Проблеми алхіміків. - Істина у воді. - Обійшлися без феєрверку. - В полум'я сірника. - В нижніх шарах мантії. - "Гірська шкіра". - Який спосіб краще? - Нептун може спати спокійно. - Кожен вносить свій пай. - В жаркі хвилини. - На металургійному терені. - У боротьбі із запальністю. - Що відбувається під водою? - Скафандр готовий. - "Спокійно, знімаю!" - Є справи поважней. - В яєчній шкаралупі. - Їжте банани. - Загрожує інфаркт. - Син чи дочка? - Не тільки в медицині. - Чекати не треба. - Через століття. - Подібно скрипці. - Краща роль попереду. - "Відрядження" на Місяць.
Однією з основних проблем, над якою билися "наукові працівники" середньовічних алхімічних лабораторій, були пошуки горезвісної "філософського каменю". З його допомогою вони сподівалися знайти таємницю отримання золота з неблагородних металів.
Пошуки велися в різних напрямках. Одні пропонували використовувати для цієї мети свинець, який потрібно нагріти до отримання "червоного лева" (тобто до розплавлення), а потім кип'ятити в кислому виноградне спирті. Інші вважали, що найкращим сировиною для виробництва "філософського каменя" є сеча тварин. Треті стверджували, що істина - у воді.
В кінці XVIII століття один з англійських алхіміків, мабуть, прихильник третього напряму, випарівая воду, що витікає із землі поблизу міста Эпсом, отримав замість "філософського каменя" сіль, володіє гірьким смаком і послаблюючу дію. Через кілька років з'ясувалося, що при взаємодії з "постійної лугом" (так у ті часи називали соду і поташ) ця сіль утворює білий легкий пухкий порошок. Точно такий же порошок виходив при прожарюванні мінералу, знайденого поблизу давньогрецького міста Магнесії. За це подібність эпсомская сіль була названа білої магнезії.
У 1808 році англійський вчений Гемфрі Деві, аналізуючи білу магнезію, отримав новий елемент, який він назвав магнієм. Урочистості з нагоди відкриття нового елемента не супроводжувалися феєрверком, оскільки в ті часи ще не було відомо, що новонароджений володіє відмінними піротехнічними властивостями.
Магній - дуже легкий сріблясто-білий метал. Він майже в п'ять разів легше міді або заліза; навіть "крилатий" алюміній в півтора рази важче магнію. Температура плавлення магнію порівняно невисока - всього 650°С, але в звичайних умовах розплавити магній досить важко: нагріте на повітрі до 560°С, він миттєво спалахує і згорає сліпучо яскравим полум'ям (ця властивість магнію широко використовують піротехніку). Щоб підпалити цей метал, досить піднести до нього запалений сірник, а в атмосфері хлору він загоряється навіть при кімнатній температурі. При горінні магнію виділяється велика кількість ультрафіолетових променів і тепла: кількох грамів цього "палива" вистачить, щоб скип'ятити склянку крижаної води. Цим властивістю магнію оригінально скористалися вчені Варшавського інституту промислової хімії: вони запропонували конструкцію консервних банок з нагрівачем, яким служить магнієва стрічка: як тільки відкривається банку, стрічка загоряється і через дві-три хвилини гаряче страву можна подавати на стіл.
На повітрі магній швидко тьмяніє, так як покривається оксидною плівкою. Ця плівка служить надійним панциром, що оберігає метал від подальшого окислення.
Магній дуже агресивний: він легко забирає кисень і хлор у більшості елементів. Будучи стійким проти впливу деяких кислот, соди, їдких лугів, бензину, гасу, мінеральних масел, магній безсилий проти морської води і змушений розчинятися в ній. Він майже не реагує з холодною водою, але енергійно витісняє водень з гарячою.
Земна кора багата магнієм: лише сім його "колег" по таблиці Менделєєва знаходяться в природі у великих кількостях. Як вважають вчені, особливо великий вміст цього елемента в нижніх шарах земної мантії. Магній входить до складу майже двохсот мінералів. Серед них є зовсім не звичайний: його легко скласти, як носовичок в нього можна загорнути, як папір, нарешті, його неважко розірвати пальцях в клаптики.
