Magnesio

Magnesio
12 Mg                                                                                                                                                                                                                                               sodio ← magnesio → alluminio
Aspetto
Aspetto dell'elemento Grigio argenteo
Linea spettrale Linea spettrale dell'elemento
Generalità
Nome, simbolo, numero atomico	magnesio, Mg, 12
Serie	metalli alcalino terrosi
Gruppo, periodo, blocco	2 (IIA), 3, s
Densità	1 738 kg/m³
Durezza	2,5
Configurazione elettronica	Configurazione elettronica
Termine spettroscopico	1S0
Proprietà atomiche
Peso atomico	24,3050 u
Raggio atomico (calc.)	150 pm
Raggio covalente	130 pm
Raggio di van der Waals	173 pm
Configurazione elettronica	[Ne]3s2
e− per livello energetico	2, 8, 2
Stati di ossidazione	2 (base forte)
Struttura cristallina	esagonale
Proprietà fisiche
Stato della materia	solido (paramagnetico)
Punto di fusione	923 K (650 °C)
Punto di ebollizione	1 363 K (1 090 °C)
Volume molare	14,00×10−6 m³/mol
Entalpia di vaporizzazione	127,4 kJ/mol
Calore di fusione	8,954 kJ/mol
Tensione di vapore	361 Pa a 923 K
Velocità del suono	4602 m/s a 293,15 K
Altre proprietà
Numero CAS	7439-95-4
Elettronegatività	1,31 (scala di Pauling)
Calore specifico	1 020 J/(kg·K)
Conducibilità elettrica	22,6×106 /m·Ω
Conducibilità termica	156 W/(m·K)
Energia di prima ionizzazione	737,7 kJ/mol
Energia di seconda ionizzazione	1 450,7 kJ/mol
Energia di terza ionizzazione	7 732,7 kJ/mol
Isotopi più stabili
iso NA TD DM DE DP 24Mg 78,99% È stabile con 12 neutroni 25Mg 10% È stabile con 13 neutroni 26Mg 11,01% È stabile con 14 neutroni
iso: isotopo NA: abbondanza in natura TD: tempo di dimezzamento DM: modalità di decadimento DE: energia di decadimento in MeV DP: prodotto del decadimento

Simboli di rischio chimico
attenzione
frasi H	228 - 250 - 260 - 261
consigli P	210 - 222 - 223 - 231+232 - 240 - 241 - 280 - 302+334 - 335+334 - 370+378 - 402+404 - 422 - 501 Conservare sotto gas inerte.
Le sostanze chimiche vanno manipolate con cautela
Avvertenze

Il magnesio è l'elemento chimico della tavola periodica degli elementi che ha come simbolo Mg e come numero atomico 12. È il secondo elemento del gruppo 2 (metalli alcalino terrosi) del sistema periodico, collocato tra il berillio e il calcio; si trova nel terzo periodo e fa parte del blocco s. È un metallo leggero e reattivo; nei suoi composti mostra quasi esclusivamente stato di ossidazione +2.

Il magnesio è l'ottavo elemento più abbondante e costituisce circa il 2% della crosta terrestre; inoltre è il terzo per abbondanza tra gli elementi disciolti nell'acqua di mare. In natura, per la sua elevata reattività, non esiste allo stato libero, ma si trova combinato con altri elementi. Questo metallo alcalino terroso è principalmente usato come agente legante nella produzione di leghe alluminio-magnesio.

Caratteristiche

Il magnesio è un metallo leggero, di colore bianco argenteo e abbastanza duro, che assume un aspetto opaco, per ossidazione superficiale, se esposto all'aria.La polvere di questo metallo si scalda e brucia con una fiamma bianca a contatto con l'aria. È difficile che si incendi quando viene conservato sotto forma di elementi di una certa mole, ma si infiamma facilmente se disposto in strisce o filamenti sottili (usato per le lampade fotografiche a flash).

Applicazioni

I composti di magnesio, soprattutto l'ossido di magnesio, sono usati principalmente come materiale refrattario nei rivestimenti delle fornaci per la produzione di ferro e acciaio, metalli non ferrosi, vetro e cemento. L'ossido di magnesio e altri composti sono usati anche in agricoltura (il magnesio è componente essenziale della clorofilla), e nell'industria chimica e delle costruzioni. L'utilizzo principale di questo elemento è come additivo nelle leghe con l'alluminio dato che ne migliora le proprietà meccaniche, tecnologiche (lavorabilità), e di saldatura. Le leghe alluminio-magnesio sono utilizzate soprattutto nelle lattine per le bevande, ma anche nei cerchi automobilistici.

