диссоциировать и ион NH4:

 

NH4+ NH3+H+

 

Реакция же

-2e

 

Mg0 + 2HCl=Mg+2Cl2+H02

 

2H++Mg Mg2+ + H02

 

При нагревании магния в  атмосфере галогенов происходит воспламенение и образование  галоидных солей.

-2e

Mg + Cl20 Mg+2+Cl2-

Причина воспламенения - очень  большое тепловыделение, как и  в случае реакции магния с кислородом. Так при образовании 1 моль хлорида  магния из магния и хлора выделяется 642 КДж. При нагревании магний соединяется  с серой (MgS), и с азотом (Mg3N2). При  повышенном давлении и нагревании с  водородом магний образует гидрид магния

-2e

Mg0 + H20 Mg+2H2-.

 

Большое сродство магния к  хлору позволило создать новое  металлургическое производство - "магниетермию" - получение металлов в результате реакции

 

MeCln+0,5nMg=Me+0,5nMgCl2

 

этим методом получают металлы, играющие очень важную роль в современной технике - цирконий, хром, торий, бериллий. Легкий и прочный "металл космической эры" - титан практически весь получают таким способом.

Сущность производства сводится к следующему: при получении металлического магния электролизом расплава хлорида магния в качестве побочного продукта образуется хлор. Этот хлор используют для получения хлорида титана (IV) TiCl4, который магнием восстанавливается до металлического титана

-4e

Ti+4Cl4 + 2Mg0 Ti0+2Mg+2Cl2

 

Образовавшийся хлорид магния вновь используется для производства магния и т.д. На основе этих реакций работают титаномагниевые комбинаты. Попутно с титаном и магнием получают при этом и другие продукты, такие, как бертолетову соль KClO3, хлор, бром и изделия - фибролитовые и ксилитовые плиты, о которых будет сказано ниже. В таком комплексном производстве степень использования сырья, рентабельность производства высока, а масса отходов не велика, что особенно важно для охраны окружающей среды от загрязнений.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3. Соединения магния.

Для аналитической химии  магния имеют значение его труднорастворимые  и особенно внутрикомплексные (бесцветные, окрашенные или флуорисцирующие) соединения. Поляризующая способность иона Mg2+ невысокая, а по величине кэффициента поляризации, характеризующего количественно деформируемость иона, магний уступает большинству металлов. Поэтому комплексные соединения магния сравнительно малоустойчивы и образуются, как правило, только в щелочной среде. Тем не менее, они имеют чрезвычайно важное значение для аналитической химии магния. Меньшая устойчивость некоторых комплексных соединений магния, по сравнению с комплексами других металлов, иногда используется для маскирования последних при определении магния титриметрическими, фотометрическими и другими методами.