Унікальний зразок такого мінералу був знайдений в 1953 році на Далекому Сході Під час проходки шахти в родовищі поліметалічних руд робітники виявили невелику печеру і в ній - що звисає зі стелі сірувато-білу "завісу", як би складену вдвічі. На дотик ця "завісу", що мала метра півтора в довжину і близько метра в ширину, нагадувала замшу - була така ж м'яка і еластична. Вражала і незвичайна легкість "тканини". Цікаву знахідку направили в Москву. Хімічний аналіз показав, що вона складається в основному з алюмосилікату магнію і являє собою палигорськіт - мінерал групи азбесту, вперше виявлений у 20-х роках нашого століття в Палыгорском родовищі на Уралі академіком А.Є. Ферсманом. За незвичайні властивості мінерал частіше називають "гірської шкірою". Далекосхідний зразок, який зберігається в Мінералогічному музеї Академії наук СРСР, примітний тим, що "гірська шкіра" таких великих розмірів знайдена вперше в світі.
Найбільше промислове значення як магнієве сировину мають магнезит, доломіт карналіт.
Існують два способи виробництва магнію - електротермічний і електролітичний. У першому випадку метал отримують безпосередньо з оксиду, діючи на нього яким-небудь відновником - вуглецем, алюмінієм і т.д. Цей спосіб досить простий за своєю ідеєю і останнім часом знаходить все більш широке застосування. Однак поки що основним промисловим способом отримання магнію є електролітичний, що представляє собою електроліз розплавлених магнієвих солей, головним чином хлористих. Таким шляхом можна одержувати дуже чистий метал, містить менше 0,01 % домішок.
Не тільки земна кора багата магнієм - практично невичерпні і постійно поповнення запаси його зберігають блакитні комори океанів і морів. Досить сказати, що у 1 кубічному метрі морської води міститься близько 4 кілограмів магнію. Всього ж у водах океанів і морів розчинено понад 6·1016 тонн цього елемента. Навіть далекі від математики люди, мабуть, можуть уявити, як грандіозна ця величина. Втім, для більшої наочності наведемо наступний приклад: з початку нашого літочислення людство прожило лише трохи більше 60 мільярдів (6*1010) секунд. Якщо б з перших днів нашої ери люди почали добувати магній з морської води, то для того, щоб до теперішнього часу вичерпати всі водні запаси цього елемента, довелося б кожну секунду отримувати по мільйону тонн магнію!
Але поки Нептун може бути спокійний за свої багатства: навіть під час другої світової війни, коли виробництво магнію було значним, з морської води отримували лише 80 тисяч тонн магнію на рік (а не в секунду!). Технологія вилучення його досить проста. Морську воду змішують у величезних баках з вапняним молоком, приготовляемым з розмелених морських раковин. В результаті утворюється так зване магнезіальній молоко, яке потім перетворюється в хлорид магнію. Надалі магній відокремлюють від хлору електролізом. Сьогодні вже в різних країнах, головним чином в тих, які не мають у своєму розпорядженні солідними запасами магнієвої сировини, діють заводи по вилученню магнію з морської води. Попутно ці прибережні підприємства отримують кухонну і глауберової сіль, хлор, велика кількість питної води і розсіл для виробництва каустичної соди.
Джерелом магнію може бути і вода солоних озер, що містить хлорид магнію (так звана ропа). У нас в країні такі "склади" магнію є в Криму (Сакське і Сасик-Ивашское озера), у Поволжя (озеро Ельтон) і інших районах. Багаті запаси магнієвої сировини зберігаються в затоці Кара-Богаз-Гол, у ропі якого міститься до 30 % солей цього елемента.
Отже, ви вже знаєте, що являє собою магній і як здійснюється його видобуток. Ну, а для яких же цілей служить цей елемент та його сполуки?
