Оксид магния

Химическое соединение, встречающееся в природе в виде периклаза.

Химическое соединение

Оксид магния ( MgO ), или магнезия , представляет собой белый гигроскопичный твердый минерал , который встречается в природе в виде периклаза и является источником магния (см. также оксид ). Он имеет эмпирическую формулу MgO и состоит из решетки ионов Mg ²⁺ и ионов O ^2- , скрепленных ионной связью . Гидроксид магния образуется в присутствии воды (MgO + H ₂ O → Mg(OH) ₂ ), но его можно обратить вспять, нагревая для удаления влаги.

Оксид магния исторически был известен как магнезия белая (буквально «белый минерал от магнезии »), чтобы отличать его от черной магнезии , черного минерала, содержащего то, что сейчас известно как марганец .

Родственные оксиды

Хотя «оксид магния» обычно относится к MgO, также известно соединение пероксида магния MgO ₂ . Согласно предсказанию эволюционной кристаллической структуры ^[11] MgO ₂ термодинамически стабилен при давлениях выше 116 ГПа (гигапаскалей), а полупроводниковый субоксид Mg ₃ O ₂ термодинамически стабилен при давлениях выше 500 ГПа. Благодаря своей стабильности MgO используется в качестве модельной системы для исследования колебательных свойств кристаллов. ^[12]

Электрические свойства

Чистый MgO не проводит ток и обладает высоким сопротивлением электрическому току при комнатной температуре . Чистый порошок MgO имеет относительную диэлектрическую проницаемость от 3,2 до 9,9 с приблизительными диэлектрическими потерями tan (δ) > 2,16x10 ³ на частоте 1 кГц. ^{[5] [6] [7]} ${\displaystyle k}$

Производство

Оксид магния получают путем прокаливания карбоната магния или гидроксида магния . Последний получают обработкой хлорида магния MgCl .
₂растворы, обычно морская вода, с известковой водой или известковым молоком. ^[13]

Mg ²⁺ + Ca(OH) ₂ → Mg(OH) ₂ + Ca ²⁺

При прокаливании при разных температурах образуется оксид магния с разной реакционной способностью. Высокие температуры (1500–2000 °C) уменьшают доступную площадь поверхности и образуют обожженную (часто называемую обожженной) магнезию, инертную форму, используемую в качестве огнеупора . При температуре обжига 1000–1500 °C образуется твердообожженная магнезия, имеющая ограниченную реакционную способность, а при прокаливании при более низкой температуре (700–1000 °C) образуется легкообожженная магнезия, реактивная форма, также известная как каустическая прокаленная магнезия. Хотя некоторое разложение карбоната до оксида происходит при температуре ниже 700 °C, полученные материалы, по-видимому, повторно поглощают углекислый газ из воздуха. ^{[ нужна цитата ]}

Приложения

Огнеупорный изолятор

MgO ценится как огнеупорный материал , т.е. твердое вещество, которое физически и химически стабильно при высоких температурах. Он обладает такими полезными свойствами, как высокая теплопроводность и низкая электропроводность. Согласно справочнику 2006 года: ^[14]

Безусловно, крупнейшим потребителем магнезии в мире является огнеупорная промышленность, которая потребляла около 56% магнезии в Соединенных Штатах в 2004 году, а остальные 44% использовались в сельском хозяйстве, химической, строительной, экологической и других отраслях промышленности.

MgO используется в качестве огнеупорного материала для тиглей . Он также используется в качестве изолятора в термостойких электрических кабелях .

Нагревательные элементы

Он широко используется в качестве электрического изолятора в нагревательных элементах трубчатой ​​конструкции , например, в нагревательных элементах электрических плит и варочных панелей . Доступно несколько размеров ячеек , наиболее часто используемые из них — 40 и 80, согласно Американскому литейному обществу . Широкое применение обусловлено его высокой диэлектрической прочностью и средней теплопроводностью. MgO обычно измельчают и уплотняют с минимальными воздушными зазорами или пустотами.

