Početna za: MAGNEZIJ, Mg  

SPOJEVI, DOBIVANJE I UPORABA

Dobivanje magnezija:

Elementarni magnezij dobiva se uglavnom elektrolizom taline bezvodnog magnezijevog klorida (MgCl2), a postupak dobivanja klorida ovisi o polaznoj sirovini.

1. Iz prirodnog kamalita prekristalizacijom se dobije čišći umjetni karnalit sa sadržajem oko 32% MgCl2, 25% KCl, 5,5% NaCl i 37% H2O. 

2. Iz dolomita se dobije žarenjem, čime se prevede u smjesu oksida magnezija i kalcija. Dodaje se voda i uvodi CO2 kako bi kalcij prešao u netopljivi karbonat (CaCO3) i odvojio se od Mg2+ iona. Dodatkom klorovodične kiseline i uparavanjem otopine dobije se hidratizirani magnezijev klorid. Dehidratacija MgCl2 se odvija zagrijavanjem u struji klorovodika.

3. Iz slanih voda (slanih izvora i mora) prvo se taloži hidroksid otopinom kalcijevog hidroksida, zatim se nastali mulj otapa smjesom klorovodične i sumporne kiseline, te uparava pri čemu nastaje MgCl2 x 6H20. Dehidratacija se odvija zagrijavanjem u struji klorovodika. Kako čisti MgCl2 nije prikladan za elektrolizu jer mu električna vodljivost nije osobito velika, dodaju mu se kloridi natrija, kalija i kalcija. Talina koja se podvrgava elektrolizi ima sastav: 7-15% MgCl2, 20% KCl, 30-45% NaCl i 20-40% CaCl2. Kao elektrode koriste se željezne katode i grafitne anode koje su odvojene dijafragmom kako ne bi došlo do miješanja proizvoda elektrolize. Magnezij, koji u talini ima najmanji negativan potencijal od svih prisutnih kationa, izlučuje se na katodi prema jednadžbi: 

Mg2+ + 2e- -> Mg(l)

na anodi oslobađa se elementarni klor:

2Cl- -> Ch(g) + 2e-

Izlučeni magnezij je rastaljen i pliva na talini elektrolita, a izvlači se pomoću vakuumskog lonca jednom u 24 sata. Oslobođeni klor može se upotrijebiti za dobivanje bezvodnog MgCl2.


Svojstva i uporaba magnezija:

Elementarni magnezij je srebrnobijel, sjajan metal koji na zraku brzo potamni zbog oksidacije površine koja stvara zaštitnu prevlaku na njoj. Relativno je mekan i plastičan. Može se kovati, lijevati i valjati u limove i žice. Kemijski je veoma aktivan. Pri sobnoj temperaturi na zraku je postojan, ali u praškastom obliku zapaljen izgara u oksid (MgO) uz pojavu intenzivno blještave svjetlosti i oslobađanje velike količine topline. S hladnom vodom reagira vrlo sporo, a ako su u vodi prisutni ioni Cl- reakcija se ubrzava zbog stvaranja kompleksnog iona [MgCl4]2-. Lako se otapa u kiselinama, osim u fluorovodičnoj i koncentriranoj sumpornoj kiselini, te u smjesi sumporne i dušične kiseline (H2SO4 + HNO3). Ne otapa se u lužinama. Ima izražena redukcijska svojstva te pri zagrijavanju istiskuje iz oksida i halogenida alkalijske metale, berilij, aluminij i neke nemetale (bor, silicij i ugljik). Tekući magnezij u atmosferi vlažnog zraka razlaže vodu i zasićuje se vodikom koji se hlađenjem metala potpuno izdvaja.

Magnezij s aluminijem, cinkom, manganom, silicijem, cirkonijem, cerijem i torijem lako stvara legure koje se odlikuju malom gustoćom, plastičnošću, dobrim podnošenjem dinamičkih opterećenja i ljevačkim svojstvima. Lako se valjaju, prešaju, bruse i poliraju. Nisu jako otporne na koroziju, posebno u vlažnom zraku, slatkoj i morskoj vodi te u organskim i mineralnim kiselinama, što im je i glavni nedostatak.

Legirani magnezij prvo je ušao u primjenu u automobilskoj industriji. Još je 1921. g. L. Chevrolet ugradio u trkaći automobil "Ford" ventile od legure magnezija s aluminijem i cinkom što je dalo vidljive rezultate u radu motora (i na automobilskim trkama). Kasnijim razvojem sve veći broj dinamičkih elemenata automobila izrađivan je iz sličnih legura (prvenstveno ventili i elementi diferencijalnog prijenosa). Današnje standardne legure magnezija sadrže oko 3% aluminija i 1% cinka. Ljevačke legure sadrže 8,7% Al i 0,7% Zn. Koriste se uglavnom u automobilskoj industriji, metalurgiji i strojogradnji. Legure koje se koriste za izradu dijelova zrakoplova i svemirskih letjelica (oznake ZK 60 A) sadrže 5,7% Zn i 0,5% Zr. 

