海水中鎂的含量是1.29g/L,僅次于氯和鈉,總蘊(yùn)藏量估計(jì)有2×1015t.
在陸地上,鎂的礦物主要是菱鎂礦（主要成分是MgCO3）.煅燒菱鎂礦可以得到氧化鎂,再加工成鎂.用這種方法制得的氧化鎂,純度不高,還要消耗大量的能源,并且污染環(huán)境.如果能從海水中提取鎂,不僅可以得到高純度的鎂,而且能耗低、沒(méi)有污染.所以海水提鎂在本世紀(jì)40年代開(kāi)創(chuàng)以來(lái),發(fā)展極快.目前世界上生產(chǎn)的鎂已有60％取自海水中.
那么,鎂是怎樣的一種金屬呢?怎樣從海水中提取鎂?從海水中提鎂的化學(xué)原理和方法對(duì)我們有什么啟示呢?
鎂和海水提鎂
鎂和鎂的化合物 鎂是現(xiàn)有最輕的結(jié)構(gòu)金屬.它在制取高強(qiáng)度的輕合金中有重要的地位.例如,一種含鎂80％（還含有鋁、銅、錫、錳、鈦等元素）的合金,密度只有1.8g/cm3,不足鋼鐵的1/4,卻有鋼鐵的強(qiáng)度,是制造汽車、飛機(jī)、火箭的重要材料.
鎂原子容易失去最外層的兩個(gè)電子,變成鎂離子（Mg2+）.因此,鎂的還原性較強(qiáng),可以用作冶煉一些金屬的還原劑.例如,四氯化鈦就是用鎂來(lái)還原成鈦的.鎂在空氣里點(diǎn)燃,放出大量的熱,產(chǎn)生耀眼的白光.利用這個(gè)性質(zhì),鎂可以用來(lái)制造照明彈等.
氧化鎂是白色粉末,味苦,俗稱苦土.土壤里含有少量氧化鎂,因此它有苦味.氧化鎂是離子化合物,熔點(diǎn)高達(dá)2800℃,在高溫下仍十分穩(wěn)定,因此是優(yōu)良的耐火材料.上海寶山鋼鐵廠所用的耐火材料,要求氧化鎂的純度在98％以上.氧化鎂在制造水泥、紙漿、醫(yī)藥、精煉石油和橡膠工業(yè)中也有許多用途.
鎂鹽的種類很多,有的很有實(shí)用價(jià)值.例如,運(yùn)動(dòng)員用來(lái)擦手的白色粉末,就是有很強(qiáng)吸濕能力的碳酸鎂.硫酸鎂是瀉鹽,可以醫(yī)治便秘和驅(qū)除蛔蟲.
海水提鎂 海水是含有多種離子的混合溶液,其中陽(yáng)離子有鈉離子、鉀離子和鎂離子等.海水提鎂,就是要把鎂離子跟其他陽(yáng)離子分離開(kāi)來(lái).利用離子反應(yīng)生成難溶物質(zhì),可以使某些離子從溶液中析出.那么,能不能向海水中加入一種離子,使鎂離子變成沉淀析出,而其他的陽(yáng)離子仍留在海水中呢?
【實(shí)驗(yàn)3－1】氯化鎂、氯化鈉跟堿溶液的反應(yīng)
在兩支試管里分別加入3mL氯化鎂溶液和氯化鈉溶液.再分別加入1mL氫氧化鈉溶液,觀察發(fā)生的現(xiàn)象.用澄清石灰水代替氫氧化鈉溶液,重復(fù)做上述實(shí)驗(yàn).
由實(shí)驗(yàn)知道,在氯化鈉溶液中加入氫氧化鈉溶液或石灰水,都不發(fā)生明顯的變化.而在氯化鎂溶液中加入氫氧化鈉溶液或石灰水,都生成白色沉淀,這種沉淀是氫氧化鎂.反應(yīng)的化學(xué)方程式是
MgCl2＋2NaOH=Mg(OH)2↓+2NaCl
MgCl2＋Ca(OH)2=Mg(OH)2↓+CaCl2
氯化鈉和氯化鎂都是電解質(zhì),它們的溶液中分別有鈉離子和鎂離子,這跟在海水中存在的形式一樣.因此,向海水中加入堿溶液,鎂離子也能轉(zhuǎn)變成氫氧化鎂,從而跟其他陽(yáng)離子分離.海水提鎂用的堿是廉價(jià)的石灰乳,它是利用海灘大量沉積的貝殼資源（主要成分是CaCO3）,經(jīng)煅燒成生石灰再溶于水制成的.
用海水提鎂時(shí),先把海水抽入特大的池中,倒入石灰乳,便生成氫氧化鎂的懸濁液.待沉淀沉降后取出沉淀,經(jīng)洗滌后得到純度很高的氫氧化鎂.它沒(méi)有多大用途,必須使它變成有用的氧化鎂和金屬鎂.
氫氧化鎂不穩(wěn)定,受熱后分解成氧化鎂和水.
Mg(OH)2MgO+H2O
要使+2價(jià)的鎂離子得到電子而還原成單質(zhì)鎂,是比較困難的.如果用類似煉鐵的方法冶煉鎂,需要很高的溫度.例如在2000℃下用焦炭還原氧化鎂,才能制得單質(zhì)鎂.這樣得到的鎂常含有較多的雜質(zhì).
MgO＋CMg＋CO↑
因此,工業(yè)上常用電解法使鎂離子在陰極得到電子,還原成單質(zhì)鎂.用電解的方法冶煉鎂,先要獲得含有鎂離子的熔融液.在鎂的化合物中,典型的離子化合物有氧化鎂和氯化鎂.氧化鎂的熔點(diǎn)太高（2800℃）,而氯化鎂的熔點(diǎn)要低得多（714℃）.所以人們選擇氯化鎂作為電解制取鎂的原料.
用鹽酸溶解氫氧化鎂（或氧化鎂）,再使溶液濃縮,就得到氯化鎂.
Mg(OH)2＋2HCl=MgCl2＋2H2O
圖3－2是電解熔融氯化鎂的示意圖.在熔融的氯化鎂中有能自由移動(dòng)的鎂離子.通入直流電后,氯離子向陽(yáng)極移動(dòng),在陽(yáng)極上失去電子,氧化成氯原子,兩個(gè)氯原子結(jié)合成1個(gè)氯分子；鎂離子向陰極移動(dòng),在陰極上得到電子,還原成單質(zhì)鎂.兩個(gè)電極上發(fā)生的反應(yīng)是
陽(yáng)極：2Cl--2e＝Cl2↑
陰極：Mg2+＋2e=Mg
總的電解反應(yīng)方程式可以表示如下：
MgCl2（熔融）Mg+Cl2↑
為了防止生成的鎂在高溫下被空氣中的氧氣氧化,電解時(shí)需要在特殊的真空環(huán)境下進(jìn)行.