Цемент

MgO является одним из компонентов портландцемента на установках сухого способа производства .

В цементе Сорел в качестве основного компонента используется MgO в сочетании с MgCl ₂ и водой.

Удобрения

MgO занимает важное место в качестве коммерческого удобрения для растений ^[15] и корма для животных. ^[16]

Огнезащита

Это основной противопожарный ингредиент строительных материалов. Как строительный материал, стеновые плиты из оксида магния имеют несколько привлекательных характеристик: огнестойкость, устойчивость к термитам, влагостойкость, устойчивость к плесени и грибку, а также прочность, но также и серьезный недостаток, поскольку они притягивают влагу и могут вызвать повреждение влаги окружающими материалами ^{[17]. [14]} [1]

Медицинский

Оксид магния используется для облегчения изжоги и расстройства желудка, в качестве антацида , добавки магния и как слабительное кратковременного действия . Он также используется для облегчения симптомов расстройства желудка . Побочные эффекты оксида магния могут включать тошноту и спазмы. ^[18] В количествах, достаточных для получения слабительного эффекта, побочные эффекты длительного применения могут редко вызывать образование энтеролитов , что приводит к непроходимости кишечника . ^[19]

Обработка отходов

Оксид магния широко используется при восстановлении почвы и грунтовых вод , очистке сточных вод, очистке питьевой воды, очистке выбросов в воздух и переработке отходов из-за его кислотной буферной способности и связанной с этим эффективности в стабилизации растворенных соединений тяжелых металлов. ^{[ по мнению кого? ]}

Многие виды тяжелых металлов, такие как свинец и кадмий , хуже всего растворимы в воде в слабоосновных условиях (рН в диапазоне 8–11). Растворимость металлов увеличивает их нежелательную биодоступность и подвижность в почве и грунтовых водах. Гранулированный MgO часто смешивают с загрязняющей металлы почвой или отходами, которые также обычно имеют низкий pH (кислый), чтобы довести pH до диапазона 8–10. Комплексы гидроксидов металлов имеют тенденцию выпадать в осадок из водного раствора в диапазоне рН 8–10.

MgO упаковывается в мешки вокруг трансурановых отходов в ячейках (панелях) захоронения на Опытном заводе по изоляции отходов в качестве поглотителя CO ₂ для минимизации комплексообразования урана и других актинидов с карбонат- ионами и, таким образом, для ограничения растворимости радионуклидов . Использование MgO предпочтительнее CaO , поскольку образующийся продукт гидратации ( Mg(OH)
₂) менее растворим и выделяет меньше тепла при гидратации . Еще одним преимуществом является установление более низкого значения pH (около 10,5) в случае случайного попадания воды в слои сухой соли по сравнению с более растворимым Ca(OH).
₂что создаст более высокий pH 12,5 (сильно щелочные условия). мг _²⁺
Поскольку катион является вторым по распространенности катионом в морской воде и каменной соли , ожидается, что потенциальное высвобождение ионов магния, растворяющихся в рассолах , проникающих в глубокие геологические хранилища, также сведет к минимуму геохимические нарушения. ^[20]

