Практична робота №1 Розпізнавання за зразками різних видів металів



Скачати 115.9 Kb.
Дата конвертації12.02.2019
Розмір115.9 Kb.
Назва файлуБез имени 1.odt

Практична робота №1

Розпізнавання за зразками різних видів металів,

описати їх властивості ,

Магній

План


Вступ
1. Історія відкриття магнію
2. Характеристика по положенню в періодичній системі Д.І. Менделєєва. Фізичні властивості
3. Поширення в природі. отримання магнію
4. Хімічні властивості магнію та його сполук
5. Застосування магнію і його сполук

Вступ
Сучасна техніка пред'являє великий попит на такі метали, які полегшили б вага машин, верстатів, літаків, автомобілів, залізничних вагонів, не знижуючи їх міцності. Технічна думка невпинно працює над тим, щоб ширше використовувати метали, що володіють невеликим питому вагу. Магній є одним з найважливіших легких металів, який, поряд з алюмінієм, все більш широко використовується сучасною технікою, особливо військової.


До кінця минулого століття промислове отримання магнію знаходилося в зародковому стані. Він використовувався головним чином для піротехнічних цілей у вигляді порошку або вузької стрічки. Великий вплив на розвиток магнієвої промисловості зробило винахід сплавів на магнієвої основі.
Магній - метал сріблясто-білого кольору. Він відноситься до другої групи періодичної системи елементів Менделєєва і за своїм зовнішнім виглядом і деякими характерними властивостями дещо нагадує алюміній. Атомний вагу магнію 24,3, температура плавлення 651 ° С. Температура кипіння 1120 ° С. Магній відрізняється великою активністю по відношенню до кисню, яка сильно зростає зі збільшенням ступеня подрібнення металу і з підвищенням температури.
Найголовніше перевага магнію - мала питома вага (1,74). Він в чотири з гаком рази легше заліза і на одну третину легше алюмінію. Магній в чистому вигляді як матеріал для конструкцій не застосовується через свою недостатню міцність. Сплави магнію, зберігаючи малу питому вагу (близько 1,8, при середньому питомій вазі алюмінієвих сплавів 2,8, цинку 7,1, міді 8,9), мають у порівнянні з ним нову перевагу - високі механічні якості і по питомій міцності (відношення тимчасового опору на розрив до питомої ваги) наближаються до основного, широко поширеній алюмінієвому сплаву - дюралюмінію.
Магнієві сплави можуть бути доцільно використані всюди, де важливо полегшення ваги конструкцій і особливо в транспорті і машинобудуванні. Різноманітні деталі моторів літаків, аероплани і гарматні колеса, баки для масла і бензину, деталі радіоапаратури, обшивка залізничних вагонів, вагонів метро, ​​трамваїв, автобусів і тролейбусів, деталі верстатів, переносний інструмент, побутові прилади - ось далеко не повний перелік можливих областей застосування магнієвих сплавів.
Розглянемо історію відкриття магнію, його фізичні і хімічні властивості, поширення в природі і області застосування.
1. Історія відкриття магнію
В кінці XVII ст. Н. Грю відкрив сірчанокислий магній (гірку сіль) в воді епсомской мінеральних джерел (Англія). Майже відразу ж сульфат магнію став вживатися як лікувальний засіб і називався тоді sal anglicum або епсомской сіллю. Окис магнію відома з початку XVIII ст. під назвою «гіркої землі».
У вільному стані магній вперше отриманий в 1808 р Гемфрі Деві електролізом зволоженою гідроксиду. Для цього він виготовив з відповідною суміші невелику посудину і ставив його на шматок листової платини, з'єднаної з позитивним полюсом батареї. У посудину наливалася ртуть, яка з'єднувалася з допомогою зануреної в неї дроту з негативним полюсом батареї. Магній виділявся на катоді і утворював з ртуттю амальгаму. Переганяючи останню при нагріванні, Деві отримував не особливо чистий металевий магній. У 1829 А. Бюссі отримав метал в чистому вигляді.
У царській Росії магній не проводився зовсім, хоча перші вдалі досліди по виділенню металевого магнію з розплавленого карналіту були здійснені взимку 1914--1915 рр. в Петербурзькому політехнічному інституті студентом-дипломником Н. Н. Вороніним під керівництвом професора П. П. Федотьева. Про це першому дослідженні отримання магнію в Росії, проведеному в умовах, близьких до промислових, П. П. Федотов писав: «Досліди в нашій лабораторії намічені були в досить великому масштабі з метою наблизитися по можливості до умов заводського отримання магнію».
Назва елемента походить від латинського слова magnesia (Магнезія - місцевість у Фессалії). Окис магнію різними авторами називалася по-різному. Севергин (1 801) називає її «Милівка», А. М. Шерер (1807) - «Талк», «талковой» або «гіркою землею», а Захаров (1810) - «горькоземом». Металевий магній вперше описаний Ф. Гізі (1813) під назвою «магнезії». Н. П. Щеглов (1830) цей метал називав «горькоземій» і лише в 1831 р Г. І. Гесс запропонував сучасну назву - «магній».
По-справжньому проблема магнію була вирішена тільки в умовах колишнього Радянського Союзу. П. П. Федотов, вказуючи на повну можливість організації виробництва магнію в Радянському Союзі, в «Хіміко-технологічних нарисах» писав: «У наших умовах природно вдатися до хлористому магнію, що добувається на кримських озерах. Згодом можуть бути застосовані солі Солікамського району. Встановлення магнієвого виробництва не пов'язане ні в якій мірі з імпортом сировини або апаратури і могло б бути організовано внутрішніми засобами ».
У тому 1931 був пущений дослідний завод в Ленінграді, а 14 березня 1936 був отриманий перший металевий магній з карналіту .

