magnèsio
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Chimica: generalità
sm. [sec. XIX; da magnesia]. Elemento chimico di simbolo Mg, peso atomico 24,30 e numero atomico 12. Nella crosta terrestre il magnesio è relativamente abbondante: è all'ottavo posto con una concentrazione del 2,35% in peso. Per la sua elevata reattività il magnesio non si trova mai allo stato nativo; il suo minerale più comune è la dolomite; molto diffusi sono anche i silicati di magnesio di origine eruttiva o metamorfica, come il serpentino, gli anfiboli e i pirosseni, il talco e l'amianto. Di notevole importanza tecnica sono il carbonato, la magnesite e un cloruro idrato di potassio e magnesio, la carnallite. L'acqua degli oceani contiene in media 1,27 g/l di magnesio e ne costituisce quindi un'enorme riserva naturale; tutte le acque potabili contengono piccole quantità di sali di magnesio, e quantità maggiori ne contengono varie acque minerali. Il magnesio è indispensabile alla vita: in particolare è presente nella molecola della clorofilla.
Chimica: caratteristiche
Dal punto di vista chimico il magnesio presenta un comportamento tipicamente metallico, che si inquadra in quello del gruppo dei metalli alcalino-terrosi cui esso appartiene. Puro, è lucente e di colore argenteo sulle superfici fresche, però all'aria diviene rapidamente opaco a causa della formazione di uno straterello di ossido. Fonde a 651 ºC e bolle a 1107 ºC; ha un peso specifico di 1,72, molto basso per un metallo, ed è abbastanza duttile e malleabile. Il magnesio in fili sottili, in polvere o in trucioli, può venir facilmente acceso e brucia molto rapidamente emettendo una luce vivissima (luce al magnesio). Gli acidi attaccano rapidamente il magnesio, più lentamente l'acqua, che lo trasforma nell'idrossido Mg(OH)2. Il magnesio metallico puro non può venir utilizzato per la fabbricazione di oggetti metallici per la precaria resistenza alla corrosione; trova però impiego nei laboratori chimici per la preparazione dei composti di Grignard, in fotografia (lampo al magnesio), nella preparazione di miscele pirotecniche, e in metallurgia dove è usato quale disossidante di metalli e di leghe, e soprattutto per ottenere leghe particolari. Per la fabbricazione di leghe superleggere (elektron, atesia, ecc.) vengono aggiunti al magnesio alluminio, zinco, manganese in percentuali variabili fino al massimo del 10% per alluminio, e zirconio e torio in quantità minori (0,5-1,5%). Tali leghe, oltre alla leggerezza, presentano buone caratteristiche meccaniche, di fonderia e di resistenza alla corrosione e pertanto sono utilizzate, oltre che nelle costruzioni aeronautiche e dei trasporti, anche in altri campi di applicazione come parti di apparecchiature di vario genere. In lega con altri metalli conferisce loro migliori caratteristiche; nelle ghise il magnesio favorisce, durante la solidificazione, la formazione di noduli o sferoidi di grafite (ghise sferoidali). Infine il magnesio è largamente usato nella preparazione di prodotti farmaceutici; suoi composti si utilizzano nella fabbricazione di cementi e di rivestimenti refrattari.
Chimica: la preparazione industriale del magnesio
Pur essendo largamente diffuso in natura, il magnesio è stato ottenuto sotto forma di elemento puro solo nel 1831 a opera di A. A. B. Bussy; l'utilizzazione del magnesio metallico, a causa delle notevoli difficoltà di preparazione, ha potuto diffondersi solo dopo la prima guerra mondiale. Per ottenere il magnesio occorrono speciali trattamenti di arricchimento e di depurazione dei minerali o dell'acqua di mare, attraverso i quali si ricavano il cloruro di magnesio (MgCl2) oppure l'ossido (MgO), molto puri. La preparazione industriale si realizza con due diversi processi riduttivi dei composti puri sopra indicati. Quello elettrolitico (simile a quello di fabbricazione dell'alluminio) consiste nella riduzione al catodo degli ioni Mg2+ presenti in miscele fuse opportunamente dosate di cloruri di magnesio, di calcio, di sodio, di potassio, oppure per elettrolisi dell'ossido MgO disciolto in floruri fusi (quest'ultimo processo è praticamente in disuso). Si opera a una temperatura di 700-750 ºC in celle rivestite di grafite, che funge da anodo, mentre i catodi sono costituiti da barre di ferro. Il cloruro di magnesio usato per l'elettrolisi deve essere perfettamente anidro. Il magnesio metallico viene purificato in presenza di opportuni fondenti rifondendolo e allontanando le impurità che si separano sul fondo del crogiolo: si ottiene così il comune magnesio commerciale, con un titolo del 99,8-99,9%, che per il prodotto destinato a usi speciali può venir elevato al 99,98-99,99% mediante sublimazione a 600 ºC nel vuoto spinto. Il processo di riduzione termica dell'ossido di magnesio riscaldato con carbonio non ha avuto pratica applicazione industriale per l'elevata temperatura di riduzione (oltre 2000 ºC) e la tendenza a riformarsi dell'ossido, evitabile solo attraverso tecniche complesse e onerose. Ampia applicazione ha invece avuto il processo termoriduttivo “Pidgeon” che si effettua con silicio o ferrosilicio alla temperatura di ca. 1200 ºC e che comporta la condensazione del metallo dalla fase vapore. Il metallo così ottenuto, che presenta già un elevato grado di purezza (intorno al 99,9%), viene rifuso in presenza di fondenti quali fluoruri e cloruri che affinano ulteriormente il bagno; viene poi colato in lingottiere nelle quali viene impedita l'ossidazione da parte dell'aria proteggendo la superficie libera con polvere di zolfo.
