Магний, методы получения, свойства, применение. Соединения магния, их свойства, гидролиз. Применение магния и его соединений.

Магний - серебристо-белый блестящий металл, сравнительно мягкий и пластичный, хороший проводник тепла и электричества.

Магний — один из десяти наиболее распространенных элементов земной коры. Из-за высокой химической активности в свободном виде магний не встречается, а входит в состав множества минералов — силикатов, алюмосиликатов, карбонатов, хлоридов, сульфатов и др.

Обычный промышленный метод получения металлического магния - это электролиз расплава смеси безводных хлоридов магния MgCl₂, натрия NaCl и калия KCl. В этом расплаве электрохимическому восстановлению подвергается хлорид магния.

Другой способ получения магния - термический. В этом случае для восстановления оксида магния при высокой температуре используют кокс или кремний. Применение кремния позволяет получать магний из такого сырья, как доломит CaCO₃·MgCO₃, не проводя предварительного разделения магния и кальция. С участием доломита протекают реакции:

CaCO₃·MgCO₃ = CaO + MgO + 2CO₂, 2MgO + 2CaO + Si = Ca₂SiO₄ + 2Mg.

Для получения магния используют не только минеральное сырье, но и морскую воду. Чистота рафинированного магния достигает 99, 999% и выше.

Химические свойства:

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.

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). Не взаимодействует с растворами щелочей.

Важнейшие соединения:

Оксид магния, MgO. При хранении на воздухе оксид магния постепенно поглощает влагу и CO₂, переходя в Mg(OH)₂ и в MgCO₃.

Пероксид магния, MgO₂: получен взаимодействием свежеосажденной Mg(OH)₂ с 30%-ной H₂O₂. Бесцветное микрокристаллическое вещество, малорастворимое в воде и постепенно разлагающееся при хранении на воздухе.

Гидроксид магния, Mg(OH)₂: белый, очень малорастворим в воде. Помимо кислот, он растворим в растворах солей аммония (что важно для аналитической химии).

Встречается в природе (минерал брусит).

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

Большинство солей выделяется из растворов в виде кристаллогидратов (напр. MgCl₂*6H₂O, MgSO₄*7H₂O). MgSO₄*7H₂O в природе образует минерал " горькая соль ".

При нагревании кристаллогидратов галоидных солей образуются труднорастворимые в воде основные соли.

К малорастворимым солям магния относится MgF₂ (растворимость 0, 08г/л), карбонат магния. Последний может быть получен реакцией обмена только при одновременном присутствии в растворе большого избытка CO₂, в противном случае осаждаются основные соли. Примером такой соли может служить " белая магнезия " - основная соль приблизительного состава 3MgCO₃*Mg(OH)₂*3H₂O.

Основная часть добываемого магния используется для получения различных легких сплавов. В состав этих сплавов, кроме магния, входят, как правило, алюминий, цинк, цирконий. Такие сплавы достаточно прочны и находят применение в самолетостроении, приборостроении и для других целей.

Для защиты от коррозии водонагревателей и отопительных котлов находят применение магниевые аноды, представляющие из себя стальные стержни с нанесенным на них слоем магниевого сплава. В этом случае разрушается сам анод, а не стенки водонагревателя (протекторная защита).

Высокая химическая активность металлического магния позволяет использовать его при магниетермическом получении таких металлов, как титан, цирконий, ванадий, уран и др. При этом магний реагирует с оксидом или фторидом получаемого металла, например:
2Mg + TiO₂ = 2MgO + Ti или 2Mg + UF₄ = 2MgF₂ + U.

Широкое применение находят многие соединения магния, особенно его оксид, карбонат и сульфат. Так, горькая соль применяется в текстильной и бумажной промышленности, а также в медицине.

5. Кальций, стронций, барий. Методы получения свободных металлов, свойства. Гидриды – методы получения, свойства, применение.

