Магний — описание, полезные свойства, способы применения, суточная норма магния. Лечебное действие

Преобладающий промышленный способ получения магния - электролиз расплава смеси MgCl 2

MgCl 2 Mg 2+ 2Cl -

Mg 2+ +2e Mg 0 2Cl - -2e Cl 2 0

2MgCl 2 2Mg+ 2Cl 2

расплава

в безводных MgCl 2 , KCl, NaCl. Для получения расплава исполь­зуют обезвоженный карналлит или бимофит, а также MgCl 2 , полученный хлорированием MgO или как отход при производстве Ti.

Температура электролиза 700-720 о С, аноды графитовые, катоды стальные. Со­держание MgCl 2 в расплаве 5-8 %, при снижении концентрации до 4 % уменьшается выход магния по току, при повышении концентрации MgCl 2 вы­ше 8 % увеличивается расход электроэнергии. Для обеспечения оптимально­го содержания MgCl 2 периодически отбирают часть отработанного электро­лита и добавляют свежий карналлит или MgCl 2 . Жидкий магний всплывает на поверхность электролита, откуда его отбирают вакуумным ковшом. Изв­лекаемый магниевый сырец содержит 0,1% примесей. Для очистки от неме­таллических примесей магний переплавляют с флюсами - хлоридами или фторидами K,Ba,Na,Mg. Глубокую очистку осуществляют перегонкой в вакуу­ме, зонной плавкой, электролитическим рафинированием. В результате по­лучают магний чистотой 99,999 %.

Кроме магния при электролизе получают также Cl 2 . В термических спосо­бах получения магния сырьем служит магнезит или доломит, из которых прокаливанием получают MgO.2Mg+O 2 =2MgO . В реторных или вращающих печах с графитовыми или угольными нагревателями оксид восстанавливают до металла кремнием (силиконотермический способ) или CaC 2 (карбидотермический способ) при 1280-1300 о С, либо углеродом (карботермический способ) при темпратуре выше 2100 о С. В карботермическом способе (MgO+C Mg+CO) образующуяся смесь CO и паров магния быстро охлаждают при выходе из печи инертным газом для предотвращения обратной реакции с магнием.

Свойства магния.

Физические свойства магния.

Магний - серебристо-белый блестящий металл, сравнительно мягкий и пластичный, хороший проводник тепла и электричества. Почти в 5 раз легче меди, в 4,5 раза легче железа; даже алюминий в 1,5 раза тяжелее магния. Плавится магний при темпратуре 651 о С, но в обычных усло­виях расплавить его довольно трудно: нагретый на воздухе до 550 о С он вспыхивает и мгновенно сгорает ослепительно ярким пламенем. По­лоску магниевой фольги легко поджечь обыкновенной спичкой, а в атмос­фере хлора магний самовозгорается даже при комнатной температуре. При горении магния выделяется большое количество ультрафиолетовых лучей и тепла - чтобы нагреть стакан ледяной воды до кипения, нужно сжечь все­го 4 г магния.

Магний расположен в главной подгрупп второй группы периодической сис­темы элементов Д.И. Менделеева. Порядковый номер его - 12, атомный вес - 24,312. Электронная конфигурация атома магния в невозбужденном сос­тоянии 1S 2 2S 2 P 6 3S 2 ; валентными являются электроны наружного слоя, в соответствии с этим магний проявляет валентность II. В тесной связи со строением электронных оболочек атома магния находится его реакционная способность. Из-за наличия на внешней оболочке только двух электронов атом магния склонен легко отдавать их для получения устойчивой восьми­электронной конфигурации; поэтому магний в химическом отношении очень активен.

На воздухе магний окисляется, но образующаяся при этом окисная пленка предохраняет металл от дальнейшего окисления. Нормальный электронный потенциал магния в кислой среде равен -2,37в, в щелочной - 2,69в. В разбавленных кислотах магний растворяется уже на холоде. Во фтористо­водородной кислоте нерастворим вследствие образования пленки из труд­норастворимого в воде фторида MgF 2 ; в концентрированной серной кислоте почти нерастворим. Магний легко растворяется при действии растворов солей аммония. Растворы щелочей на него не действуют. Магний поступает в лаборатории в виде порошка или лент. Если поджечь магниевю ленту, то она быстро сгорает с ослепительной вспышкой, развивая высокую темпера­туру. Магниевые вспышки применяют в фотографии, в изготовлении освети­тельных ракет. Температура кипения магния 1107 о С, плотность = 1,74 г/см 3 , радиус атома 1,60 НМ.

