Сульфат магния или магниевый купорос — химическое соединение , соль с формулой MgSO4 , состоящая из катионов магния Mg2 + (20,19% по массе) и сульфатных анионов SO 2−4. Это белое кристаллическое вещество , растворимое в воде, но не растворимое в этаноле .
Сульфат магния обычно встречается в форме гидрата MgSO4 · nH2O , для различных значений n от 1 до 11. Наиболее распространенным является гептагидрат MgSO4 · 7H2O , [1] известный как соль Эпсома , который является бытовым химикатом со многими традиционными применениями, включая соль для ванн . [ 2 ]
Основное применение сульфата магния — в сельском хозяйстве, для исправления дефицита магния в почвах (важнейшего питательного вещества для растений из-за роли магния в хлорофилле и фотосинтезе ). Для этого использования предпочтителен моногидрат; к середине 1970-х годов его производство составляло 2,3 миллиона тонн в год. [ 3] Безводная форма и несколько гидратов встречаются в природе в виде минералов , а соль является важным компонентом воды из некоторых источников .
Сульфат магния может кристаллизоваться в виде нескольких гидратов , в том числе:
По состоянию на 2017 год существование декагидрата, по-видимому, не подтверждено. [9]
Все гидраты теряют воду при нагревании. Выше 320 °C стабильна только безводная форма. Она разлагается без плавления при 1124 °C на оксид магния (MgO) и триоксид серы ( SO3 ).
Свое общее название «соль Эпсома» гептагидрат получил от горько-солевого источника в Эпсоме в графстве Суррей , Англия, где соль добывалась из источников, которые возникали там, где пористый мел Норт -Даунса встречался с непроницаемой лондонской глиной .
Гептагидрат легко теряет один эквивалент воды, образуя гексагидрат.
Это естественный источник магния и серы . Английские соли обычно используются в солях для ванн , эксфолиантах , миорелаксантах и обезболивающих. Однако они отличаются от солей Эпсома, которые используются в садоводстве, поскольку содержат ароматизаторы и отдушки, не подходящие для растений. [10]
Моногидрат сульфата магния, или кизерит, можно получить, нагревая гептагидрат до 120 °C. [11] Дальнейшее нагревание до 250 °C дает безводный сульфат магния. [11] Кизерит проявляет моноклинную симметрию при давлениях ниже 2,7 ГПа, после чего он переходит в фазу триклинной симметрии. [6]
Ундекагидрат MgSO 4 ·11H 2 O , меридианит , стабилен при атмосферном давлении только ниже 2 °C. Выше этой температуры он сжижается в смесь твердого гептагидрата и насыщенного раствора . Он имеет эвтектическую точку с водой при −3,9 °C и 17,3% (масс.) MgSO 4 . [7] Крупные кристаллы можно получить из растворов соответствующей концентрации, выдерживаемых при 0 °C в течение нескольких дней. [7]
При давлении около 0,9 ГПа и температуре 240 К меридианит разлагается на смесь льда VI и эннеагидрата MgSO 4 ·9H 2 O. [9]
Эннеагидрат MgSO4 · 9H2O был идентифицирован и охарактеризован лишь недавно, хотя его , по-видимому , легко получить (охлаждением раствора MgSO4 и сульфата натрия Na2SO4 в подходящих пропорциях) .
Структура моноклинная, с параметрами элементарной ячейки при 250 К: a = 0,675 нм , b = 1,195 нм, c = 1,465 нм, β = 95,1°, V = 1,177 нм 3 с Z = 4. Наиболее вероятная пространственная группа — P21/c. Селенат магния также образует эннеагидрат MgSeO 4 ·9H 2 O , но с другой кристаллической структурой. [9]
Как Mg 2+ и SO2−4Ионы являются соответственно вторыми по распространенности катионами и анионами , присутствующими в морской воде после Na + и Cl − , сульфаты магния являются распространенными минералами в геологических средах. Их возникновение в основном связано с гипергенными процессами. Некоторые из них также являются важными составляющими эвапоритовых отложений калийно -магниевых (K-Mg) солей.