Нишевое использование

Неполированный кристалл MgO

• В качестве пищевой добавки используется как средство против слеживания . Управлению по контролю за продуктами и лекарствами США известно о продуктах из какао; консервированный горошек; и замороженный десерт. ^[21] Он имеет номер E E530.
• В качестве реагента в установке карбоксибензильной (Cbz) группы используют бензилхлорформиат в EtOAc для N- защиты аминов и амидов . ^[22]
• Легирование MgO (около 1–5% по массе) в гидроксиапатит , биокерамический минерал, увеличивает вязкость разрушения за счет миграции к границам зерен, где он уменьшает размер зерна и изменяет режим разрушения с межзеренного на трансзеренный . ^{[23] [24]}
• В качестве оптического материала используется прессованный MgO. Он прозрачен от 0,3 до 7 мкм. Показатель преломления составляет 1,72 на расстоянии 1 мкм, а число Аббе — 53,58. Иногда его называют торговым знаком Eastman Kodak Irtran-5, хотя это обозначение устарело. Кристаллический чистый MgO доступен коммерчески и мало используется в инфракрасной оптике. ^[25]
• Аэрозольный раствор MgO используется в библиотечном деле и управлении коллекциями для раскисления бумажных изделий, находящихся в зоне риска. В этом процессе щелочность MgO (и подобных соединений) нейтрализует относительно высокую кислотность, характерную для бумаги низкого качества, тем самым замедляя скорость разрушения. ^[26]
• Оксид магния используется в качестве оксидного барьера в устройствах спинового туннелирования . Благодаря кристаллической структуре тонких пленок, которые могут быть нанесены, например, магнетронным распылением , он демонстрирует характеристики, превосходящие характеристики обычно используемого аморфного Al ₂ O ₃ . В частности, для MgO была достигнута спиновая поляризация около 85 % ^[27] против 40–60 % для оксида алюминия. ^[28] Величина туннельного магнитосопротивления также значительно выше для MgO (600% при комнатной температуре и 1100% при 4,2 К ^[29] ), чем у Al ₂ O ₃ (около 70% при комнатной температуре ^[30] ).

Историческое использование

• Исторически он использовался в качестве эталонного белого цвета в колориметрии из-за его хороших рассеивающих и отражательных свойств. ^[31] Его можно нанести на поверхность непрозрачного материала, чтобы сформировать интегрирующую сферу .
• Ранние конструкции газовых колпаков для освещения, такие как корзина Кламонда , состояли в основном из оксида магния.

Меры предосторожности

Вдыхание паров оксида магния может вызвать лихорадку от паров металлов . ^[32]

Смотрите также

• Оксид кальция  - Химическое соединение кальция.
• Оксид бария  - химическое соединение, используемое в электронно-лучевых трубках.
• Силикат кальция  - химическое соединение, встречающееся в природе в виде минерала ларнита.
• Сульфид магния  - неорганическое соединение, образующееся при производстве металлического железа.
• Реактивная магнезия  – химическое соединениеСтраницы, отображающие описания викиданных в качестве запасного варианта