I costi industriali in metallurgia sono prossimi a quelli dell'alluminio, ma a causa dell'infiammabilità le attrezzature devono essere dotate di apparati in atmosfera controllata, evitando il contatto con l'ossigeno atmosferico; questo incrementa anche se di poco il costo della produzione.

Altri utilizzi:

• Combinato in lega, specialmente con l'alluminio, è essenziale per componenti strutturali nell'industria missilistica, aeronautica, automobilistica e dei macchinari.
• Come additivo nei propellenti convenzionali e per la produzione di grafite nodulare nella produzione di ghisa.
• Come desolforante: per aiutare la rimozione dello zolfo dal ferro e dall'acciaio.
• Come agente riduttivo per la produzione di uranio puro e di altri metalli, partendo dai loro sali.
• L'idrossido di magnesio viene usato nel latte di magnesia, il cloruro di magnesio e il solfato di magnesio nei Sali di Epsom, e il magnesio citrato viene impiegato in medicina.
• La magnesite ossidata è utilizzata come rivestimento refrattario nelle fornaci.
• Sotto forma di polvere o di frammenti molto piccoli si incendia facilmente e la combustione avviene alla temperatura di 2200 °C e con forte produzione luminosa, per questo motivo viene impiegato nei razzi di segnalazione, nei flash fotografici di vecchia concezione (ora sostituiti dai flash elettronici), nei fuochi pirotecnici e nelle bombe incendiarie.
• Il carbonato di magnesio (MgCO₃) in polvere viene usato dagli atleti, o sportivi, come i ginnasti o i sollevatori di pesi, per migliorare la presa sugli attrezzi.
• Una barra di magnesio metallico viene usata come anodo sacrificale per la Protezione catodica negli impianti di riscaldamento domestico.
• Un tondino di magnesio può essere utilizzato come acciarino per l'accensione di un fuoco: questo si ottiene sfregando il tondino con un oggetto di acciaio avente uno spigolo acuto (come il dorso di un coltello), per ottenere filamenti e polvere che si incendiano cadendo su un'esca infiammabile (come carta, pagliuzze).

Principali agenti leganti

• Alluminio: unito a zinco e silicio aumenta la resistenza della lega, senza influenzare considerevolmente il comportamento allo scorrimento viscoso ad alta temperatura, creando l'elektron.
• Rame: aumenta la fluidità allo stato fuso sostituendo a questo scopo il berillio (bandito per la sua tossicità).
• Manganese: aggiunto in piccole dosi, serve a segregare le impurità di ferro, responsabili di una forte corrosione anodica a contatto con l'acqua salata.
• Terre rare: i metalli del gruppo dei lantanidi (cerio in particolare) e l'ittrio aumentano fortemente la resistenza delle leghe di magnesio alle alte temperature attraverso la formazione di precipitati duri e altofondenti.
• Torio: aggiunto alle leghe magnesio-zinco, aumenta la resistenza alle alte temperature, ma è altresì usato raramente per la sua radioattività.
• Zirconio: usato come affinatore di grano.
• Argento: aggiunto alle leghe magnesio-terre rare ne aumenta considerevolmente la resistenza a tutte le temperature.
• Scandio: migliora la resistenza allo scorrimento viscoso quando forma precipitati; se entra solo in soluzione, aumenta il punto di fusione complessivo della lega stessa.
• Litio: permette di raggiungere una densità notevolmente bassa, di 1,3 chilogrammi al decimetro cubo, ma conferisce al magnesio caratteristiche meccaniche inferiori.
• Calcio: anche il calcio diminuisce la densità.

Storia

Il nome prende origine dalla parola greca (Μαγνησία, Maghnesía) che indica una prefettura della Tessaglia nell'antica Grecia chiamata Magnesia, dalla quale prende il nome, per alterazione, anche il manganese. Il termine magnesia veniva in passato attribuito dagli alchimisti a numerose sostanze, chimicamente diverse ma simili per consistenza e colore, estratte nel territorio della città.

