Magneziul Mg
Raspandire in natura
Magneziul se gaseste mult raspandit in natura sub forma de combinatii, alcatuind 2% din scoarta pamantului. Astfel se gaseste ca zacaminte de magnezit ( carbonat de magneziu, Mg CO3 ) si, mai ales, dedolomit ( carbonat dublu de calciu si magneziu, MgCO3*CaCO3). Foarte raspanditi sunt si carnalitul (clorura dubla de potasiu si magneziu, Mg Cl2*KCl*6H2O), kieseritul ( sulfat de magneziu, MgSO4*H2O), apoi diferiti silicati de magneziu - ca de exemplu olivina, ( Mg, Fe )2 [SiO4], enstatitul Mg2 [Si2O6],serpentina,talcul,azbestul si spuma de mare,cum si aluminosilicati, ca de exemplu spinelul, MgO.Al2O3. In sol se gasesc totdeauna combinatii de calciu si de magneziu provenind din dezagregarea mineralelor.
Multe saruri de magneziu sunt dizolvate in apa marilor sau a lacurilor sarate, carora le imprima gustul amarui. De asemenea, multe izvoare minerale contin dizolvat sulfat de magneziu.
Plantele iau din pamant sarurile de magneziu, formand clorofila ( in constitutia clorofilei magneziul are acelasi rol ca fierul in constitutia hemoglobinei). Magneziul se mai gaseste drept component al semintelor vegetale si chiar in corpul animal.
Preparare
Magneziul poate fi obtinut prin diferite metode. Astfel, prin tratarea dolomitului calcinat, cu apa de mare se indeparteaza calciul. prin schimb de ioni, echilibrul fiind favorabil din cauza solubilitatii mai marei ai hidroxidului de calciu in comparatie cu hidroxidul de magneziu:
Ca(OH)2.Mg(OH)2+Mg=2Mg(OH)2+Ca
Ometoda tehnica importanta pentru prepararea magneziului este electroliza carnalitului anhitru topit la 700 - 800*C.In loc de carnalit se poate folosi si clorura de magneziu anhidra in amestec cu CaCl2 si NaCl. La catodul celulei electrolitice ( care este de fier ) se separa magneziul care, fiind usor, se ridica la suprafata topiturii de unde poate fi scos cu linguri speciale. La anod ( care este de grafit ) se separa clorul, care este aspirat .1*.
Magneziul obtinut are puritatea 98 -99 % Mg; purificarea lui se face prin retopire in cuptoare electrice.
Insemnatate tehnica au dobandit in ultimul timp procedeele termice pentru obtinerea magneziului, din care mai importante sunt procedeele carbotermice si silicotermice. Dupa primul procedeu, oxidul de magneziu este redus cu carbune la temperatura arcului electric ( pest 2000*C ):
MgO+C=Mg+CO
In al doilea procedeu, oxidul de magneziu este redus cu siliciu. In acest scop, dolomitul in amestec cu siliciu sau ferosiliciu, este incalzit intr -un cuotor electric la 1200 - 1300*C sub vid inaintat:
2MgO+2CaO+Si=Ca2SiO4+2Mg
3)Proprietati fizice
Magneziul este un metal moale, alb, stralucitor, care cristalizeaza in sistemul hexagonal. Este usor si maleabil astfel incat poate fi laminat in table subtiri si tras in fire. Cu unele metale formeaza aliaje cu diferite aplicatii in tehnica moderna.
4)Proprietati chimice
Magneziul este stabil in aer uscat; in aerul umed se acopera cu un strat de oxid de magneziu care impiedica ca reactia de oxidare sa se desfasoare mai departe. Din aceasta cauza, magneziul are aspect mat .
Aprins in aer, magneziul arde cu flacara luminoasa, deoarece oxidul de magneziu devine incandescent din cauza caldurii mari de reactie:
Mg+1/2O2=MgO H = - 145 K kal/mol
( Lumina dezvoltata este bogata in radiatii ultraviolete )
In clorul umed se aprinde de la sine cu o reactie luminoasa si formare de clorura de magneziu, MgCl2; cu sulful de combina la temperatura mai ridicata cu azotul se combina la cald formand nitrura de magneziu, Mg3N2.
Magneziul are actiune reducatoare asupra substantelor care contin oxigen; astfel el poate arde si in bioxid de carbon, punand carbonul in libertate:
2Mg+CO2=2MgO+C
Apa ataca magneziul numai foarte incet, datorita formarii stratului protector de hidroxid de magneziu. Asupra vaporilor de apa, magneziul are insa, o actiune puternic reducatoare:
Mg+2H2O=Mg(OH)2+H2
Amalgamul de magneziu reactioneaza cu apa chiar la temperatura obisnuita.
Din cauza tendintei pronuntate de a se combina cu oxigenul, magneziul poate reduce numerosi oxizi, proprietate folosita pentru obtinerea unor elemente: bor, siliciu, carbon etc.