Химические свойства магния.

Химические свойства магния довольно своеобразны. Он легко отнимает кислород и хлор у большинства элементов, не боится едких щелочей, со­ды, керосина, бензина и минеральных масел. С холодной водой магний почти не взаимодействует, но при нагревании разлагает ее с выделением водорода. В этом отношении он занимает промежуточное положение между бериллием, который вообще с водой не реагирует и кальцием, легко с ней взаимодействующим. Особенно интенсивно идет реакция с водяным паром, нагретым выше 380 о С:

Mg 0 (тв)+H 2 + O(газ) Mg +2 O(тв)+H 2 0 (газ).

Поскольку продуктом этой реакции является водород ясно, что тушение горящего магния водой недопустимо: может произойти образование гремучей смеси водорода с кислородом и взрыв. Нельзя потушить горящий магний и углекислым газом: магний восстанавливает его до свободного углерода

2Mg 0 + C +4 O 2 2Mg +2 O+C 0 ,

Прекратить к горящему магнию доступ кислорода можно засыпав его пес­ком, хотя и с оксидом кремния (IV) магний взаимодействует, но со зна­чительно меньшим выделением теплоты:

2Mg 0 + Si +4 O 2 =2Mg +2 O+Si 0

этим и определяется возможность использования песка для тушения крем­ния. Опасность возгорания магния при интенсивном нагреве одна из при­чин, по которым его использование как технического материала ограниче­на.

В электрохимическом ряду напряжений магний стоит значительно левее во­дорода и активно реагирует с разбавленными кислотами с образованием солей. В этих реакциях есть у магния особенности. Он не растворяется во фтороводородной, концентрированной серной и в смеси серной и в смеси азотной кислот, растворяющей другие металлы почти столь же эффективно, как "царская водка" (смесь HCl и HNO 3). Устойчивость магния к растворе­нию во фтороводородной кислоте объясняется просто: поверхность магния покрывается нерастворимой во фтороводородной кислоте пленкой фторида магния MgF 2 . Устойчивость магния к достаточно концентрированной серной кислоте и смеси ее с азотной кислотой объяснить сложнее, хотя и в этом случае причина кроется в пассивации поверхности магния. С растворами щелочей и гидроксида аммония магний практически не взаимодействует. А вот с растворами аммонийных солей реакция хотя и медленно, но происхо­дит:

2NH + 4 +Mg=Mg 2+ + 2NH 3 + H 2

Удивительного в этой реакции нет. Эта реакция та же по существу, что и реакция вытеснения металлами водорода из кислот. В одном из определе­ний кислотой называют вещество, диссоциирующее с образованием ионов водорода. Именно так может диссоциировать и ион NH4:

NH 4 + NH 3 +H +

Mg 0 + 2HCl=Mg +2 Cl 2 +H 0 2

2H + +Mg Mg 2+ + H 0 2

При нагревании магния в атмосфере галогенов происходит воспламенение и образование галоидных солей.

Причина воспламенения - очень большое тепловыделение, как и в случае реакции магния с кислородом. Так при образовании 1 моль хлорида магния из магния и хлора выделяется 642 КДж. При нагревании магний соединяется с серой (MgS), и с азотом (Mg 3 N 2). При повышенном давлении и нагревании с водородом магний обра­зует гидрид магния

Mg 0 + H 2 0 Mg +2 H 2 - .

Большое сродство магния к хлору позволило создать новое металлургичес­кое производство - "магниетермию" - получение металлов в результате реакции

MeCln+0,5nMg=Me+0,5nMgCl 2

этим методом получают металлы, играющие очень важную роль в современ­ной технике - цирконий, хром, торий, бериллий. Легкий и прочный "ме­талл космической эры" - титан практически весь получают таким способом.