2. Характеристика по положенню в періодичній системі Д. І. Менделєєва. Фізичні властивості


Що ж являє собою цей елемент?
Магній - елемент II групи періодичної системи Д. І. Менделєєва; третього періоду, головною підгрупи, порядковий номер 12; атомна маса 24,312 у.о. Це легкий (щільність 1,74 г / см) сріблясто-білий метал з температурою плавлення 651 ° С. На повітрі загоряється при температурі 550 ° С і горить яскравим білим полум'ям. Якщо смужку магнію внести у вологий хлор, то вона запалає навіть при звичайній температурі. Горіння магнію супроводжується виділенням великої кількості тепла (605 кДж / моль) .

3. Поширення в природі. отримання магнію


Магній належить до числа елементів, найбільш поширених в земній корі, і займає восьме місце по поширенню. Його запаси в багато разів перевершують запаси таких металів, як мідь, нікель, цинк. Внаслідок своєї високої хімічної активності магній в земній корі міститься не в вільному стані, а у вигляді сполук. Верхній шар земної кори глибиною до 16 км містить в середньому близько 3,45% сполуки магнію з киснем - окису магнію MgO.
Вимивається при вивітрюванні окис магнію нагромаджується в морській воді, яка містить в середньому близько 0,14% магнію у вигляді сполуки з хлором (хлориду магнію MgCl).
Найважливішим сировиною, придатним для отримання магнію, є мінерали магнезит, доломіт, карналлит і бішофіт [4, c. 135 - 136].
Найпоширеніший з магнийсодержащих мінералів - доломіт є породообразующий мінерал білого, сірого або інших кольорів. За своїм хімічним складом це майже чистий карбонат кальцію і магнію СаМg (СО). Крім виробництва магнію, доломіт застосовується також в якості вогнетривкого матеріалу і флюсу в металургії і хімічної промисловості, скляному виробництві та інших галузях промисловості. Доломіти зустрічаються в Донбасі, Московської та Санкт - Петербурзької областях і в багатьох інших місцях.
Карналіт є безбарвний, бурий або червоний (колір залежить від наявності домішок) мінерал, формула якого КС1 * MgCl * 6НО. Він застосовується в якості сировини для отримання металевого магнію і хлору, а також в якості добрива (переважно для підзолистих грунтів). Найбільше в світі родовище карналлита знаходиться в районі міста Солікамська (Свердловська область).
Магнезит (вперше виявлений в районі грецького міста Магнезії) є майже чистим карбонатом магнію MgCО. Колір цього мінералу різноманітний: сніжно-білий, безбарвний, прозорий магнезит, знаходять також жовтуваті і сірувато-бурі зразки. 90% видобутого магнезиту використовується в якості вогнетривкого матеріалу для виробництва паленого магнезиту (технічний MgO), магнезитового і хромомагнезитового цегли. Родовища магнезиту зустрічаються на Середньому Уралі (Саткинськая) і в Оренбурзькій області (Халиловское).
З інших магнийсодержащих мінералів, які бачив кожен, можна назвати «гірський льон» - азбест. До його складу, поряд з кремнієм, киснем, залізом і іншими елементами, входить магній. Потреби промисловості в азбесту великі. Є досвід виробництва штучного азбесту, який не поступається природному, а то і краще за нього. При цьому цікаво те, що в штучному азбест магній можна замінювати барієм, залізом, нікелем і кобальтом.
У природі є багато інших мінералів, що містять значну кількість магнію. Згадаємо лише сульфат магнію MgSО * 7НО, зустрічається в Солікамського і Стасфуртскіх калійних родовищах. Ця речовина вживають як навантажувач бавовни і шовку, як протравлення при фарбуванні тканин, в якості наповнювача паперу, для просочення будь-яких матеріалів з метою зменшити їх горючість, нарешті, як добриво [3, c. 226 - 227].
Існують два промислових способу отримання магнію: термічний і електролітичний. Термічний спосіб полягає в прямому відновленні окису магнію будь-яким відновником, наприклад вугіллям, алюмінієм, кремнієм і т. П. Цей спосіб дуже простий за своєю ідеєю і тому починає отримувати розвиток в ряді країн. Але широкого виробничого поширення він до недавнього часу не отримав через складність апаратури (реакції відновлення магнію протікають при температурі вище 1000 °). В основному для промислового отримання магнію в даний час застосовують електролітичний спосіб, що полягає в електролізі розплавлених магнієвих солей, головним чином хлористих. При цьому способі на 1 кг магнію витрачається 20-25 квт-ч електроенергії; тому для розвитку виробництва магнію, крім сировини, треба мати багато дешевої електроенергії.
Вихідний матеріал перед електролізом повинен бути дуже чистим і тому піддається складної попередньої обробки, головним чином з метою видалення води.
При хлористом способі електролітом є розплав, що складається з безводних хлоридів магнію, калію і натрію. Процес електролізу здійснюється в ваннах (електролізерах). Електродами є залізний катод, на якому виділяється металевий магній, і графітові аноди, на яких розряджається хлор.
Розплавлений магній спливає на поверхню електроліту і час від часу вичерпується з ванни, зливається в ківш і розливається в чушки. магній періодичний хімічний з'єднання
Хлор по газопроводу відводиться за межі цеху електролізу. Магній, який отримують із ванн, зазвичай містить ряд домішок, які роблять його непридатним для безпосереднього вживання. Тому такий магній-сирець вимагає попереднього очищення від домішок. Із способів очищення магнію найбільшого поширення набули рафінування переплавкою під флюсами і рафінування сублімацією.
очищений металл містить 99,5--99,85% магнію і соті або тисячні частки відсотків заліза, кремнію, алюмінію, хлору, натрію і калію. Рафінований сублімацією метал є більш чистим і містить 99,96% магнію. Очищений магній розливається по изложницам в чушки і надсилається на заводи-споживачі.