Magneziul poate forma cu combinatii organice halogenate ( de exemplu cu iod sau clor ) compusi organo - metalici. De exemplu, cu iodura de metil. CH3J, formeaza iodura de metil - magneziu, magneziu JCH3:
Mg+CH3J- Mg - J
CH3
Halogenurile de alchil - magneziu au rol important in chimia organica ca agenti de sinteza ( in reactiile Grignard ).
Magneziul reactioneaza cu acizi diluati, cu dezvoltare de hidrogen.
5) Intrebuintari
Din toate metalele grupei a II-a principale, magneziul este cel mai mult folosit ca metal. Datorita luminii puternice pe care o emana in timpul arderii el se intrbuinteaza la fabricarea rachetelor lumonoase si in fitografie. In metalurgie este folosit, fie pentru purificarea unor metale ( deoarece reduce oxizii si sulfurile formand combinatii insolubile in topitura ), fie pentru fabricarea unor aliaje. De asemenea este utilizat si in chimia organica preparativa.
6) Aliaje de magneziu
Magneziul se aliaza cu aluminiul, care ii mareste rezistenta la rupere sau cu manganul, care ii mareste rezistenta la coroziune in aer umed. Aliaje simple de magneziu cu aluminiu sunt magnaliul si hidronaliul ( v.' Aluminiul ').
Aliajele de magneziu care contin circa 90 % Mg, iar restul cantitatii mici de alte metale ca: aluminiu, zinc, cupru, mangan etc., sunt cunoscute sub numele de aliaje electron. Ele sunt rezistente fata de hidroxizii alcalini si fata de acizi, insa nu fata de apa ( pe care o descompun ). Avand o mare duritate si rezistenta cum si o densitate redusa, sunt folosite la fabricarea avioanelor, automobilelor, masinilor industriale cum si pentru confectionarea diferitelor instrumente.
COMBINATIILE MAGNEZIULUI
Magneziul formeaza multe combinatii de importanta industriala. Ca materii prime pentru obtinerea lor se folosesc de obicei carbonatul si sulfatul de magneziu.
COMBINATIILE MAGNEZIULUI CU OXIGENUL
Oxidul de magneziu, MgO. numit si magnezia usta, este produsul de oxidare directa a magneziului. El se obtine si prin calcinarea hidroxidului, azotatului sau a carbonatului de magneziu. Industrial, se obtine prin calcinarea magneziului sau a hidroxidului de magneziu in cuptor electric, la 450*C:
MgCO3=MgO+CO2
In tarile asezate langa mari si oceane, oxidul si hidroxidul de magneziu se obtin din apa marii. Aceasta se trateaza cu lapte de var; precipita intai carbonatul de calciu:
Ca(HCO3)2+Ca(OH)2=2CaCO3+2H2O
dupa a carui indepartare prin filtrare se adauga din nou lapte de var, care precipita ionii Mg sub forma de hidroxid de magneziu :
MgCl2+Ca(OH)2=Mg(OH)2+CaCl2
Deoarece separarea hidroxidului de magneziu este anevoioasa, el este trecut, prin tratare cu bioxid de carbon, in carbonat hidratat :
Mg(OH)2+CO2+2H2O+MgCO3.3H2O
prin a carui calcinare rezulta apoi oxidul de magneziu :
MgCO3.3H2O=MgO+CO2+3H2O
Oxidul de magneziu cristalizeaza in retele ionice de tipul NaCl. Este o pulbere alba, foarte usoara, care cu apa trece in hidroxid de magneziu, Mg(OH)2, o baza slaba:
MgO+H2O=Mg(OH)2
El se topeste la temperaturi foarte inalte ( peste 2600*C ). Din aceasta cauza este folosit la confectionarea caramizilor de magnezita, utilizate mai ales pentru captusirea cuptoarelor Martin. Mai este folosit ca adaos al glazurilor pentru sticla si ceramica, ca umplutura pentru hartie, ca suport de catalizator etc.
Hidroxidul de magneziu, Mg(OH)2, se obtine prin tratarea unor saruri solubile de magneziu cu un hidroxid alcalin :
sau prin actiunea apei asupra oxidului de magneziu.
Se dizolva foarte putin in apa; solutia apoasa are o reactie slab alcalina. La incalzire puternica trece in oxid de magneziu. Hidroxidul de magneziu se foloseste la prepararea cimentului magnezian, la rafinarea zaharului, in medicina etc.
Sarurile de magneziu sunt ionice; in apa se gasesc sub forma de ioni hidratati [Mg(H2O)6]2+. Dizolvarea in apa sarurilor de magneziu anhidre este insotita de o puternica dezvoltare de caldura. Energia de hidratare fiind mare, sarurile de magneziu cristalizeaza din solutie apoasa sub forma de hidrati stabili.