Яркие пятна, обнаруженные космическим аппаратом Dawn в кратере Оккатор на карликовой планете Церера, в наибольшей степени соответствуют отраженному свету от гексагидрата сульфата магния. [12]
Почти все известные минералогические формы MgSO 4 являются гидратами. Эпсомит является природным аналогом «английской соли». Меридианит , MgSO 4 ·11H 2 O , был обнаружен на поверхности замерзших озер и, как полагают, также встречается на Марсе. Гексагидрит является следующим более низким гидратом. Три следующих более низких гидрата – пентагидрит, старкеит и особенно сандерит – встречаются редко. Кизерит является моногидратом и распространен среди эвапоритовых отложений. Безводный сульфат магния был обнаружен в некоторых горящих угольных отвалах .
Сульфат магния обычно получают непосредственно из высохших озерных лож и других природных источников. Его также можно получить путем реакции магнезита ( карбоната магния , MgCO3 ) или магнезии ( оксида , MgO) с серной кислотой ( H2SO4 ):
Другим возможным методом является обработка морской воды или промышленных отходов, содержащих магний, с целью осаждения гидроксида магния и реакции осадка с серной кислотой .
Также гептагидрат сульфата магния ( эпсомит , MgSO4 · 7H2O ) получают путем растворения моногидрата сульфата магния ( кизерита , MgSO4 · H2O ) в воде и последующей кристаллизацией гептагидрата.
Релаксация сульфата магния является основным механизмом, который вызывает поглощение звука в морской воде на частотах выше 10 кГц [13] ( акустическая энергия преобразуется в тепловую энергию ). Более низкие частоты меньше поглощаются солью, поэтому низкочастотный звук распространяется дальше в океане. Борная кислота и карбонат магния также способствуют поглощению. [14]
Сульфат магния применяют как наружно (в виде английской соли), так и внутрь.
Основное наружное применение — это формула в виде солей для ванн , особенно для ванн для ног, чтобы успокоить боль в ногах. Такие ванны, как утверждается, также успокаивают и ускоряют выздоровление от мышечной боли, болезненности или травм. [15] Потенциальные эффекты сульфата магния для здоровья отражены в медицинских исследованиях о влиянии магния на резистентную депрессию [16] и в качестве анальгетика при мигрени и хронической боли . [17] Сульфат магния изучался при лечении астмы , [18] преэклампсии и эклампсии . [19]
Сульфат магния обычно является основным компонентом концентрированного солевого раствора, используемого в изоляционных резервуарах для увеличения его удельного веса примерно до 1,25–1,26. Такая высокая плотность позволяет человеку без усилий плавать на поверхности воды в закрытом резервуаре, исключая стимуляцию как можно большего числа внешних чувств.
В Великобритании лекарство, содержащее сульфат магния и фенол , называемое «пастой для рисования», полезно при небольших нарывах или локализованных инфекциях [20] , а также при удалении заноз. [21]
Внутрь сульфат магния можно вводить перорально, дыхательным или внутривенным путем. Внутреннее применение включает заместительную терапию дефицита магния , [22] лечение острых и тяжелых аритмий , [23] как бронходилататор при лечении астмы , [24] профилактика эклампсии [25] и церебрального паралича , [26] [27] токолитическое средство , [28] и как противосудорожное средство . [28]
Его также можно использовать как слабительное . [29]
В сельском хозяйстве сульфат магния используется для увеличения содержания магния или серы в почве . Чаще всего его применяют для горшечных растений или для культур, которым требуется магний, таких как картофель , томаты , морковь , перец , лимоны и розы . Преимущество сульфата магния перед другими магниевыми почвенными добавками (такими как доломитовая известь ) заключается в его высокой растворимости , что также позволяет проводить внекорневую подкормку . Растворы сульфата магния также имеют почти нейтральный pH по сравнению со слабощелочными солями магния, содержащимися в известняке ; поэтому использование сульфата магния в качестве источника магния для почвы не приводит к значительному изменению pH почвы . [28] Вопреки распространенному мнению, что сульфат магния способен бороться с вредителями и слизняками, способствует прорастанию семян, образованию большего количества цветов, улучшает усвоение питательных веществ и является экологически чистым, он не выполняет ни одного из заявленных требований, за исключением устранения дефицита магния в почве. Сульфат магния может даже загрязнять воду, если используется в чрезмерных количествах. [30]
Сульфат магния исторически использовался для лечения отравления свинцом до разработки хелатной терапии , поскольку предполагалось, что любой проглоченный свинец будет осажден сульфатом магния и впоследствии выведен из пищеварительной системы . [31] Это применение нашло особенно широкое применение среди ветеринаров в начале-середине 20-го века; соль Эпсома уже была доступна на многих фермах для сельскохозяйственного использования, и ее часто прописывали для лечения сельскохозяйственных животных, которые непреднамеренно проглотили свинец. [32] [33]
Сульфат магния используется как:
Безводный сульфат магния обычно используется в качестве осушителя в органическом синтезе из-за его сродства к воде и совместимости с большинством органических соединений. Во время обработки органическая фаза обрабатывается безводным сульфатом магния. Затем гидратированное твердое вещество удаляется фильтрацией , декантацией или перегонкой ( если температура кипения достаточно низкая). Другие неорганические сульфатные соли, такие как сульфат натрия и сульфат кальция, могут использоваться таким же образом.