Легкість могла б зробити цей метал прекрасним конструкційним матеріалом. Але, на жаль, чистий магній - м'який і неміцний. Тому конструктори змушені використовувати сплави магнію з іншими металами. Особливо широко застосовують сплави магнію з алюмінієм, цинком і марганцем. Кожен з компонентів цього співдружності вносить свій пай в загальні властивості: алюміній і цинк збільшують міцність сплаву, марганець підвищує його антикорозійні властивості. Ну, а магній? Магній надає сплаву легкість - деталі з магнієвого сплаву на 20-30% легше алюмінієвих і на 50-75 % легше чавунних і сталевих. Останнім часом у ряді країн розроблені надзвичайно легкі конструкційні сплави магнію з літієм, для яких, зрозуміло, завжди знайдеться цікава робота.
Легкість сплавів магнію не могла не привернути уваги авіаконструкторів. Ще в 1934 році в СРСР був побудований майже цілком і" магнієвих сплавів літак "Серго Орджонікідзе". Успішно витримавши випробування, літак потім протягом декількох років перебував в експлуатації. Досвід став у нагоді в роки Великої Вітчизняної війни, коли з магнієвих сплавів виготовляли колеса, корпуса приладів і інші авиадетали.
Вагомі підстави є у магнію і для служби в ракетній техніці: завдяки високій теплоємності магнієвого сплаву виконані з нього зовнішні елементи космічного апарату в жаркі хвилини нагріваються значно менше, ніж, наприклад, сталеві.
Автомобілебудування, текстильна промисловість, поліграфія, радіотехніка, виробництво оптичних приладів - де тільки не застосовуються сьогодні легкі магнієві сплави! Важливу роль відіграє цей елемент і в металургії. Його застосовують як відновник у виробництві ряду металів (ванадію, хрому, титану, цирконію). Магній допомагає раскислять сталь і сплави - зменшує вміст кисню, що надає шкідливий вплив на метал.
Введений в розплавлений чавун, магній модифікує його, тобто покращує структуру і підвищує багато механічні властивості. Виливки з модифікованого чавуну з успіхом замінюють сталеві поковки. Але магній дуже неохоче вступає в контакт з розплавом: з-за своєї легковажності він не бажає занурюватися в рідкий метал, а, залишаючись на поверхні, яскраво спалахує і розбризкує чавун з ковша. Цілком зрозуміло, що такий феєрверк не влаштовував металургів. Вихід вдалося знайти: із суміші магнію, спіненої пластмаси і інших компонентів вирішено було пресувати брикети, з розташованим всередині їх сталевим стрижнем, що грає роль грузила. Такий брикет вже слухняно "пірнає" в розплавлений чавун. Добавки, обволікаючі магній, спокійно згоряють, не даючи загорітися запальному металу. Сталевий стрижень швидко тане і розчиняється в розплаві, а залишився на самоті магнію нічого не залишається робити, як приступати до модифікуванню чавуну.
Хімічна активність магнію навела конструкторів гідроспоруд на цікаву думку: зануривши магнієвий лист у воду і з'єднавши його провідником з підводного металевою конструкцією, можна створити своєрідний гальванічний елемент величезних розмірів, в якому вода служить електролітом. Магнієвий лист, який виконує функції активного електрода, поступово руйнується, але зате надійно зберігає метал основної конструкції. Такий магнієвої захистом забезпечені сталеві і залізобетонні естакади, які є фундаментом Нафтових Каменів - селища промисловиків в Каспійському морі.
Під водою для магнію знайшлася інша робота: із сплавів цього металу в Англії виготовлений глибоководний скафандр, здатний витримати великі гідростатичні тиску. Недалеко той час, коли в такому легкому та міцному вбранні геологи, буровики, монтажники будуть вести на морському дні роботи, пов'язані з видобутком корисних копалин.
Властивість магнію (у вигляді порошку, дроту або стрічки) горіти білим сліпучим полум'ям широко використовують у військовій техніці - для виготовлення освітлювальних і сигнальних ракет, трасуючих куль і снарядів, запалювальних бомб. До недавнього часу з цим елементом були добре знайомі фотографи: "Спокійно! Знімаю!" - і яскрава спалах магнієвого порошку осявала особи бажали зберегти себе для потомства. Зараз у цій ролі магній вже не виступає - потужні електричні лампи змусили його подати у відставку.