Dintre sarurile de magneziu mai importante sunt : clorura, carbonatul, sulfatul si diferiti silicati de magneziu naturali si artificiali.
Clorura de magneziu, MgCl2, se gaseste in natura dizolvata in apa marilor si sub forma de carnalit. Ea se obtine ca produs secundar de la lesiile mama de carnalit ramase de la prepararea corurii de potasiu. Din solutii apoase cristalizeaza de obicei cu sase molecule de apa, MgCl2.6H2O, forma in care are un domeniu mai larg de stabilitate ( de la -3,4*C pana la +116,7*C ); cristalele au un gust amarui si sunt foarte higroscopice. Deshidratarea hidratilor cristalini nu se face prin incalzire deoarece la 150*C, clorura de magneziu sufera o hidroliza partiala trecand in cloruri bazice (oxicloruri) de compozitie variabila, de exemplu :
2MgCl2+H2O Mg2OCl2+2HCl
Aceasta reactie de hidroliza a clorurii de magneziu are importanta in cazanele cu abur.
Daca la o solutie foarte concentrata de clorura de magneziu se adauga oxid de magneziu, se formeaza o masa pastoasa care dupa cateva ore se intareste devenind o masa alba lucioasa, foarte tare, cunoscuta sub numele ciment magnezian; el se foloseste fregvent la fabricarea pietrelor pentru litografie, a imitatiilor de mozaic.
Clorura de magneziu se mai filoseste in industria textila, la fabricarea hartiei pergament ca ignifug pentru lemn, ca materie prima pentru alte combinatii de magneziu etc.
Carbonatul de magneziu, MgCO3, este foarte raspandit in natura ca magnezit, MgCO3, sau ca dolomit, MgCo3.CaCO3, cristalizate in sistemul hexagonal. Preparatul pe cale artificiala este o pulbere de culoare alba, greu solubila in apa rece; sub 16*C cristalizeaza ca pentahidrat, iar la temperaturi superioare, catri-si chiar monohidrat. Incalzit la 450*C se descompune in oxid de magneziu si bioxid de carbon :
MgCO3=MgO+CO2
Prin fierbere cu apa trece cu timpul in carbonati bazici.
Carbonatul de magneziu are multiple utilizari. Astfel foloseste la prepararea altor saruri de magneziu, a magneziului metalic, a unor coloranti, la fabricarea caramizilor refractare pentru construirea furnalelor electrice, la confectionarea conurilor Seger ( care sunt indicatori de temperaturi inalte in ceramica ), drept mediu filtrant in medicina.
Sulfatul de magneziu, MgSO4, se gaseste in natura sub forma de kieserit, MgSO4.H2O, care insoteste fregvent sarurile de potasiu, si sub forma de sare amara, MgSO4.7H2O.
Din solutie apoasa cristalizeaza totdeauna cu sapte molecule de apa, iar cristalele rombice, incolore, foarte solubile in apa si cu gust amar. Din aceasta cauza i se mai spune sare amara.
Sulfatul de magneziu se intrebuinteaza in medicina ( ca purgativ ) in cosmetiaca, in industria tabacariei, in industria textila, la fabricarea hartiei ( ca material de umplutura ), in industria ceramica etc. Sarea dubla K2SO4.MgSO4.6H2O este folosita drept ingrasamant.
Silicatii de magneziu sunt foarte raspanditi in natura.
Talcul este un silicat de magneziu hidratat, care intra in compozitia multor roci. In reteaua cristalina a talcului, straturile sunt mai slab legate intre ele, astfel incat pot luneca usor unele peste altele. De aceea, talcul este moale ( lasa urme pe stofa ) si unsuros la pipait.
Talcul se utilizeaza ca lubrefiant pentru unele mecanisme, la fabricarea creioanelor colorate, drept pudra cosmetica, ca umplutura pentru cauciuc si hartie etc.
Steatitul are aceeasi compozitie ca si talcul. Prin topire la temperatura inalta devine alb si sticlos. Fiind macinat, in amestec cu argila si feldspati si ars la 1400*C, capata un aspect de portelan si foloseste pentru duze de tesatorie, articole pentru industria chimica, izolatori electrici etc.
Azbestul este un silicat de magneziu cu compozitia Mg3[Si4O11]*3Mg(OH)2.H2O respestiv 6MgO.4SiO2.4H2O. Are o stuctura fibroasa, este ignifug si are o foarte mica conductibilitate termica. Se intrebuinteaza ca izolator termic, garnituri pentru aparate in industrie, apoi ca diafragme, mase filtrante, suporturi pentru catalizatori etc.
Spuma de mare, numita si piatra ponce, este un silicat de magneziu hidratat. Are culoare alb-galbue, duritate mica si se poate prelucra usor. Fiind poroasa, pluteste pe apa, de unde ii vine si numele. Se foloseste in tehnica drept suport de catalizatori avand mare putere de adsorbtie. De poate prepara si sintetic.