Joseph Black, in Inghilterra, riconobbe il magnesio come elemento nel 1755, Sir Humphrey Davy lo isolò elettroliticamente nel 1808 da una miscela di magnesia e ossido di mercurio, mentre Antoine Bussy lo preparò in forma coerente nel 1831.
Si trova in grossi giacimenti di magnesite, dolomite e altri minerali.

Disponibilità

Il magnesio viene ottenuto principalmente dall'elettrolisi di cloruro di magnesio fuso, presente in salamoie e acqua di mare. Anche se il magnesio si trova in oltre 60 minerali, solo dolomite, magnesite, brucite, carnallite e olivina sono di importanza commerciale.

Isotopi

Dell'elemento magnesio si conoscono almeno 22 isotopi, con numeri di massa che vanno da A = 19 ad A = 40. Tra questi, gli isotopi naturali dell'elemento sono i tre che seguono, con le loro abbondanze relative in parentesi: ²⁴Mg (78,99%, il più abbondante), ²⁵Mg (10%) e ²⁶Mg (11,01%). Questi sono i soli isotopi stabili del magnesio, i restanti sono tutti radioattivi.

Il ²⁵Mg è l'unico isotopo stabile di magnesio ad avere spin (5/2) e pertanto può essere usato per la risonanza magnetica nucleare dei composti di magnesio.

Il magnesio-26 è un isotopo stabile ed ha trovato applicazione in geologia isotopica, similmente all'alluminio. Il ²⁶Mg è il prodotto di decadimento β⁻ del ²⁶Al (con un'emivita di 7,17×10⁵ anni). All'interno di alcune meteoriti sono stati riscontrati arricchimenti di ²⁶Mg; tale abbondanza anomala è stata attribuita alla presenza di alluminio-26, che lo produce per decadimento. Se ne deduce che le meteoriti devono essersi formate nella nebulosa solare prima che il ²⁶Al si esaurisse.

Isotopi radioattivi

Il ²²Mg (spin 0) decade per emissione di positrone (β⁺) a sodio-22 (Q = 3,763 MeV, T_1/2 = 3,876 secondi), il quale poi decade β⁺ a neon-22, stabile.

Il ²³Mg (spin 3/2) decade β⁺ a sodio-23 (Q = 3,034 MeV, T_1/2 = 11,32 secondi), stabile.

Il ²⁷Mg (spin 1/2) decade β⁻ a alluminio-27 (Q = 2,610 MeV, T_1/2 = 9,458 minuti), stabile.

Il ²⁸Mg (spin 0) decade β⁻ a alluminio-28 (Q = 1,832 MeV, T_1/2 = 20,915 ore, il più longevo), il quale poi decade β⁻ a silicio-28, stabile.

Precauzioni

Reazione di combustione del magnesio in aria.

Il magnesio in forma pura è altamente infiammabile, specialmente se in polvere. Brucia con una fiamma bianca dalla luce accecante.

Il magnesio sotto forma di polvere reagisce rapidamente e in maniera esotermica a contatto con l'aria o l'acqua e deve essere maneggiato con cura. Non si deve mai usare acqua per estinguere un fuoco di magnesio. Il magnesio acceso a contatto con il vapore acqueo, reagisce:

${\ce {Mg + H2O -> MgO + H2}}$

La reazione produce idrogeno (H₂) che può infiammarsi ed esplodere a causa del calore sviluppato dalla reazione stessa.

Composti organici

Oltre che nelle rocce e nell'acqua marina, il magnesio è presente sia nel mondo vegetale sia in quello animale, di cui costituisce uno dei componenti essenziali. Dalla cessione dei due elettroni che si trovano nello strato più esterno dell'atomo di magnesio si forma lo ione magnesio (Mg²⁺), che costituisce la forma reattiva dell'elemento, in grado di legarsi a macromolecole e di servire da cofattore enzimatico. Come il carbonio si è selezionato fra gli altri elementi dall'evoluzione biologica per la formazione delle molecole organiche, così il magnesio è risultato il più adatto, per le sue proprietà stereochimiche, a legarsi in maniera reversibile a strutture macromolecolari come alcuni enzimi del metabolismo energetico.