4. Хімічні властивості магнію та його сполук


Взаємодія з воднем при підвищеній температурі призводить до твердого гідридів MgH:
Mg + H = MgH (4.1)
На повітрі в компактному стані він стійкий, але дрібно роздроблений здатний самозайматися. З холодною водою внаслідок низької розчинності Mg (OH) магній реагує повільно, але нагрівання помітно прискорює реакцію:
Mg + 2НO = Mg (OH) + Н (4.2)
Низькі розчинності оксиду і гідроксиду магнію пов'язані з ковалентних зв'язків в них. Цим пояснюється також тугоплавкость MgO, що представляє собою полімер (MgO) x. Будучи основою середньої сили, гідроксид магнію утворює солі, слабогідролізующіеся в концентрованих розчинах. Якщо підвищити концентрацію іонів ОН- в розчині, то їх гідроліз помітно посилюється.
Магній легко розчиняється в кислотах з виділенням водню:
Mg + HCl = MgCl + H (4.3)
Луги на нього не діють. Отже, амфотерность у з'єднань магнію відсутня [5, c. 88 - 89].
Нітрид магнію, виходить при безпосередній взаємодії азоту з металами при високій температурі:
3Mg + N = MgN (4.4)
При зіткненні з водою багато нітриди повністю гідролізуються з утворенням аміаку і гідроксиду металу. наприклад:
MgN + 6НO = 3Mg (OH) + 2NH (4.5) [1, c. 400].
При нагріванні діоксиду кремнію з надлишком металевого магнію який відновлюється кремній з'єднується з магнієм, утворюючи силицид магнію MgSi:
4Mg + SiO = MgSi + 2MgO (4.6) [1, c. 509].
Хоча магній стоїть у ряді напруг далеко попереду водню, але, як ми вже говорили, воду він розкладає дуже повільно внаслідок утворення малорастворимого гідроксиду магнію. При нагріванні на повітрі магній згоряє, утворюючи оксид магнію MgO:
2Mg + O = 2 MgO (4.7)
і невелика кількість нітриду магнію MgN