Сущность производства сводится к следующему: при получении металли­ческого магния электролизом расплава хлорида магния в качестве побоч­ного продукта образуется хлор. Этот хлор используют для получения хло­рида титана (IV) TiCl 4 , который магнием восстанавливается до металли­ческого титана

Ti +4 Cl 4 + 2Mg 0 Ti 0 +2Mg +2 Cl 2

Образовавшийся хлорид магния вновь используется для производства маг­ния и т.д. На основе этих реакций работают титаномагниевые комбинаты. Попутно с титаном и магнием получают при этом и другие продукты, та­кие, как бертолетову соль KClO 3 , хлор, бром и изделия - фибролитовые и ксилитовые плиты, о которых будет сказано ниже. В таком комплексном производстве степень использования сырья, рентабельность производства высока, а масса отходов не велика, что особенно важно для охраны окру­жающей среды от загрязнений.

Магний – самый легкий конструкционный материал, используемый в промышленных масштабах. Его плотность (1,7 г см –3) составляет менее двух третей плотности алюминия. Сплавы магния весят вчетверо меньше стали. Кроме того, магний прекрасно обрабатывается и может быть отлит и переделан любыми стандартными методами металлообработки (прокатка, штамповка, волочение, ковка, сварка, пайка, клепка). Поэтому его основная область применения – в качестве легкого конструкционного металла.

Особенно широко применяют сплавы магния с алюминием, цинком и марганцем. Каждый из компонентов этого содружества вносит свой вклад в общие свойства: алюминий и цинк увеличивают прочность сплава, марганец повышает его антикоррозионные свойства. Магний придает сплаву легкость-детали из магниевого сплава на 20-30% легче алюминиевых и на 50-75% легче чугунных и стальных. Сплавы этого элемента все чаще используются в автомобилестроении, текстильную промышленности, полиграфии.

Магниевые сплавы обычно содержат более 90% магния, а также 2–9% алюминия, 1–3% цинка и 0,2–1% марганца. Сохранение прочности при высокой температуре (до 450° С) заметно улучшается при сплавлении с редкоземельными металлами (например, празеодимом и неодимом) или торием. Эти сплавы можно использовать для корпусов автомобильных двигателей, а также фюзеляжей и шасси самолетов. Магний применяют не только в авиации, но и для изготовления лестниц, мостков в доках, грузовых платформ, транспортеров и подъемников, а также в производстве фотографического и оптического оборудования.

Широкое применение магниевые сплавы находят в самолетостроении. Еще в 1935 году в СССР был построен самолет «Серго Орджоникидзе», почти на 80% состоящий из магниевых сплавов. Самолет успешно выдержал все испытания и длительное время эксплуатировался в тяжелых условиях. Ракеты, ядерные реакторы, детали моторов, баки для бензина и масла, корпуса вагонов, автобусов, легковых машин, колеса, маслопомпы, отбойные молотки, пневмобуры, фото- и киноаппараты, бинокли - вот далеко не полный перечень приборов, узлов и деталей, где используют магниевые сплавы.

Немалую роль играет магний в металлургии. Он применяется как восстановитель в производстве некоторых ценных металлов – ванадия, хрома, титана, циркония. Магний, введенный в расплавленный чугун, модифицирует его, т.е. улучшает его структуру и повышает механические свойства. Отливки из модифицированного чугуна с успехом заменяют стальные поковки. Кроме того, металлурги используют магний для раскисления стали и сплавов.

Широкое применение находят многие соединения магния, особенно его оксид, карбонат и сульфат.

Магний в виде чистого металла а так же его химические соединения(бромид, перхлорат) применяются для производства очень мощных резервных электрических батарей (например магний-перхлоратный элемент, серно-магниевый элемент, хлористосвинцово-магниевый элемент, хлорсеребряно-магниевый элемент,хлористомедно-магниевый элемент,магний-ванадиевый элемент и др), и сухих элементов (марганцево-магниевый элемент, висмутисто-магниевый элемент и др). Химические источники тока на основе магния отличаются очень высокими значениями удельных энергетических характеристик и высоким разрядным напряжением. В последние годы в ряде стран обострилась проблема разработки аккумулятора с большим сроком службы, так как теоретические данные позволяют утверждать очень большие перспективы его широкого использования(высокая энергия, экологичность, доступность сырья).

