Реферат по дисциплине «Химия»
«Магний»
Студентки 2 курса
4 группы
Тенн Наталии Юрьевны
Санкт-Петербург
Содержание:
· Введение…………………………………………………………………….3
· Глава 1. Минералы магния………………………………………………...5
o Часть 1. Свойства минералов……………………………………….5
o Часть 2. География и геология месторождений минералов в мире……………………………………………………………….….6
§ §1. Карналлит…………………………………………………6
§ §2. Бишофит…………………………………………………..6
§ §3. Кизерит……………………………………………………7
§ §4. Эпсомит………………………………………..………….8
§ §5. Каинит………………………………………………..……8
§ §6. Магнезит……………………………………………..……9
§ §7. Доломит………………………………………………….11
§ §8. Брусит……………………………………………………12
§ §9. Самородный магний…………………………………….12
· Глава 2. Получение магния………………………………………………13
§ §1. Обогащение……………………………………………...13
§ §2. Электролитический способ получения магния………..13
§ §3. Рафинирование…………………………………………..14
§ §4. Технико-экономические показатели…………………...14
§ §5. Термические способы получения магния…………….15
· Глава 3. Применение магния в народном хозяйстве…………………...16
§ §1. Применение чистого магния……………………………16
§ §2. Применение химических соединений магния………...16
§ §3. Применение сплавов магния…………………………...17
· Список литературы……………………………………………………….19
Введение.
Магний (Mg) – металл второй группы главной подгруппы, третьего периода периодической таблицы Д.И. Менделеева. Его атомный номер 12. Атомная масса – 24,31.
Магний обладает тремя основными изотопами: 24Mg, 25Mg и 26Mg. 24Mg составляет 78,6% массовой доли, 25Mg – 10,11%, а 26Mg – 11,29%.
Радиус атома магния в нейтральном состоянии равен 160 пм. Радиус иона Mg+2 – 66 пм. Краткая электронная конфигурация магния: [Ne] 3s2. Из неё следует, что магний обладает двумя валентными электронами. Магний обладает степенями окисления 0 и +2.
Плотность магния – 1,74 г/см3. Энергия ионизации – 7,6 эВ. Стандартный электродный потенциал: -2,37 В. Относительная электроотрицательность – 1,3. Температура плавления составляет 650ºC (923 К), а температура кипения - 1095ºC (1353 К).
Произведение растворимости Mg(OH)2 - 6·10-10. pH воды – 10. Коэффициент теплопроводности магния – 144 Вт/м·К. Удельное электрическое сопротивление – 4,7 Ом·м. Предельная прочность – 17-20 кг/мм2. Твёрдость – 294.
Содержание магния в земной коре составляет около 2%.
Является одним из активных металлов.
Простое вещество магний – металл серебристо-белого цвета с гексагональной решёткой, обладает металлическим блеском. При обычных условиях поверхность магния покрыта довольно прочной защитной плёнкой оксида магния MgO, которая разрушается при нагреве на воздухе до примерно 600˚C, после чего металл сгорает с ослепительным белым пламенем с образованием оксида и нитрида магния Mg3N2. Магний высокой чистоты пластичен, хорошо прессуется, прокатывается и поддаётся обработке резанием.
При нагревании на воздухе магний сгорает с образованием оксида и небольшого количества нитрида. При этом выделяется большое количество теплоты и света:
2Mg+O2→2MgO
3Mg+N2→Mg3N2
Магний хорошо горит даже в углекислом газе:
2Mg+CO2→2MgO+C
Раскалённый магний энергично реагирует с водой, вследствие чего горящий магний нельзя тушить водой:
Mg+H2O→MgO+H2+75kcal
Возможна также реакция:
Mg+H2O→Mg(OH)2+H2↑+80,52kcal
Щёлочи на магний не действуют, в кислотах он растворяется с бурным выделением водорода:
Mg+2HCl→MgCl2+H2↑
Смесь порошка магния со взрывом реагирует с сильными окислителями, например с сухим перманганатом калия.
Глава 1. Минералы магния.
