Некоторые искатели философского камня полагали, что ключом к успеху станет свинец: его требовалось довести до расплава, превращая в так называемого «красного льва», после чего долго выдерживать в перебродившем виноградном спирте. Иные уверяли, что основой должна быть моча животных, а сторонники третьей версии видели первоисточник загадки в обычной воде.
В конце XVIII столетия один английский алхимик, придерживавшийся идеи «водного пути», выпаривая грунтовую воду возле Эпсома, получил не мифический камень, а горькую соль с выраженным слабительным эффектом. Спустя время обнаружили, что при смешении с «постоянной щёлочью» она превращается в лёгкий белый порошок. [1]
Схожий порошок образовывался, когда нагревали минерал, который был найден возле древнегреческого города Магнесий. Из-за большого сходства этот порошок начали называть белой магнезией. Далее в 1808 году, Гемфри Дэви, изучив этот материал, нашел новый элемент под именем магний. Открытие этого элемента не проходило эффектно, так как раньше не знали о том, что он может так ярко гореть.
Магний представляет собой крайне легкий металл с характерным светлым, почти серебристым блеском. По массе он значительно уступает меди и железу — примерно в пять раз, а даже алюминий оказывается заметно тяжелее. Хотя плавится магний при примерно 650 °C, получить расплав затруднительно: уже около 550 °C на открытом воздухе металл мгновенно загорается и сгорает ослепительным пламенем, что делает его особенно ценным материалом для пиротехнических составов.
Для поджигания магния не требуется сложных условий — достаточно поднести к металлу небольшой источник огня, и он мгновенно воспламеняется. В среде хлора это происходит даже при обычной температуре. При горении магний выделяет мощный поток тепла и интенсивное ультрафиолетовое излучение: нескольких граммов хватает, чтобы довести до кипения стакан холодной воды. Эту особенность использовали специалисты Варшавского института, создав консервные банки с встроенным нагревателем из магниевой ленты.
Учёные из Варшавского института промышленной химии предложили необычное применение магнию: они встроили в консервные банки ленту из этого металла, которая начинала гореть сразу после вскрытия упаковки, быстро разогревая еду. Сам же магний на воздухе тускнеет почти мгновенно — поверхность покрывается плотной оксидной плёнкой, служащей естественным защитным барьером.
Магний отличается высокой реакционной способностью: он легко забирает хлор и кислород у многих веществ. Хотя металл устойчив к действию ряда кислот, щелочей, бензина и масел, морская вода быстро разрушает его. С холодной водой он почти не взаимодействует, однако при нагревании активно вытесняет из неё водород. [2]
Магний широко распространён в земной коре, лишь несколько элементов встречаются чаще. Учёные предполагают, что особенно много его содержится в нижних слоях мантии. Этот элемент входит в состав примерно двух сотен минералов, среди которых встречаются и редкие разновидности, напоминающие по свойствам лёгкую гибкую ткань.
В 1953 году на Дальнем Востоке шахтёры, прокладывая выработку в полиметаллическом месторождении, наткнулись на полость. Со свода пещеры свисала светло-серое пластичное «полотнище», напоминавшее мягкую замшу и отличавшееся необычайной лёгкостью. Образец отправили на исследование в Москву, где анализ показал: находка состоит главным образом из магнийсодержащего алюмосиликата — минерала палигорскита.
Минерал, относимый к асбестовой группе, был обнаружен в 1920-е годы на Урале академиком А. Е. Ферсманом. За необычную мягкость и способность гнуться его прозвали «горной кожей». Экземпляр, найденный на Дальнем Востоке и хранящийся в Минералогическом музее, выделяется тем, что столь крупные пласты такого материала раньше нигде не встречались.
Основными видами магниевого сырья промышленность считает доломит, магнезит и карналлит. Металл производят двумя методами: электротермическим и электролитическим. Первый метод основан на восстановлении оксида магния различными реагентами. Второй — электролиз расплавленных солей — остаётся главным способом, позволяющим получать практически чистый магний.
Магния в морях и океанах столь много, что эти запасы фактически неисчерпаемы: в одном кубометре воды содержится около четырёх килограммов элемента. Общий объём превышает 6 × 1016 тонн. Чтобы исчерпать это количество за время с начала новой эры, пришлось бы извлекать миллион тонн магния каждую секунду — величина, очевидно, невозможная.
Даже в годы Второй мировой войны, когда потребность в магнии была особенно высокой, из морской воды удавалось получать лишь около 80 тысяч тонн металла ежегодно. Процесс извлечения достаточно несложен: морскую воду соединяют с известковым раствором, приготовленным из измельчённых раковин, в результате чего образуется магниевая взвесь. Её затем переводят в хлорид магния и уже из этого соединения получают металл методом электролиза. При этом образуются полезные побочные продукты — различные соли, хлор и очищенная вода.
Соленые озера также являются значительным источником магния. В России его рапа имеется в Крыму — в Сакском и Сасык-Ивашском озерах, а также в Поволжье, например, в озере Эльтон.
Огромные концентрации магниевых солей встречаются и в заливе Кара-Богаз-Гол, где их содержание достигает около трети объёма раствора.