Кальций - серебристо-серый металл с кубической гранецентрированной решеткой, значительно более твердый, чем щелочные металлы. Температура плавления 842°C, кипения 1484°C, плотность 1, 55 г/см³. При высоких давлениях и температурах около 20K переходит в состояние сверхпроводника.

Химические свойства:

Кальций не столь активен как щелочные металлы, тем не менее его приходится хранить под слоем минерального масла или в плотно запаянных металлических барабанах. Уже при обычной температуре он реагирует с кислородом и азотом воздуха, а также с водяными парами. При нагревании сгорает на воздухе красно-оранжевым пламенем, образуя оксид с примесью нитридов. Подобно магнию кальций продолжает гореть в атмосфере углекислого газа. При нагревании реагирует с другими неметаллами, образую не всегда очевидные по составу соединения, например:

Ca + 6B = CaB₆ или Ca + P => Ca₃P₂ (а также CaP или CaP₅).

Во всех своих соединениях кальций имеет степень окисления +2.

Для получения простого вещества кальция используется электролиз расплавов его солей или алюмотермия:

4CaO + 2Al = Ca(AlO₂)₂ + 3Ca

Стронций представляет собой ковкий золотисто-желтый металл, он значительно мягче кальция. Летучие соединения стронция окрашивают пламя в карминово-красный цвет.

Химические свойства:

На воздухе стронций покрывается пленкой, содержащей, наряду с оксидом, пероксид и нитрид стронция. Вследствие быстрого окисления металл хранят в минеральном масле или запаянным в ампулы.

Реагирует при нагревании с водородом и азотом, галогенами. Легко вытесняет водород не только из разбавленных кислот, но и из воды. Растворяется в жидком аммиаке. В своих соединениях двухвалентен.

В свободном состоянии может быть получен накаливанием оксида с металлическим алюминием в высоком вакууме:

3SrO+2Al=Al₂O₃+3Sr

Барий - серебристо-белый металл с более высокой температурой плавления и кипения и большей плотностью, чем у щелочных металлов. Очень мягкий. Тпл.= 727°С.

Химические свойства:

Барий является сильнейшим восстановителем. На воздухе быстро покрывается пленкой оксида, пероксида и нитрида бария, загорается при нагревании или при простом раздавливании. Энергично взаимодействует с галогенами, при нагревании с водородом и серой.

Барий энергично взаимодействует с водой и кислотами. Хранят, как и щелочные металлы, в керосине.

В соединениях проявляет степень окисления +2.

Получают алюмотермией или разложением азида:

3BaO+2Al=Al₂O₃+3Ba

Ba(N₃)₂=Ba+3N₂

Гидри́ д ка́ льция — сложное неорганическое вещество с химической формулой CaH2.

Белого цвета. При плавлении разлагается. Чувствителен к кислороду воздуха. Сильный восстановитель, реагирует с водой, кислотами. Применяется как твердый источник водорода (1 кг. CaH2 дает 1 000 л. H2), осушитель газов и жидкостей, аналитический реагент для количественного определения воды в кристаллогидратах.

Нагреванием кальция в атмосфере водорода получают CaH2 (гидрид кальция), используемый в металлургии (металлотермии) и при получении водорода в полевых условиях.

Гидрид бария, ВаН 2, получают нагреванием металлического бария, сплавов кадмий - барий, ртуть - барий или окиси бария в атмосфере водорода:

Ва + Н 2 = ВаН 2 + 55 ккал Ва0 + 2Н 2 = BaH 2 + Н 2 О

BaH 2 -- серовато-белые кристаллы с плотностью 4, 21 г/см 3. Выше 675° они подвергаются термической диссоциации. Гидрид бария разлагает воду и взаимодействует с азотом, соляной кислотой и аммиаком:

Гидрид бария применяют в качестве катализатора реакций гидрогенизации.

Гидрид стронция образует белые кристаллы ромбической сингонии, пространственная группа P nam, параметры ячейки a = 0, 6364 нм, b = 0, 7343 нм, c = 0, 3875 нм, Z = 4.

При 355°С происходит фазовый переход.