Часть 1. Свойства минералов.
| Минерал | Агрегаты | Синго-ния | Цвет | Цвет черты | Твёр-дость | Плот-ность | Спай-ность | Излом | Прозрачность | Блеск |
| Карналлит MgCl2·KCl·6H2O | Сплошные массы, редко кристаллы | Ромби-ческая | Голубой, бесцвет-ный, жёл-тый, бе-лый, крас-ный | Белый | 2,5 | 1,6 | - | Раковис-тый | Прозрачный | Жирный |
| Бишофит MgCl2·6H2O | Зернистые, листова-тые, волокнистые и параллельно-волок-нистые агрегаты, скопления иголь-чатых кристаллов | Моно-клинная | Бесцвет-ный до бе-лого, так-же мясо-красный | Белый | 1-2 | 1,65 | - | Неровный, раковис-тый | Прозрачный и полупрозрач-ный | Стеклянный, матовый |
| Кизерит MgSO4·H2O | Сплошные, зернис-тые массы, редко кристаллы | Моно-клинная | Молочно-белый, желтова-тый, бес-цветный | Белый | 3,5 | 2,57 | Совер-шен-ная | Неровный | Прозрачный | Стеклянный |
| Эпсомит MgSO4·7H2O | Плотные и землис-тые агрегаты, гроз-девидные натёки, корочки, налёты и выцветы, кристаллы | Ромби-ческая | Бесцвет-ный, бе-лый | Белый | 2-2,5 | 1,68 | Весь-ма со-вер-шен-ная | Раковис-тый | Прозрачный | Стеклянный |
| Каинит KCl·MgSO4·3H2O | Плотные, тонкозер-нистые агрегаты, редко кристаллы | Моно-клинная | Бесцвет-ный, голу-бой, фио-летовый, серый | Белый | 2,5-3 | 2,1 | Совер-шен-ная | Раковис-тый | Полупрозрач-ный | Жирный, стеклянный |
| Магнезит MgCO3 | Плотные зернистые агрегаты, редко крис-таллы | Триго-нальная | Белый, се-рый, жел-товатый, бурый | Белый | 4-4,5 | Совер-шен-ная | Ступен-чатый | Просвечиваю-щий | Стеклянный | |
| Доломит CaCO3·MgCO3 | Массивные зернис-тые агрегаты, редко кристаллы | Триго-нальная | Бесцвет-ный, бе-лый, жел-товатый, буроватый | Белый | 3,5-4 | 2,9 | Совер-шен-ная | Ступен-чатый, ра-ковистый | Непрозрачный | Стеклянный, матовый, перламутро-вый |
| Брусит Mg(OH)2 | Сплошные листо-ватые массы, крис-таллы, тонковолок-нистые прожилки | Триго-нальная | Белый, зеленова-тый | Белый | 2,5-3 | 2,4 | Совер-шен-ная | Занозис-тый | Прозрачный | Перламутро-вый |
Часть 2. География и геология месторождений минералов в мире.
§1. Карналлит.
Карналлит образуется одним из последних из рапы соляных озёр, обогащенной магнием и калием. Поэтому встречается в верхних горизонтах погребённых соляных залежей осадочного происхождения, образуя горизонты выше отложений сильвинита. В условиях жаркого сухого климата образует крупные соляные залежи. Иногда карналлит выделяется на стенках сухих выработок из стекающих по поверхности полости рассолов.
В России в громадных количествах присутствует в Соликамском месторождении. Верхнекамский калиеносный бассейн расположен на западном склоне Урала в Пермской области, соответствуя Соликамской впадине Предуральского краевого прогиба. Бассейн вытянут более чем на 200 км в субмеридиональном направлении, ширина его около 50 км. Площадь распространения соленосных отложений 6,5—8 тыс. км2, а калийных солей — около 3,5 тыс. км2.
В больших массах известен также в Штассфуртском месторождении (Германия), в Калуше (Западная Украина) и других пунктах.
Многочисленны соляные разработки в округах Магдебург, Эрфурт, Зуль и Галле, Гессен, Ганновер (Германия); во Франции, Канаде и других районах.
§2. Бишофит.
Бишофит встречается в месторождениях ископаемых солей и среди осадков озёр. В месторождениях каменной и калийных солей — в незначительных количествах наряду с другими второстепенными минералами соляных залежей. Ассоциируется с галитом, кизеритом, карналлитом, сильвином и ангидритом.
В Озинках (Саратовская область) в смеси с галитом образует пласты мощностью в несколько метров, а также встречается в виде прожилков в соляной толще, часто с тончайшими ответвлениями, отходящими далеко от основного прожилка. В Леопольдсхале (Саксония-Анхальт, Германия) в кпзеритсодсржащей каменной соли образует прослои мощностью 2—3 см, параллельно-волокнистого, реже листовато-зернистого сложения. Встречается также в Стасфурте и Виненбурге (Саксония, Германия).
Вероятно, частично имеет первичное происхождение — осаждался в определённых условиях в конечные стадии усыхания солеродного бассейна. Также возникает в качестве вторичного образования в процессе диагенетического и эпигенетического изменения осадков, в частности, при разложении карналлита.