Drugi, manji dio proizvodnje magnezija koristi se za legiranje s drugim metalima. Aluminiju povećava čvrstoću i otpornost na koroziju; bakru povećava čvrstoću na vlak i omogućuje očvršćavanje starenjem; olovu povećava čvrstoću, tvrdoću otpornost na klizanje kristala, a kod proizvodnje efikasno uklanja primjese bizmuta; niklu, u kombinaciji s ugljikom, poboljšava čvrstoću starenjem; kositru izuzetno povećava tvrdoću i čvrstoću na vlak, a cinku poboljšava dimenzijsku stabilnost i otpornost na koroziju prilikom lijevanja.

Magnezij i njegove legure upotrebljavaju se za katodnu zaštitu čelika, bakra i njegovih legura, kao anode u alkalnom elektrolitu suhih baterija te za proizvodnju baterija u raketnim sustavima. U kemijskoj industriji magnezij se koristi pri sintezama organskih spojeva kao tzv. Grignardov reagens (oblika RMgX gdje je R organski dio, a X je halogenid).

Magnezij se vrlo često koristi u kompozitnim materijalima. Za izradu motora s rotacijskim klipom, koji se sve više proizvode, koristi se kompozit koji se sastoji od legure magnezija s cinkom i aluminijem ojačane s 30%-tnim volumnim sadržajem ugljikovih vlakana. Devedesetih su godina razvijeni magnezijevi MMC kompoziti (Metal-Matrix Composite) kod kojih su u magneziju raspršene čestice ili vlakna silicijeva karbida (SiC) i/ili korunda (Al2O3). Nakon ohlađenja taline, kompozit ostaje u prednapregnutom stanju što mu daje povećanu čvrstoću i tvrdoću.


Spojevi magnezija:

Magnezij stvara velik broj spojeva i svi su s oksidacijskim brojem +2. Za razliku od težih zemnoalkalijskih elemenata stvara puno veći broj kopleksa. Magnezijeve soli uglavnom hidratiziraju te stvaraju amine i aminokomplekse. Navodimo značajnije spojeve:

-Magnezijev klorid (MgCl2) bezbojan je, higroskopan kristal, u vodi lako topljiv. Iz vodenih otopina kristalizira u obliku hidrata sa četiri, šest, osam ili dvanaest molekula vode, a najstabilniji je heksahidrat. Ako se koncentriranoj otopini MgCl2 doda čvrsti MgO, dolazi do očvršćivanja jer nastaje oksikloridat (sorel cement). Ako se smjesi MgCl2 i MgO doda piljevina ili azbest, nastaje tzv. ksilolit koji se koristi za izradu čvrstih i trajnih podnih nanosa. MgCl2 koristi se za dobivanje magnezija i za povećanje vatrostalnosti celuloze.

-Magnezijev hidroksid (Mg(OHh, mineral brucit) otapa se u kiselinama dajući magnezijeve soli. Upotrebljava se kao sredstvo za neutralizaciju slabih kiselina i koristi se u slučaju trovanja kiselinama.

-Magnezijev karbonat (MgCO3, mineral magnezit i dolomit) slabo je topljiv u vodi. Pri temperaturi 500°C raspada se na MgO i CO2. Upotrebljava se za proizvodnju vatrostalnih opeka, vezivnih materijala i metala magnezija.

-Magnezijev karbonat (Mg(OH)2 x 4MgCO3, magnesia alba) bijel je i rahao prah, a nastaje dodatkom alkalijskih karbonata otopinama koje sadrže ione Mg2+. Upotrebljava se kao nosač i punilo u medicini, u kozmetici (za pudere, paste za zube, itd.), u proizvodnji gume, papira i boja.

-Magnezijev oksid (MgO, mineral periklas) bijel je, vrlo lagan prah slabo topljiv u vodi. Žarenjem pri temperaturi 800-900°C daje tzv. kaustični oksid MgO koji se koristi za dobivanje cementa, a zagrijavanjem do 1600-1700°C nastaje MgO koji ne očvršćava djelovanjem vode, a upotrebljava se za izradu vatrostalnih opeka. Vrlo čisti MgO u obliku finog praha dodaje se većini visokovrijednih keramika u procesu sinteriranja jer pospješuje i kontrolira proces sinteriranja i rast kristalnih zrna tijekom procesa. I sam sinterirani MgO prah predstavlja oksidnu keramiku koja ima određene primjene u elektrotehnici jer ima dobru toplinsku provodljivost i izuzetno je dobar električni izolator.

- Magnezijev sulfat (MgSO4) često se nalazi u mineralnim vodama. U prirodi se upotrebljava kao mineral kizerit (MgSO4H2O) i episomit (MgSO47H2O, gorka sol). Upotrebljava se pri proizvodnji magnezijevog cementa. Gorka sol se koristi kao purgativ u medicini te u industriji papira, kože i tekstila.

 Početna za: MAGNEZIJ, Mg