Сам по себе магний слишком мягкий и хрупкий, поэтому в технике используют не чистый металл, а его сплавы. Наилучшие свойства показывают смеси магния с алюминием, цинком и марганцем: первые два компонента повышают прочность, марганец уменьшает риск коррозионного разрушения, а магний обеспечивает минимальный вес конструкций. В результате получаются материалы, которые ощутимо легче не только стали, но и традиционных алюминиевых сплавов.
В последние годы разработаны ещё более лёгкие магниево-литиевые материалы, которые открывают новые возможности в технике. Благодаря минимальному весу, именно магниевые сплавы очень заинтересовали авиаконструкторов, стремящихся уменьшить массу летательных аппаратов без потери прочности и эксплуатационных характеристик.
В середине 30-х годов в СССР создали опытный самолёт, получивший имя «Серго Орджоникидзе». Его особенностью было то, что почти весь корпус выполнили из необычайно лёгких магниевых сплавов. Лётные проверки машина прошла успешно и затем несколько лет использовалась в обычной эксплуатации. Позднее накопленные знания оказались крайне полезными — во время войны магниевые детали стали применять при выпуске авиационных узлов: от элементов шасси до корпусов приборов.
Для ракетной техники магний также стал важным материалом: сплавы с большой теплоёмкостью позволяют наружным панелям аппаратов нагреваться значительно меньше, чем аналогам из стали. Лёгкие магниевые материалы давно нашли применение в автомобилестроении, производстве текстиля, печатных машинах, радиоаппаратуре и оптических устройствах.
В металлургии магний играет роль активного восстановителя: с его помощью получают такие металлы, как титан, ванадий, цирконий и хром. Он применяется и для раскисления сталей — снижает содержание кислорода, ухудшающего качество сплава. В расплавленный чугун магний вводят для модифицирования структуры, что повышает прочность и позволяет заменить стальные поковки более дешёвыми чугунными отливками.
Однако магний не желает самостоятельно погружаться в жидкий чугун — всплывает и воспламеняется, создавая опасные вспышки.
Решением стали специальные брикеты: смесь магния и вспененной основы прессуют вокруг стального стержня, который тянет брикет на дно расплава. Защитная оболочка сгорает, но не даёт металлу вспыхнуть, а стержень быстро растворяется.
Активность магния вдохновила инженеров на создание необычной антикоррозионной защиты для подводных конструкций. Если соединить магниевый лист с металлической основой через проводник и погрузить в воду, металл служит своего рода гигантским гальваническим элементом: магний постепенно разрушается, но при этом надёжно защищает сталь или железобетон. Именно так оберегают опоры промысловых сооружений в Каспийском море.
Магниевые сплавы нашли и дополнительное применение под водой. В Великобритании изготовили глубоководный скафандр из магниевого материала, способный выдерживать огромные давления. В будущем подобные лёгкие и прочные конструкции пригодятся геологам, буровикам и монтажникам, работающим на дне морей при добыче полезных ископаемых.
Способность магния гореть слепящим белым пламенем долгое время делала его незаменимым в военных осветительных устройствах: сигнальных ракетах, трассирующих боеприпасах, зажигательных бомбах. Ещё недавно магниевый порошок применяли фотографы — мгновенная яркая вспышка освещала лицо снимаемого. Теперь его вытеснили мощные лампы-вспышки.
Роль магния выходит далеко за рамки промышленности. Он является жизненно важным компонентом хлорофилла — пигмента, который позволяет растениям улавливать солнечную энергию. Благодаря магнию, световая энергия преобразуется в химическую: вода и углекислый газ превращаются в питательные вещества, такие как сахара и крахмал. Без этого элемента фотосинтез просто невозможен.
Фотосинтез сопровождается выделением кислорода — того самого, которым дышат животные и человек. Таким образом, вклад магния выходит далеко за пределы промышленности: без него не существовала бы зелёная масса растений и, следовательно, жизнь на Земле в привычном для нас виде. Этот скромный металл оказывается частью глобальных энергетических процессов планеты.
Масштаб присутствия магния поражает: только в хлорофилле всех растений планеты его содержится около 100 миллиардов тонн.
Этот элемент есть почти во всех живых организмах. У человека массой 60 кг примерно 25 граммов составляет магний.
Учёные подчёркивают его жизненно важное значение для здоровья и роста.
В середине 60-х американские исследователи из Миннесотского университета изучали прочность яичной скорлупы. Они выяснили: чем больше магния в рационе кур, тем прочнее скорлупа.
Практическое значение очевидно — ежегодные потери яиц в штате достигали миллионов долларов, и корректировка питания помогала экономить средства.
Магний широко применяется в медицине.
Сульфат магния (так называемую «английскю соль») используют как мягкое слабительное. Жжёная магнезия снижает кислотность желудка, помогает при изжоге и отравлениях кислотами. Пероксид магния применяется для дезинфекции пищеварительного тракта.