В соляных озёрах бишофит образуется периодически при интенсивном испарении рапы в виде блестящих игольчатых кристаллов. В некоторых соляных озёрах России — в Крыму (Перекопская группа озёр, Сакское) и Поволжье (Эльтон, Волгоградская область) в самое сухое время года в прохладные ночи выпадает слоем толщиной 7—10 см и утром вновь исчезает. На озере Старом (Украина) в засушливые годы наблюдалось непрерывное интенсивное выпадение бишофита в течение месяца. Садка бишофита ежегодно происходит также в озёрах Аральского района в Казахстане.
§3. Кизерит.
В соляных озёрах кизерит как продукт непосредственной кристаллизации из богатой магнезией сульфатной рапы образуется в очень редких случаях (поле устойчивости этого соединения при относительно низких температурах весьма небольшое). Обычно он встречается в ископаемых соляных месторождениях, где мог образоваться в результате дегидратации под давлением за счет более богатых водой сульфатов магния (эпсомита и гексагидрита). Реже устанавливается в современных осадках солёных озёр. В значительных количествах (до 30% всей массы) кизерит встречается в Штассфуртпских соляных месторождениях (Германия).
§4. Эпсомит.
Эпсомит — типичный минерал эвапоритов, образующийся в результате испарительной концентрации рассолов преимущественно солёных озёр, реже морских солеродных бассейнов (в их периферических частях), выпадает раньше других сульфатных и галоидных солей (при температуре выше 31°С). Эпсомит известен как в месторождениях ископаемых солей (Калушское и Стебникское в Прикарпатье, Украина; за рубежом — Штасфурт, Германия) в ассоциации с галитом, карналлитом, кизеритом, полигалитом, ангидритом, так и в современных солёных озёрах (Эльтон, Джалонское, Малиновское, Волгоградская область, Россия; Сасык-Сивашское, Крым, Россия; Джаман-Кличское, Казахстан; за рубежом — в США, Мексике, Kитае, Египте). Часто представляет собой продукт гидратации кизерита. Эпсомит в виде войлокоподобных налётов на поверхности горных пород, волосовидных и игольчатых корочек на стенках карстовых пещер и старых горных выработок образуется в результате кристаллизации из просачивающихся поверхностных вод сульфатно-магниевого состава.
§5. Каинит.
Особенно широко распространен каинит в соляных месторождениях пермского возраста в Германии: район Галле, Магдебурга, Эрфурта, Зуля; Гессен, Ганновер, Штасфурт (Германия); близ Калуша (Россия); штат Нью-Мексико (США).
§6. Магнезит.
Магнезит встречается иногда в больших сплошных массах, представляющих промышленный интерес. Часть таких скоплений образуется гидротермальным путем. Сюда прежде всего следует отнести весьма крупные месторождения кристаллических зернистых масс магнезита, пространственно связанных с доломитами и доломитизированными известняками. Как показывает геологическое изучение, эти залежи образуются метасоматическим путем (среди залежей иногда удавалось установить реликты известняковой фауны). Предполагают, что магнезия могла выщелачиваться и отлагаться в виде магнезита горячими щелочными растворами из доломитизированных толщ осадочного происхождения. В парагенезисе с магнезитом изредка встречаются типичные гидротермальные минералы: кальцит, арагонит, доломит, барит, тальк, хлорит, кварц, пирит, халькопирит, сфалерит, блёклые руды и др.
Другой тип гидротермальных месторождений, также имеющий иногда практическое значение, связан с воздействием богатых углекислотой гидротерм на массивы ультраосновных магнезиальных изверженных пород: серпентинитов, перидотитов и др. Залежи тонкокристаллического магнезита в виде линз, жил, гнёзд и густой сети прожилков обычно приурочены к трещинам и зонам сбросов. В виде включений наблюдаются кальцит, доломит, анкерит, тальк, халцедон, кварц, магнетит, гематит и др.
Скопления скрытокристаллического («аморфного») магнезита возникают также при процессах выветривания массивов ультраосновных пород, особенно в тех случаях, когда при интенсивном выветривании образуется мощная кора продуктов разрушения. В процессе окисления и гидролиза магнезиальные силикаты под влиянием поверхностных вод и углекислоты воздуха претерпевают полное разрушение. Возникающие при этом труднорастворимые гидроокислы железа скопляются у поверхности. Магнезия в виде бикарбоната, а также освободившийся кремнезём в виде золей опускаются в нижние горизонты коры выветривания. При этом могут возникнуть нерезко очерченные, постепенно переходящие друг в друга зоны новообразований. Магнезит, часто обогащённый опалом и доломитом, в виде прожилков и скоплений натёчных форм отлагается в сильно выщелоченных трещиноватых пористых серпентинитах в зоне застоя грунтовых вод.