Примечания

1. При комнатной температуре. ^{[5] [6] [7]}

Рекомендации

1. Хейнс, Уильям М., изд. (2011). Справочник CRC по химии и физике (92-е изд.). Бока-Ратон, Флорида: CRC Press . п. 4.74. ISBN 1-4398-5511-0.
2. Таврический, ОЕ; Спрингборг, М.; Кристенсен, штат Невада (1985). «Самосогласованные электронные структуры MgO и SrO» (PDF) . Твердотельные коммуникации . 55 (4): 351–5. Бибкод : 1985SSCom..55..351T. дои : 10.1016/0038-1098(85)90622-2. Архивировано из оригинала (PDF) 3 марта 2016 г. Проверено 27 марта 2012 г.
3. Хейнс, Уильям М., изд. (2011). Справочник CRC по химии и физике (92-е изд.). Бока-Ратон, Флорида: CRC Press . п. 4.133. ISBN 1-4398-5511-0.
4. Применение соединений магния для изолирующих теплопроводящих наполнителей. Архивировано 30 декабря 2013 г. в Wayback Machine . konoshima.co.jp
5. AP, Джонсон (ноябрь 1986 г.). Структурные и электрические свойства порошков оксида магния (Мастерс). Даремский университет.
6. Субраманиан, Массачусетс; Шеннон, РД; Чай, BHT; Авраам, ММ; Винтерсгилл, MC (ноябрь 1989 г.). «Диэлектрические проницаемости BeO, MgO и CaO двухтерминальным методом». Физика и химия минералов . 16 (8): 741–746. Бибкод : 1989PCM....16..741S. дои : 10.1007/BF00209695. ISSN  0342-1791. S2CID  95280958.
7. Хорнак, Ярослав; Трнка, Павел; Кадлец, Петр; Михал, Ондржей; Ментлик, Вацлав; Шутта, Павол; Чаньи, Гергеи; Тамус, Золтан (30 мая 2018 г.). «Наночастицы оксида магния: диэлектрические свойства, функционализация поверхности и улучшение изоляционных свойств композитов на основе эпоксидной смолы». Наноматериалы . 8 (6): 381. дои : 10.3390/nano8060381 . ISSN  2079-4991. ПМК 6027305 . ПМИД  29848967. 
8. Хейнс, Уильям М., изд. (2011). Справочник CRC по химии и физике (92-е изд.). Бока-Ратон, Флорида: CRC Press . п. 5.15. ISBN 1-4398-5511-0.
9. Хейнс, Уильям М., изд. (2011). Справочник CRC по химии и физике (92-е изд.). Бока-Ратон, Флорида: CRC Press . п. 5.2. ISBN 1-4398-5511-0.
10. Карманный справочник NIOSH по химическим опасностям. «#0374». Национальный институт охраны труда и здоровья (NIOSH).
11. Чжу, Цян; Оганов А.Р.; Ляхов А.О. (2013). «Новые стабильные соединения в системе Mg-O под высоким давлением» (PDF) . Физ. хим. хим. Физ . 15 (20): 7696–7700. Бибкод : 2013PCCP...15.7696Z. дои : 10.1039/c3cp50678a. PMID  23595296. Архивировано из оригинала (PDF) 3 декабря 2013 г. Проверено 6 ноября 2013 г.
12. Мэй, AB; О. Хеллман; К. М. Шлепюц; А. Рокетт; Т.-Ц. Чан; Л. Хультман; И. Петров ; Дж. Э. Грин (2015). «Термодиффузное рентгеновское рассеяние на отражение для количественного определения соотношений дисперсии фононов». Физический обзор B . 92 (17): 174301. Бибкод : 2015PhRvB..92q4301M. дои : 10.1103/physrevb.92.174301 .
13. Маргарет Сигер; Уолтер Отто; Вильгельм Флик; Фридрих Бикельгаупт; Отто С. Аккерман. «Соединения магния». Энциклопедия промышленной химии Ульмана . Вайнхайм: Wiley-VCH. дои : 10.1002/14356007.a15_595.pub2. ISBN 978-3527306732.
14. Марк А. Шанд (2006). Химия и технология магнезии. Джон Уайли и сыновья. ISBN 978-0-471-65603-6. Проверено 10 сентября 2011 г.
15. Наука о питательных веществах. удобрение101.org. Проверено 26 апреля 2017 г.
16. Оксид магния для промышленности кормов для животных. lehvoss.de
17. Мармол, Гонсало; Савастано, Холмер (июль 2017 г.). «Исследование деградации нетрадиционного цемента MgO-SiO 2 , армированного лигноцеллюлозными волокнами». Цемент и бетонные композиты . 80 : 258–267. doi :10.1016/j.cemconcomp.2017.03.015.