Магний не зря называют природным успокоительным: он расслабляет мышцы, способствует снижению давления и оказывает небольшое седативное воздействие на нервную систему . Он является незаменимым участником многих биологических процессов и «работает» вместе с другими важными макро- и микроэлементами.

Содержание магния в продуктах (на 100г):

Орехи кешью 270 мг
Гречка 260 мг
Морская капуста 170 мг
Овсянка 130 мг
Горошек 100 мг
Фасоль 100 мг

Что собой представляет магний?

Магний входит в состав минералов и живых организмов - растений и животных. Организм человека накапливает порядка 25 г этого металла, который содержится в органах и тканях в виде различных химических соединений.

Большая часть магния сосредоточена в костях, но элемент встречается и в большинстве других тканей.

Продукты питания, богатые магнием

Наиболее богатыми и полноценными источниками магния служат зеленые овощи.

Достаточно много магния содержится в водопроводной воде.

В плодах максимальным содержанием этого минерала отличается кожура.

Суточная потребность в магнии

В сутки человеку требуется дозировка магния до 0,5 грамма.

Увеличение потребности в магнии

Дополнительное применение магния требуется при высоких нервных нагрузках, при повышенном артериальном давлении , а также при интенсивных процессах роста и развития у детей и подростков.

Потребность в минерале также возрастает у спортсменов, людей, которые переносят тяжелые физические нагрузки, у беременных и кормящих женщин.

Усвоение магния из пищи

Магний хорошо усваивается из растительной и животной пищи. При повышенном поступлении кальция , натрия и фосфора усвояемость магния падает.

Чрезмерное увлечение продуктами и напитками, содержащими кофеин (кофе , крепкий чай, шоколад , энергетики) также снижает всасывание магния. Наконец, на этот процесс негативно влияет прием спиртных напитков.

Небольшие количества магния всегда выводятся из организма, не всасываясь, так как связываются пищевыми волокнами растительных продуктов. В целом волокна очень полезны, так что искусственно сокращать их содержание в рационе не стоит, однако постоянно потреблять отруби и клетчатку в больших дозах нежелательно.

Из некоторых продуктов, таких как орехи и отруби, магний усваивается плохо, несмотря на то, что в них присутствует много этого минерала. Они содержат так называемый фитин - вещество, препятствующее всасыванию микроэлементов.

Употребление фруктов и овощей со шкуркой - хороший способ повысить поступление магния в организм.

Биологическая роль магния

Функции магния:

Нужен для здоровья костей, способствует укреплению скелета наряду с фосфором и кальцием
. Принимает участие в обмене глюкозы, выделении и запасании энергии
. Магний в составе ферментов (а он необходим для образования порядка 300 разных ферментов) участвует во многих видах обмена веществ.
. Влияет на метаболизм жиров, при нормальном содержании магния в организме легче поддерживать оптимальную массу тела
. Повышает моторную активность кишечника, препятствует развитию запоров
. Улучшает образование и выделение желчи, что положительно сказывается на качестве пищеварения
. Способствует уменьшению жиров в питании, так как улучшает связывание и выведение холестерина
. Благотворно воздействует на передачу нервных импульсов
. Является частью процесса обмена аминокислот, образования белков
. Позитивно влияет на здоровье сердечно-сосудистой системы, поддерживает нормальный уровень артериального давления, улучшает метаболизм в сердечной мышце
. Отвечает за работу мышц, участвует в их расслаблении
. Оказывает спазмолитическое действие
. Регулирует работу почек, препятствует мочекаменной болезни
. Проявляет успокаивающее действие, способствует улучшению сна
. Улучшает устойчивость к стрессам , перегрузкам, снижает утомляемость
. Повышает позитивные эффекты, оказываемые на организм натрием, калием , витаминами D , В6 , .

Признаки нехватки магния

При недостаточных дозировках магния в составе пищи могут возникать симптомы его дефицита: усталость, ухудшение сна, нервозность, снижение стрессоустойчивости, повышение артериального давления, судороги, спазмы, выпадение волос, боли в мышцах, запоры, нарушения сердечного ритма.