Але навряд чи це засмучує магній: у нього є справи і поважней. Адже він бере участь у грандіозній роботі - акумуляції сонячної енергії. Магній входить до складу хлорофілу - великого мага, який поглинає сонячну енергію і з її допомогою перетворює вуглекислий газ і воду в складні органічні речовини (цукор, крохмаль та інші), необхідні для харчування людини і тварин. Процес утворення органічних речовин, що називається фотосинтезом (від грецького слова "фотос" - світло), супроводжується виділенням з листя кисню. Без хлорофілу не було б життя, а без магнію не було б хлорофілу - адже в його складі 2 % цього елемента. А чи багато це? Судіть самі: загальна кількість магнію тільки в хлорофілі рослин становить близько 100 мільярдів тонн! Крім рослин, магній входить до складу практично всіх живих організмів. Якщо ви важите, припустимо, 60 кілограмів, то приблизно 25 грамів з них - це магній.
У середині 60-х років корисну роботу провели вчені Міннесотського університету в США, які обрали об'єктом наукового дослідження яєчну шкаралупу. Їм вдалося встановити, що шкаралупа тим міцніше, чим більше вона містить магнію. Отже, змінюючи склад корму для несучок, можна підвищити її міцність. Про те, наскільки важливий цей висновок для сільського господарства, можна судити хоча б з таких цифр: тільки в штаті Міннесота щорічні втрати через бою яєць перевищують мільйон доларів. Вже тут ніхто не скаже, що ця робота вчених яйця виїденого не коштує.
Магній широко використовують у медицині: ми вже згадували про "англійської солі" (сульфат магнію, або сірчанокисла магнезія), яка служить надійним проносним. Чистий оксид магнію (палена магнезія) застосовується при підвищеній кислотності шлункового соку, печії, отруєнні кислотами. Пероксид магнію - відоме дезінфікуючий засіб при шлункових розладах.
Статистика стверджує, що у жителів районів з більш теплим кліматом спазми кровоносних судин зустрічаються рідше, ніж у сіверян. Відомо, що внутрішньовенні і внутрішньом'язові вливання розчинів деяких солей магнію знімають спазми і судоми. Накопичити в організмі необхідний запас цих солей допомагають фрукти і овочі (особливо багаті магнієм абрикоси, персики і цвітна капуста). В Азії, наприклад, де харчовий раціон багатшими магнієм, атеросклероз та інші серцеві захворювання зустрічаються рідше, ніж в Європі або США. Англійські лікарі рекомендують з'їдати щодня по чотири банана, щоб покривати приблизно половину добової потреби організму в магнії (вона становить 0,3-0,5 грама).
Досліди, проведені угорськими вченими на тваринах підтвердили, що нестача магнію в організмі підвищує схильність до інфарктів. Одним собакам давали їжу, багату солями цього елемента, іншим - бідну. В кінці експерименту тварини, в раціоні яких було мало магнію, "заробили" інфаркт міокарда.
У нервових, легко збудливих людей порушення роботи серцевих м'язів спостерігаються значно частіше, ніж у спокійних. Це пояснюється тим, що в момент роздратування магній, що міститься в організмі, "згорає".
Французькі біологи вважають, що цей елемент допоможе медикам і в боротьбі з таким серйозним недугою XX століття, як перевтома. Дослідження показали, що в крові втомлених людей міститься менше магнію, чим у людей повних сил, а навіть самі незначні відхилення "магнієвої кривий" від норми не проходять безслідно.
Біологи Франції встановили цікаве вплив ряду елементів на підлогу потомства. Виявляється, надлишок калію в їжі матері призводить до того, що у неї народжується потомство переважно чоловічої статі. Якщо ж її їжа насичена кальцієм і магнієм, то в потомстві переважає жіночий підлогу. Можливо, вже незабаром для майбутніх матерів лікарі розроблять спеціальні меню, що гарантують народження хлопчика або дівчинки "за замовленням". Але колись потрібно буде уточнити, чи поширюється помічене вплив цих елементів на людину: адже описані спостереження відносяться до... коровам.