Наконец, находки магнезита с гидромагнезитом большей частью минералогического значения наблюдаются среди осадочных соленосных отложений. Образование карбонатов магния связывают с реакцией обменного разложения сульфата магния с Na2CO3. Магнезит встречается также в гипсоносных осадочных толщах.
Известное Саткинское месторождение кристаллического магнезита, гидротермального происхождения, находится на западном склоне Южного Урала (в 50 км к юго-западу от Златоуста). Крупные магнезитовые залежи образовались метасоматическим путём среди доломитовой осадочной толщи докембрийского возраста. Аналогичные месторождения известны на Дальнем Востоке, в Южной Манчжурии, Корее, Австрии (Вейтш, в Альпах, южнее Вены), в Чехии, в Канаде (Квебекское) и в других местах.
Крупное месторождение магнезита гидротермального происхождения среди серпентинитовых массивов известно на о. Эвбее в Эгейском море. К месторождениям, образовавшимся в древней коре выветривания ультраосновных пород, относится Халиловское на Южном Урале.
§7. Доломит.
Доломит является широко распространённым породообразующим минералом. При переработке гидротермальными растворами доломитизированных известняков нередко образуются крупнокристаллические массы доломита в ассоциации с магнезитом, кальцитом, сульфидами, кварцем и другими минералами (Тилькероде, Гарц).
Главные же массы доломита связаны с осадочными карбонатными толщами всех геологических периодов, но более всего докембрийского и палеозойского возраста. Доломиты в этих толщах нередко слагают целые массивы или переслаиваются с известняками, иногда наблюдаются в виде не совсем правильных залежей, гнёзд и т. д.
Вопрос о деталях их происхождения вызывает большие дискуссии. В настоящее время в обстановках морских бассейнов доломит не отлагается, но в геологическом прошлом в ряде случаев доломиты образовывались как первичные осадки в водных соленосных бассейнах, на что указывает ассоциация их с осадками гипса, ангидрита и более растворимыми солями щелочей.
В других случаях, бесспорно, имела место доломитизация ранее отложенных осадков углекислого кальция: наблюдаются факты замещения доломитом раковин, кораллов и других известковистых органических остатков.
Месторождения доломита широко распространены вдоль западного и восточного склонов Урала, в Донбассе, на берегах Волги и в других местах. Главная масса доломитов приурочена к карбонатным толщам докембрийского и пермского возраста. Большой интерес представляют современные процессы доломитообразования в оз. Балхаш (Казахстан).
В Центральной Европе доломиты известны в цехштейне. Доломитовые каменоломни имеются, например, в Вюншендорфе, в Кашвице близ Геры, доломитовые мраморы известны у Кротендорфа, Хаммер-Унтервизенталя, Обершейбе, Рашау, Хермсдорфа и в других районах Рудных гор.
§8. Брусит.
Брусит возникает за счёт горячих и холодных вод в щелочной среде как вторичное образование по магнезиальным силикатам. Продукт изменения периклаза в зоне контактового метаморфизма известняков. Встречается в трещинах серпентинитов. Второстепенный компонент карбонатсодержащих филлитов и зелёных сланцев. Наблюдаются переходы брусита в гидромагнезит. Сопутствующие минералы - серпентин, магнезит, гидромагнезит и хлориты.
Промышленные месторождения брусита известны в штате Невада (США) вблизи г. Габбе и в Хабаровском крае (Кульдурское). Кульдурское месторождение брусита расположено в районе п. Известковый Облучненского района Еврейской автономной области, в 170 км от г. Хабаровск. Кроме того, он известен на Урале, в Сибири и на Кавказе в серпентинизированных массивах. Брусит встречается в Баженовском асбестовом месторождении (Свердловская обл.). Хорошо образованные кристаллы в виде широких пластинок до 19 см длиной встречены на рудниках Вуд и Лоу (штат Техас, США). Брусит с волокнами, длина которых превышает 50 см, найден в Асбестосе (провинция Квебек в Канаде).
§9. Самородный магний.
Чрезвычайно редким минералом является самородный магний, образующийся в потоках восстановительных газов и впервые обнаруженный в 1991 году в береговых отложениях Чоны (Восточная Сибирь), а затем в лавах в Южном Гиссаре (Таджикистан).