5. Застосування магнію і його сполук


Першими «знайшли» застосування магнію зелені рослини. Справді, магній входить до складу хлорофілу, який перетворює сонячну енергію, роблячи її доступною для інших живих істот. Утворені за допомогою хлорофілу органічні речовини (цукор, крохмаль) необхідні для харчування людини і тварин. Це означає, що магній є елементом життя.
Потреба рослин в магнії неоднакова. Всі коренеплоди - картопля, столовий і кормовий буряк та інші овочі - є важливими споживачами магнію, також як і бобові рослини - конюшина, люцерна, люпин. Але ось хлібним злакам - жита, вівса, пшениці - магнію потрібно менше. У хлорофілі міститься від 2 до 3% магнію, а загальна кількість магнію в хлорофілі всіх рослин Землі близько до 100 000 000 000 т.
Тому магнієві солі давно вже з успіхом використовуються в якості добрив: адже магній бере участь в процесах фотосинтезу. Надбавка врожаю картоплі, обумовлена ​​магнієвими добривами, становить 27-28 ц з 1 га, і це в Московській області! В інших областях (з іншим складом грунту) збільшення врожаю може бути навіть більше!
Входить магній і до складу людського організму. Так, магній знайдений в крові (перевтома найчастіше викликано зниженням кількості магнію в крові людини), в зубах і в мозку. Встановлено, що фермент, який сприяє переносу фосфору в нашому організмі, містить магній. Молекули ферментів поступово руйнуються. Тому в організмі повинні весь час створюватися нові молекули. Звідси постійна потреба організму в магнії.
У людському організмі міститься близько 80 г заліза, 150 г натрію, 1000 г кальцію і близько 60 г магнію. Медики давно вже звернули увагу на лікувальні властивості магнієвих препаратів. Так, вже знайомий нам сульфат магнію при прийомі всередину надає проносне дію. Для боротьби з судорожними станами (наприклад, при правці або отруєнні) застосовують внутрішньом'язові ін'єкції сульфату магнію. Інший магнієвий медичний препарат - карбонат магнію MgCО - рекомендується для прийому всередину при підвищеній кислотності шлункового соку, а також при печії. Цю речовину використовують як присипки, входить воно і до складу зубного порошку.
Потреба в магнії у дорослої людини складає в добу приблизно 10 мг на 1 кг його маси. У швидко зростаючому організмі дитини при збільшенні маси на 1 кг затримується 25 мг магнію.
Але багато загадок магнію в живому організмі ще не розгадані вченими. Для їх вирішення вчені проводять досліди. Виявилося, наприклад, що собаки, в їжі яких не вистачає магнію, захворювали інфарктом міокарда. Надлишок в їжі корів кальцію і магнію призводить до появи потомства жіночої статі. Давно вже з'ясовано, що шкаралупа курячих яєць тим міцніше, чим більше в їжі несучок магнію [3, c. 228 - 229].
Головна область застосування металевого магнію - це отримання на його основі різних легких сплавів. Надбавка до магнію невеликих кількостей інших металів різко змінює його механічні властивості, повідомляючи сплаву значну твердість, міцність і опірність корозії. Особливо цінними властивостями володіють сплави, звані електронами. Вони відносяться до трьох системах: Mg - Al - Zn, Mg - Мn і Mg - Zn - Zr. Найбільш широке застосування мають сплави системи Mg - Al - Zn, містять від 3 до 10% А1 і від 0,2 до 3% Zn. Перевагою магнієвих сплавів є їх мала густина (близько 1,8 г / см). Вони використовуються насамперед у ракетній техніці і в авіабудуванні, а також в авто-, мото-, приладобудуванні. Недолік сплавів магнію - їх низька стійкість проти корозії у вологому атмосфері і в воді, особливо морської.