Область застосування магнієвих з'єднань не вичерпується медициною. Так, оксид магнію використовують у гумовій промисловості, у виробництві цегли, вогнетривкої цегли. Одна з канадських фірм розробила технологію одержання нового вогнетривкого матеріалу, стійкого до впливу шлаків, що володіє високою міцністю і малою пористістю; основним компонентом цього вогнетриву служить оксид магнію високої чистоти.
Як відомо, звичайні радіолампи починають нормально працювати лише після того, як вони нагріваються. Кожен раз, коли ви вмикаєте радіоприймач або телевізор, доводиться деякий час чекати, перш ніж поллються звуки музики або замерцает блакитний екран. Щоб усунути цей недолік радіоламп, польські вчені запропонували покривати катоди оксидом магнію: нові лампи приступають до роботи відразу після включення.
Ще в 1867 році француз Сорель змішав прожарений оксид магнію з концентрованим розчином його хлориду і отримав так званий магнезіальний цемент (або цемент Сореля). В наші дні за допомогою цього в'яжучого речовини виготовляють легкі, вогнестійкі, звуконепроникні будівельні матеріали: фіброліт - з деревних стружок і ксилоліт - з тирси. Пероксид магнію використовується для відбілювання тканин, сульфат цього елемента використовують у текстильній та паперовій промисловості як протраву при фарбуванні, а його карбід знаходить застосування у виробництві теплоізоляційних матеріалів.
І, нарешті, ще одне велике підлоги діяльності магнію - органічна хімія. В порошкоподібному вигляді магній використовують для зневоднення таких важливих органічних речовин, як спирт та анілін. Велике значення і магнійорганіческіх сполук (в них атом магнію безпосередньо пов'язаний з атомом вуглецю). Ці речовини, зокрема алкилмагнийгалогениды (реактив Гриньяра), до складу яких входять і галогени (хлор, бром або йод), широко застосовують в хімії. Наскільки важлива роль цих сполук, можна судити хоча б з того, що у 1912 році французький хімік Гриньяр за створення алкилмагнийгалогенидов і розробку синтезу органічних сполук був удостоєний Нобелівської премії. Через багато років він писав: "Подібно добре налаштованої скрипці, магнійорганіческіе з'єднання під досвідченими, пальцями можуть дати звучання все новим несподіваним і більш гармонійним акордам".
...Отже, діяльність магнію в природі і народному господарстві досить багатогранна. Але, ймовірно, рано ще говорити про це елементі: "Все, що міг, він вже зробив". Відомий радянський металург академік А.Ф Бєлов передбачає широке використання магнію як конструкційного матеріалу: "До 2000 року, - вважає вчений, - обов'язково буде знайдена захист магнію від корозії, і він увійде в число основних металів".
Магнієві сплави вже побували на Місяці, де вони у вигляді деяких деталей бурового автомата станції "Луна-24" брали участь у видобутку місячного грунту. До грунтозаборному роботу пред'являлися жорсткі вимоги. По-перше, цей механізм має бути легким: адже при такому тривалому подорожі для кожного зайвого кілограма додатково знадобилося б велику кількість пального. По-друге, деталі робота просто зобов'язані бути міцними: немає сенсу посилати їх у настільки відповідальне відрядження, якщо немає впевненості, що вони не підведуть у важку хвилину. А адже робочі хвилини на Місяці могли виявитися дійсно надзвичайно важкими.
Конструктори бурового грунтозаборного автомата вирішили застосувати легкі, але в той же час міцні титанові та магнієві сплави. Перш ніж відправити їх у політ, вчені влаштували грунтозаборному пристрою суворі випробування на Землі. Воно було перевірено при бурінні різноманітних, в тому числі і дуже твердих гірських порід, причому іспит проходив спочатку в звичайних кліматичних умовах, а потім у великий барокамері - у глибокому вакуумі при високих і низьких температурах, що імітують умови Місяця, де денний "спека" (до +110°С) змінюється нічний "прохолодою" (до -120°С). Випробування пройшли успішно, а незабаром настільки ж успішно завершився і політ автоматичної станції: місячний грунт був доставлений на Землю.