Признаки избытка магния

Избыток минерала встречается редко, главным образом наблюдается при чрезмерно интенсивном применении магния в составе БАДов . Симптомы избытка магния: снижение выделения слюны, тошнота, диарея, сонливость, расстройства равновесия.

Если у Вас есть необходимость по медицинским показаниям в высоких дозах принимать магний, стоит параллельно вести прием препаратов кальция. Это «уравновесит» содержание элементов в организме и позволит избежать передозировки магния.

Факторы, влияющие на содержание в продуктах магния

Кулинарная обработка приводит к уменьшению содержания магния в пище. За рубежом магнием дополнительно обогащают питьевую воду.

Является жизненно-важным элементом, который находится во всех тканях организма и необходим для нормального функционирования клеток. Магний (наравне с кальцием, натрием и калием) является макроэлементом, и, в отличие от микроэлементов, необходим организму в больших количествах. В теле взрослого человека содержится около 25 г магния. Более 60% всего магния в организме находится в скелете, около 27% - в мышцах, 6- 7% содержат другие клетки, и менее 1% находится вне клеток.
Магний участвует в большинстве реакций обмена веществ, в регуляции передачи нервных импульсов и в сокращении мышц, оказывает спазмолитическое и антиагрегантное действие.

Функции магния в организме

В организме человека магний участвует в более чем в трехстах важных метаболических реакциях.
Магний является кофактором многих ферментативных реакций. Его присутствие очень важно для метаболизма углеводов и жиров при производстве энергии, магний необходим на всех этапах синтеза белков, ферментов и антиоксидантов (например, глутатиона), для создания нуклеиновой кислоты (ДНК и РНК), регулирования производства . Магний также помогает регулировать , сохраняет устойчивый ритм сердца, способствует нормальному кровяному давлению, поддерживает здоровую систему.

Магний необходим для превращения креатина фосфата в АТФ - нуклеотид, являющийся универсальным поставщиком энергии в живых клетках организма. Аденозинтрифосфат (АТФ) существует главным образом в виде комплекса с магнием (Mg-АТФ).
Магний поддерживает минеральную плотность костной ткани.

Магний необходим для активного транспорта ионов калия и кальция через клеточные мембраны. Благодаря своей роли в ионной транспортной системе, магний влияет на проводимость нервных импульсов, отвечает за сокращения мышц, и нормальный сердечный ритм.

Существует повышенный интерес к роли магния в профилактике и лечению заболеваний, таких как , сердечно-сосудистые заболевания, диабет, остеопороз.

Потребность магния в организме

Магний - часть солевого баланса живых организмов: недостаток магния ухудшает усвоение других микроэлементов, избыток способствует их вымыванию (замещению).
Суточная норма магния :
Дети от 0 до 6 лет - 30 мг/сутки
Подростки 7 до 12 лет - 75 мг/сутки
Мужчины - 400-420 мг/сутки
Женщины -310-360 мг/сутки
Женщины во время беременности -350-400 мг/сутки

Дефицит магния

Дефицит магния наблюдается редко, обычно в рационе содержится достаточное его количество.
Состояние здоровья пищеварительной системы и почек оказывает существенное влияние на содержание магния в организме. Магний всасывается в кишечнике, а затем транспортируется через кровь к клеткам и тканям. Усвояемость диетического магния от 30% до 50% (Ladefoged К, Hessov I, S. Jarnum ). Некоторые желудочно-кишечные расстройства (например, болезнь Крона), ухудшают всасывание и ограничивают способность организма усваивать магний. Эти нарушения могут привести к истощению запасов магния в организме и в крайних случаях приводят к дефициту магния в организме. Хроническая или чрезмерная рвота и могут также привести к истощению магния (Rude RK. ).
Здоровые почки могут ограничить экскрецию (выделение) магния с мочой, чтобы компенсировать его низкое потребление. Однако, чрезмерная потеря магния с мочой может быть побочным эффектом некоторых лекарств или возникнуть при плохо контролируемом диабете и .
При потливости, частом употреблении слабительных и , алкоголя, больших психических и физических нагрузках (в первую очередь при и у спортсменов) потребность в магнии увеличивается.
В группу риска возникновения дефицита магния входят пожилые люди. Опросы (1999-2000 и 1988-94) показывают, что в рационе пожилых людей содержится меньше магния, чем у молодых и взрослых людей (Ford ES and Mokdad AH ). Кроме того у пожилых людей, поглощение магния уменьшается и почечная экскреция магния увеличивается (Institute of Medicine, National Academy Press). Также пожилые люди чаще принимают препараты, взаимодействующие с магнием.