Жители жарких широт обычно реже сталкиваются с сосудистыми спазмами, чем люди, живущие в холодном климате, и исследователи связывают это с уровнем магния в организме. Препараты с его солями, вводимые в мышцы или вену, способны быстро уменьшать судорожные реакции. Существенную долю магния человек получает с пищей — больше всего его содержится в персиках, абрикосах и соцветиях цветной капусты.
В странах Азии, где пища богата магнием, сердечно-сосудистые заболевания встречаются реже, чем в Европе и США.
Английские медики рекомендуют ежедневно съедать четыре банана — это покрывает около половины суточной нормы магния (0,3–0,5 грамма). Опыт венгерских учёных показал: недостаток элемента повышает риск инфаркта у животных.
В экспериментах у собак с малым количеством магния в рационе диагностировали инфаркты миокарда, тогда как животные с полноценным питанием оставались здоровыми. У нервных людей сердце страдает чаще: при стрессовой реакции магний расходуется, что приводит к спазмам. Французские биологи предполагают, что элемент поможет бороться с переутомлением.
Учёные установили, что у людей, испытывающих сильную усталость, уровень магния в крови заметно снижен по сравнению с теми, кто чувствует себя энергичным. Даже небольшое уменьшение его концентрации отражается на общем самочувствии. Интересно и другое: у животных магний вместе с кальцием способен влиять на пол будущего потомства — преобладание этих элементов в рационе матери чаще приводит к появлению самок, тогда как избыток калия увеличивает вероятность рождения самцов.
Сфера применения магния далеко не ограничивается лечебными нуждами. Оксид этого элемента широко используют в промышленности — он необходим и при производстве резины, и при создании цемента, и при изготовлении термостойких кирпичных материалов. Канадские исследователи разработали новый огнеупорный состав, который отличается повышенной прочностью и минимальной пористостью. Его ключевой компонент — особо чистый оксид магния, устойчивый к шлакам и способный выдерживать крайне высокие температуры.
Даже бытовая техника косвенно связана с этим элементом. Магний помогает справляться с нагревом деталей и обеспечивает надёжность работы. Каждый раз, включая радиоприёмник или телевизор, мы замечаем, что устройствам нужно время для прогрева — и это тоже часть физических процессов, где лёгкие и прочные металлы играют важную роль.
Чтобы решить проблему медленного запуска радиоламп, польские учёные предложили покрывать катоды тонким слоем оксида магния. Благодаря этому лампы начинали работу практически мгновенно, избавляя пользователей от привычной задержки при включении приборов.
В 1867 году французский учёный Сорель разработал новый вид цемента, объединив прокаленный оксид магния с насыщенным раствором магниевого хлорида. На основе этого вяжущего вещества сегодня изготавливают лёгкие и огнестойкие строительные панели: например, фибролит на древесных стружках и ксилолит, получаемый из опилок.
Пероксид магния применяется для отбелки тканей, сульфат — как протравка в текстильной и бумажной промышленности, а карбид магния используется для изготовления теплоизоляционных материалов. Таким образом, элемент охватывает широкий спектр промышленных отраслей
В органической химии магний в порошковой форме применяют для удаления воды из спиртов и анилинов. Особенно ценны соединения, где магний напрямую соединён с углеродом — так называемые магнийорганические вещества. Среди них алкилмагнийгалогениды, известные как реактивы Гриньяра, стали важнейшими инструментами для синтеза множества органических соединений.
За разработку этих соединений в 1912 году французский химик Гриньяр получил Нобелевскую премию. Позже он писал, что магнийорганические вещества подобны музыкальному инструменту: опытные руки химика могут извлечь из них новые и неожиданные «аккорды» реакций.
Деятельность магния в природе и промышленности крайне разнообразна. Академик А. Ф. Белов предсказывал, что к 2000 году магний станет одним из основных конструкционных металлов, после разработки методов защиты от коррозии.
Магниевые сплавы применялись на Луне: в автоматическом буровом устройстве станции «Луна-24» они обеспечивали лёгкость и прочность деталей. Для космического аппарата важно было минимизировать вес, чтобы снизить расход топлива, и одновременно гарантировать надежность в экстремальных условиях.
Перед запуском устройство подвергли суровым тестам на Земле: бурение твёрдых пород, проверки в обычных климатических условиях, затем испытания в барокамере с имитацией вакуума, высоких и низких температур. Температурный диапазон соответствовал лунной смене дня и ночи от +110 до — 120 °С.
Все испытания прошли успешно, а автоматическая станция, используя лёгкие и прочные титановые и магниевые сплавы, смогла добыть и доставить на Землю лунный грунт. Этот пример подчёркивает уникальные свойства магниевых материалов: лёгкость, прочность и надёжность даже в экстремальных условиях космоса.
Литература:
- Беляев, А. И. Магний и его сплавы: свойства, применение, технологии. — М.: Металлургия, 2003. — 368 с.
- Венецкий, С. И. Рассказы о металлах / С. И. Венецкий. —: ИД «Руда и Металлы», 2005. — 432 c.
- Тупикин, Е. И. Химия металлов / Е. И. Тупикин. — 2-е изд. — Москва: Юрайт, 2025. — 93 c.