Il magnesio ha una fondamentale importanza per le piante; la clorofilla, fondamentale per la cattura energetica dalla luce nella fotosintesi, è una porfirina che ha in posizione centrale un atomo di magnesio. Negli animali e nell'uomo, il magnesio è coinvolto nella sintesi e nell'utilizzo dell'ATP, importantissimo mediatore energetico, nei processi di glicolisi e di gluconeogenesi, nella sintesi e nella duplicazione degli acidi nucleici.

Il magnesio nell'alimentazione

Cibi contenenti magnesio

L'apporto quotidiano raccomandato di magnesio per un adulto è di 350 mg per gli uomini e 300 mg per le donne (Lichton, 1989), dose aumentabile fino a 450 mg nel periodo di gravidanza e allattamento. Il magnesio è responsabile di molti processi metabolici essenziali come la formazione dell'urea, la trasmissione degli impulsi muscolari, la trasmissione nervosa e la stabilità elettrica cellulare.

La mancanza di magnesio nell'organismo può portare a nausea e vomito, diarrea, ipertensione, spasmi muscolari, insufficienza cardiaca, confusione, tremiti, debolezza, cambiamenti di personalità, apprensione e perdita della coordinazione.

Il magnesio è contenuto in molti prodotti alimentari, come i cereali (soprattutto integrali), le noci (160 mg per 100 grammi di prodotto), le mandorle (200 mg), le arachidi (120 mg), il miglio e il grano saraceno (120÷140 mg), il cacao (400 mg), il germe di grano, le lenticchie, le verdure verdi (soprattutto spinaci) e anche nelle carni, nei farinacei e nei prodotti lattiero-caseari.

Esistono acque minerali ricche in sali di magnesio (acque magnesiache).

Salute

Diversi studi hanno evidenziato l'importanza di avere il giusto livello di magnesio nel corpo per ridurre i sintomi della COVID-19.

Saggio di riconoscimento

Il catione Mg²⁺ ha un suo saggio specifico di riconoscimento. Lo si scioglie in acido cloridrico diluito, per poi portarlo a pH fortemente basico (maggiore di 10) con ausilio di una soluzione di idrossido di sodio. Si ha la formazione di idrossido di magnesio. Questo composto in presenza di tiazolo (noto anche come giallo tiazolo) precipita colorando la soluzione di rosso.

Bibliografia

• Francesco Borgese, Gli elementi della tavola periodica. Rinvenimento, proprietà, usi. Prontuario chimico, fisico, geologico, Roma, CISU, 1993, ISBN 88-7975-077-1.
• R. Barbucci, A. Sabatini, P. Dapporto, Tavola periodica e proprietà degli elementi, Firenze, Edizioni V. Morelli, 1998 (archiviato dall'url originale il 22 ottobre 2010).
• Peter W. Atkins, Chimica Generale, Bologna, Zanichelli, 1992, ISBN 88-08-15276-6.

Voci correlate

• Diboruro di magnesio (superconduttore)
• Perossido di magnesio
• Perclorato di magnesio idrato
• Solfato di magnesio

Altri progetti

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• Wikizionario
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Collegamenti esterni

• magnesio, su Treccani.it – Enciclopedie on line, Istituto dell'Enciclopedia Italiana.
• Felice DE CARLI, Alberico BENEDICENTI e *, MAGNESIO, in Enciclopedia Italiana, Istituto dell'Enciclopedia Italiana, 1934.
• Gaspare MESSINA, MAGNESIO, in Enciclopedia Italiana, II Appendice, Istituto dell'Enciclopedia Italiana, 1949.
• Dante Buttinelli, MAGNESIO, in Enciclopedia Italiana, IV Appendice, Istituto dell'Enciclopedia Italiana, 1979.
• Magnesio, in Dizionario delle scienze fisiche, Istituto dell'Enciclopedia Italiana, 1996.
• Magnesio, in Dizionario di medicina, Istituto dell'Enciclopedia Italiana, 2010.
• Magnèṡio, su Vocabolario Treccani, Istituto dell'Enciclopedia Italiana.
• magnèsio, su sapere.it, De Agostini.
• Magnesio, in Dizionario di Economia e Finanza, Istituto dell'Enciclopedia Italiana, 2012.
• (EN) Timothy P. Hanusa, magnesium, su Enciclopedia Britannica, Encyclopædia Britannica, Inc.
• (EN) Opere riguardanti Magnesium, su Open Library, Internet Archive.