Дефицит магния может проявляться по-разному: бессонница, хроническая усталость, остеопороз, артрит, фибромиалгия, мышечные судороги и спазмы, сердечная аритмия, предменструальный синдром (ПМС).
Ранние признаки дефицита магния: потеря аппетита, тошнота, рвота, усталость и слабость.
Характерные признаки которые могут возникнуть при недостаточности магния: онемения, покалывания, мышечные сокращения и судороги, припадки, приступы эпилепсии, нарушения сердечного ритма, спазм коронарных сосудов.
Дефицит магния в тяжелых случаях может привести к снижению уровня кальция в крови (гипокальциемия ). Дефицит магния также связан с низким уровнем калия в крови (гипокалиемия ).

Источники магния

Зеленые овощи (например, ) являются хорошим источником магния, это связано с тем, что центр молекулы хлорофилла (пигмента, который окрашивает овощи в зеленый цвет) содержит магний. Некоторые бобовые (фасоль, горох), орехи и семена, и целые, неочищенные зерна также являются хорошим источником магния.

Рис. Молекула хлорофилла

Жареный миндаль (100 г) содержит 280 мг магния
Жареные орехи кешью (100 г) содержат 260 мг магния
Шпинат (100 г) содержит 79 мг магния
Бобы соевые, вареные (100 г) содержат 60 мг магния
Одна средняя картофелина, запеченная с кожицей, содержит 48 мг магния
Один средний банан содержит 32 мг магния
Стакан обезжиренного молока содержит 27 мг магния
Один ломтик хлеба из цельного зерна и отрубей содержит 23 мг магния

Магния совсем мало в белом хлебе, молочных, мясных и других повседневных продуктах питания современного человека.
Водопроводная вода может быть источником магния, его количество варьируется в зависимости от химического состава воды. Вода, содержащая большое количество минеральных веществ, называется «жёсткой» и содержит больше магния, чем «мягкая» (кипяченая или дистиллированная) вода.

По результатам последних исследований обнаружено, что цитрат магния (Magnesium citrate ) является наиболее усваиваемым препаратом, содержащим магний.
Одним из наиболее биологически целесообразных источников магния при транскутанном (чрезкожном) всасывании является минерал бишофит, широко использующийся в целях медицинской реабилитации, физиотерапии и санаторно-курортного лечения. Преимуществом транскутанного применения является высокая биодоступность ионов магния, насыщающего локальные проблемные зоны минуя выделительную систему.

Взаимодействие магния с лекарственными препаратами

Тиазидные диуретики (например, лазикс, Bumex, Edecrin, гидрохлортиазид) , противоопухолевые препараты (например, цисплатин) , антибиотики (например, гентамицин и амфотерицин). Эти препараты могут привести к увеличению потерь магния с мочой. Таким образом, длительный прием этих лекарств может способствовать истощению запасов магния в организме.
Антибиотики тетрациклинового ряда. Магний связывает тетрациклин в кишечнике и снижает поглощение тетрациклина.
Магний-содержащие антациды и слабительные. Многие антациды и слабительные средства содержат магний. Прием больших доз этих препаратов может привести к гипермагниемии (повышенному уровню магния в крови).

Применение магния в медицине

Оксид и соли магния традиционно применяется в медицине в кардиологии, неврологии и гастроэнтерологии (аспаркам, сульфат магния, цитрат магния. Наиболее интересным природным ресурсом магния является минерал бишофит). Оказалось, что магниевые эффекты бишофита в первую очередь проявляются при транскутанном (через кожном) применении в лечении патологии опорно-двигательного аппарата. Бишофитотерапия использует биологические эффекты природного магния в лечении и реабилитации широкого круга заболеваний, в первую очередь - позвоночника и суставов, последствий травм, нервной и сердечно-сосудистой систем.