Сульфат магния используется для приготовления определенных цементов путем реакции между оксидом магния и раствором сульфата магния, которые обладают хорошей связующей способностью и большей устойчивостью, чем портландцемент . Этот цемент в основном используется в производстве легких изоляционных панелей, хотя его плохая водостойкость ограничивает его применение.
Сульфат магния (или натрия) также используется для испытания заполнителей на прочность в соответствии со стандартом ASTM C88, когда нет записей об эксплуатации материала, подвергавшегося воздействию реальных погодных условий. Испытание выполняется путем многократного погружения в насыщенные растворы с последующей сушкой в печи для дегидратации соли, осажденной в проницаемых поровых пространствах . Внутренняя расширяющая сила, полученная в результате регидратации соли при повторном погружении, имитирует расширение воды при замерзании .
Сульфат магния также используется для проверки устойчивости бетона к внешнему воздействию сульфатов (ESA).
Гептагидрат сульфата магния также используется для поддержания концентрации магния в морских аквариумах, которые содержат большое количество каменистых кораллов , поскольку он медленно истощается в процессе их кальцификации . В морском аквариуме с дефицитом магния концентрации кальция и щелочности очень трудно контролировать, поскольку магния недостаточно для стабилизации этих ионов в соленой воде и предотвращения их спонтанного осаждения в карбонат кальция . [38]
Существуют двойные соли , содержащие сульфат магния. Существует несколько известных как сульфаты магния натрия и сульфаты магния калия . Смешанный гептагидрат сульфата меди и магния (Mg,Cu)SO 4 ·7H 2 O был обнаружен в хвостах шахт и получил название минерала альперсит . [39]
рекомендации ACLS касались использования магния при остановке сердца с полиморфной желудочковой тахикардией (т. е. torsades de pointes) или подозрением на гипомагниемию, и это не было пересмотрено в обновлении рекомендаций 2015 года. В этих предыдущих рекомендациях рекомендовалась дефибрилляция для прекращения полиморфной ЖТ (т. е. torsades de pointes) с последующим рассмотрением внутривенного введения сульфата магния, если она является вторичной по отношению к длинному интервалу QT.
Лечение острого отравления свинцом заключается в эвакуации содержимого желудка, при необходимости, введении сульфата натрия или магния и выполнении показаний по мере их поступления. Соли Эпсома и Глаубера действуют как химические антидоты, осаждая нерастворимый сульфат свинца, а также, если их слишком много, опорожняют кишечник от образовавшегося соединения.
Udall (1) предполагает, что цитрат натрия имеет некоторую ценность вместе с солями Эпсома, которые вызывают осаждение свинца в форме нерастворимого соединения. Nelson (3) сообщил о случае, когда пациент выжил после использования 20% раствора сульфата магния внутривенно, подкожно и перорально. McIntosh (5) предположил, что слабительные дозы солей Эпсома могут быть эффективны в сочетании со свинцом и преодолении токсичности.
Специфические противоядия от отравления металлами не были обнаружены, и единственное, что иногда приносило немного пользы, был сульфат магния, вызывающий осаждение нерастворимого сульфата свинца. Домашний термин для сульфата магния, конечно, английская соль.