Магний и его характеристики
Общая характеристика магния
Магний весьма распространен в природе. В больших количествах он встречается в виде карбоната магния, образуя минералы магнезит MgCO3 и доломит MgCO3×CaCO3. Сульфат и хлорид магния входят в состав минералов каинита KCl×MgSO4×3H2O и карналлита KCl×MgCl2×6H2O. Ион Mg2+ содержится в морской воде, сообщая ей горький вкус. Общее количество магния в земной коре составляет около 2% (масс.).
В виде простого вещества магний представляет собой серебристо-белый (рис. 1), очень легкий металл. На воздухе он мало изменяется, так как быстро покрывается тонким слоем оксида, защищающего его от дальнейшего окисления.
Рис. 1. Магний. Внешний вид.
Атомная и молекулярная масса магния
Относительной молекулярная масса вещества (Mr) – это число, показывающее, во сколько раз масса данной молекулы больше 1/12 массы атома углерода, а относительная атомная масса элемента (Ar) — во сколько раз средняя масса атомов химического элемента больше 1/12 массы атома углерода.
Поскольку в свободном состоянии магний существует в виде одноатомных молекул Mg, значения его атомной и молекулярной масс совпадают. Они равны 24,304.
Изотопы магния
Известно, что в природе магний может находиться в виде трех стабильных изотопов 24Mg (23,99%), 25Mg (24,99%) и 26Mg (25,98%). Их массовые числа равны 24, 25 и 26 соответственно. Ядро атома изотопа магния 24Mg содержит двенадцать протонов и двенадцать нейтронов, а изотопов 25Mg и 26Mg– такое же количество протонов, тринадцать и четырнадцать нейтронов соответственно.
Существуют искусственные изотопы магния с массовыми числами от 5-ти до 23-х и от 27-ми до 40-ка.
Ионы магния
На внешнем энергетическом уровне атома магния имеется два электрона, которые являются валентными:
1s22s22p63s2.
В результате химического взаимодействия маний отдает свои валентные электроны, т.е. является их донором, и превращается в положительно заряженный ион:
Mg0-2e → Mg2+.
Молекула и атом магния
В свободном состоянии магний существует в виде одноатомных молекул Mg. Приведем некоторые свойства, характеризующие атом и молекулу магния:
|
Энергия ионизации атома, эВ |
7,65 |
|
Относительная электроотрицательность |
1,31 |
|
Радиус атома, нм |
0,160 |
|
Стандартная энтальпия диссоциации молекул при 25oС, кДж/моль |
150,2 |
Сплавы магния
Главная область применения металлического магния – это получение на его основе различных легких сплавов. Прибавка к магнию небольших количеств других металлов резко изменяет его механические свойства, сообщая сплаву значительную твердость, прочность и сопротивляемость коррозии.
Особенно ценными свойствами обладают сплавы, называемые электронами. Они относятся к трем системам: Mg-Al-Zn, Mg-Mn и Mg-Zn-Zr. Наиболее широкое применение имеют сплавы системы Mg-Al-Zn, содержащие от 3 до 10% алюминия и от 0,2 до 3% цинка. Достоинством магниевых сплавов является их малая плотность (около 1,8 г/см 3).
Примеры решения задач
| Задание | Составить термохимическое уравнение реакции горения магния, если известно, что при сгорании магния массой 2,4 г выделяется 60,12 кДж теплоты. |
| Решение | Запишем уравнение реакции горения магния:
2Mg + O2 = 2MgO. Найдем теоретическую массу магния (рассчитанная по термохимическому уравнению реакции): n(Mg) = 2 моль; m(Mg) = n(Mg) ×M(Mg); m(Mg) = 2 × 24 = 48 г. Пусть в ходе реакции выделится х кДж теплоты. Составим пропорцию: 2,4 г – 60,12 кДж; 48 г – х кДж. Отсюда х будет равен: х = 60,2 × 48 / 2,4 = 1127,25. Значит в ходе реакции горения магния выделяется 1127,25 кДж теплоты. Термохимическое уравнение реакции имеет вид: 2Mg + O2 = 2MgO + 1127,25кДж. |
| Ответ | Выделяется 1127,25 кДж теплоты. |
| Задание | Какое количество вещества магния и сколько атомов магния содержится в образце чистого магния массой 6 г? Какова масса одного атома магния? |
| Решение | Найдем количество вещества магния (молярная масса равна 24 г/моль):
n = m / M; n(Mg) = m(Mg) / M(Mg); n(Mg) = 6 / 24 = 0,25 моль. Рассчитаем количество атомов магния в образце: N = n × NA; N(Mg) = n(Mg) × NA; N(Mg) = 0,25 × 6,023 × 1023 = 1,506× 1023атомов. Определим массу одного атома магния: matom = M / NA; matom(Mg) = M / NA; matom(Mg) = 24 / 6,023 × 1023 = 3,985 × 1023 г. |
| Ответ | Количество вещества — 0,25 моль, число атомов — 1,506× 1023 атомов, масса одного атома магния — 3,985 × 1023 г. |