Чистий магній знаходить застосування в металургії. Магнійтермічеським методом отримують деякі метали, зокрема титан. При виробництві деяких сталей і сплавів кольорових металів магній використовується для видалення з них кисню і сірки. Вельми широко застосовується магній в промисловості органічного синтезу. З його допомогою отримують численні речовини, що належать до різних класів органічних сполук, а також елементорганічних з'єднання. Суміші порошку магнію з окислювачами вживаються при виготовленні освітлювальних і запалювальних ракет.
Оксид магнію MgO зазвичай отримують шляхом прожарювання природного магнезиту MgCО. Він являє собою білий пухкий порошок, відомий під назвою паленої магнезії. Завдяки високій температурі плавлення (близько 3000 ° С) оксид магнію застосовується для приготування вогнетривких тиглів, труб, цегли.
Гідроксид магнію Mg (OH) виходить у вигляді малорастворимого білого осаду при дії лугів на розчинні солі магнію. На відміну від гідроксиду берилію гідроксид магнію володіє тільки основними властивостями, представляючи собою підставу середньої сили.
Сульфат магнію MgSО * 7HО, або гірка сіль, міститься в морській воді. На відміну від сульфатів лужноземельних металів добре розчинний у воді.
Хлорид магнію MgCl * 6HО утворює безбарвні, добре розчинні, що розпливаються на повітрі кристали. гігроскопиічность неочищеної солі обумовлюється домішкою в ній незначних кількостей хлориду магнію.
При дії соди на розчинні солі магнію виходить не середня сіль, а суміш основних карбонатів. Ця суміш застосовується в медицині під назвою білої магнезії.
Важливе промислове значення має гидроксохлоріда магнію MgOHCl. Технічний продукт виходить шляхом замішування оксиду магнію з концентрованим водним розчином хлориду магнію і носить назву магнезиального цементу. Така суміш через деякий час твердне, перетворюючись в щільну білу, легко полірується масу. Затвердіння можна пояснити тим, що гидроксохлоріда, спочатку утворюється відповідно до рівняння:
MgO + MgCl + HO = 2MgOHCl (5.1)
потім полимеризуется в ланцюзі типу --Mg - О - Mg - О - Mg--, на кінцях яких знаходяться атоми хлору або гідроксильні групи.
Магнезійний цемент в якості в'яжучого матеріалу застосовується при виготовленні млинових жорен, точильних каменів, різних плит. Суміш його з тирсою під назвою ксилоліту використовують для покриття підлог.
Велике застосування знаходять природні силікати магнію: тальк 3MgO * 4SiО * АЛЕ і особливо азбест CaO * 3MgO * 4SiО. Останній, завдяки своїй вогнестійкості, малої теплопровідності і волокнистої структурі, є прекрасним теплоізоляційним матеріалом.

Поділіться з Вашими друзьями:


База даних захищена авторським правом ©bezref.in.ua 2019
звернутися до адміністрації

    Головна сторінка