18. Оксид магния. МедлайнПлюс. Последний отзыв: 01.02.2009.
19. Татекава Ю., Накатани К., Исии Х. и др. (1996). «Тонкокишечная непроходимость, вызванная лекарственным безоаром: сообщение о случае». Хирургия сегодня . 26 (1): 68–70. дои : 10.1007/BF00311997. PMID  8680127. S2CID  24976010.
20. wipp.energy.gov Пошаговое руководство по обращению с отходами в WIPP. Пилотная установка по изоляции отходов. Wipp.energy.gov
21. «Краткая информация о соединениях для CID 14792 - оксид магния» . ПабХим.
22. Димики, М. (1 февраля 1989 г.). «Получение метиловых и этиловых эфиров карбобензокси- L -тирозина и соответствующих карбобензоксигидразидов». Органические препараты и процедуры International . 21 (1): 83–90. дои : 10.1080/00304948909356350. ISSN  0030-4948.
23. Тан, Калифорния; Ягуби, А.; Рамеш, С.; Адзила, С.; Пурболаксоно Дж.; Хасан, Массачусетс; Катти, М.Г. (декабрь 2013 г.). «Спекание и механические свойства нанокристаллического гидроксиапатита, легированного MgO» (PDF) . Керамика Интернешнл . 39 (8): 8979–8983. doi :10.1016/j.ceramint.2013.04.098. Архивировано из оригинала (PDF) 12 марта 2017 г. Проверено 8 августа 2015 г.
24. Тан, Чжоу Юн; Сингх, Рамеш; Толуэй, Р.; Сопян, Иис; Тенг, Ван Дунг (2011). «Синтез высокой вязкости разрушения гидроксиапатитовой биокерамики». Передовые исследования материалов . 264–265: 1849–1855. doi : 10.4028/www.scientific.net/amr.264-265.1849. ISSN  1662-8985. S2CID  137578750.
25. Стивенс, Роберт Э. и Малитсон, Ирвинг Х. (1952). «Показатель преломления оксида магния». Журнал исследований Национального бюро стандартов . 49 (4): 249–252. дои : 10.6028/jres.049.025 .
26. «Массовое раскисление: сохранение письменного слова». Библиотека Конгресса . Проверено 26 сентября 2011 г.
27. Паркин, SSP; Кайзер, К.; Панчула, А.; Райс, ПМ; Хьюз, Б.; Самант, М.; Ян, SH (2004). «Гигантское туннельное магнитосопротивление при комнатной температуре с туннельными барьерами MgO (100)». Природные материалы . 3 (12): 862–867. Бибкод : 2004NatMa...3..862P. дои : 10.1038/nmat1256. PMID  15516928. S2CID  33709206.
28. Монсма, диджей; Паркин, SSP (2000). «Спиновая поляризация туннельного тока от границ раздела ферромагнетик/Al ₂ O ₃ с использованием сверхпроводящих пленок алюминия, легированного медью». Письма по прикладной физике . 77 (5): 720. Бибкод : 2000АпФЛ..77..720М. дои : 10.1063/1.127097.
29. Икеда, С.; Хаякава, Дж.; Асидзава, Ю.; Ли, Ю.М.; Миура, К.; Хасэгава, Х.; Цунода, М.; Мацукура, Ф.; Оно, Х. (2008). «Туннельное магнитосопротивление 604% при 300 К за счет подавления диффузии Та в псевдоспиновых клапанах CoFeB/MgO/CoFeB, отожженных при высокой температуре». Письма по прикладной физике . 93 (8): 082508. Бибкод : 2008ApPhL..93h2508I. дои : 10.1063/1.2976435. S2CID  122271110.
30. Ван, Д.; Нордман, К.; Дотон, Дж. М.; Цянь, З.; Финк, Дж.; Ван, Д.; Нордман, К.; Дотон, Дж. М.; Цянь, З.; Финк, Дж. (2004). «70% TMR при комнатной температуре для сэндвич-переходов SDT с CoFeB в качестве свободного и опорного слоев». Транзакции IEEE по магнетизму . 40 (4): 2269. Бибкод : 2004ITM....40.2269W. CiteSeerX 10.1.1.476.8544 . дои : 10.1109/TMAG.2004.830219. S2CID  20439632. 
31. Теллекс, Питер А.; Уолдрон, Джек Р. (1955). «Отражение оксида магния». ДЖОСА . 45 (1): 19. дои :10.1364/JOSA.45.000019.
32. Оксид магния. Национальный реестр загрязнителей, правительство Австралии.

Внешние ссылки

• Страница данных в UCL
• Страница данных по керамике в NIST
• Карманный справочник NIOSH по химическим опасностям в CDC