Chimica: i composti del magnesio
In tutti i suoi composti, il magnesio risulta esclusivamente bivalente. L'ossido, MgO, generalmente indicato con il nome di magnesia usta, è rappresentato in natura dal minerale periclasio, relativamente raro. Si forma bruciando all'aria il magnesio metallico ovvero calcinando l'idrossido o il carbonato. Presenta un punto di fusione elevatissimo, prossimo ai 2800 ºC, carattere che lo rende un ottimo materiale refrattario, largamente usato per preparare crogioli, rivestimenti per forni metallurgici, ecc. Con ossidi di metalli trivalenti, forma degli ossidi doppi che fanno parte del gruppo degli spinelli. L'idrossido, Mg(OH)2, costituisce in natura il minerale brucite. Precipita dalle soluzioni dei sali solubili di magnesio per aggiunta di una base forte: viene appunto ottenuto su scala industriale aggiungendo della calce all'acqua di mare. È praticamente insolubile in acqua ma facilmente solubile negli acidi diluiti, che lo trasformano nei corrispondenti sali di magnesio. Il cloruro di magnesio è presente nelle acque marine e minerali. È un sale bianco fortemente igroscopico, che conferisce queste proprietà anche al sale da cucina grezzo, il quale ne contiene sempre piccole quantità; è solubilissimo in acqua e ha sapore amaro, come in genere i sali di magnesio solubili. Il perclorato di magnesio, Mg(ClO4)2, è un solido bianco fortemente igroscopico che si usa in laboratorio col nome di anidrone per essiccare i gas. Il solfato di magnesio, MgSO4, si rinviene nei giacimenti salini di Stassfurt e di altre località sotto forma di monoidrato, la kieserite, MgSO4·H2O; il solfato eptaidrato MgSO4·7H2O, noto come sale di Epsom o epsomite, si rinviene anch'esso in alcuni giacimenti salini, ma il prodotto tecnico si prepara artificialmente neutralizzando l'acido solforico con ossido o carbonato di magnesio. A 48 ºC il solfato eptaidrato si trasforma in esaidrato e questo in monoidrato a 68 ºC. Il solfato di magnesio oltre che come purgante (sale amaro o sale inglese) trova impiego nell'industria della carta, in quella tessile (apprettatura) e nella fabbricazione degli smalti. Il carbonato di magnesio naturale, magnesite o giobertite, è generalmente impuro per la presenza di notevoli quantità di calcio, silice e silicati. Un prodotto più puro si ottiene attaccando la dolomite macinata e sospesa in acqua con biossido di carbonio sotto pressione; mentre il carbonato di calcio della dolomite non viene attaccato e si separa per filtrazione, il magnesio passa in soluzione sotto forma di idrogenicarbonato, Mg(HCO3)2. Riscaldando la soluzione, quest'ultimo si decompone in carbonato neutro, che precipita, e biossido di carbonio, che si recupera e torna in ciclo. Per precipitazione da una soluzione bollente di un sale di magnesio con carbonato di sodio si ottiene un carbonato basico di composizione variabile secondo le condizioni di precipitazione, noto in commercio come magnesia bianca farmaceutica o magnesia alba; la si usa come lassativo, come abrasivo nelle paste dentifricie, come carica per la carta o per materie plastiche sintetiche, ecc.
Biochimica e farmacologia
Il magnesio è un elemento dotato di importanti funzioni biologiche: i vegetali ne contengono elevate quantità, soprattutto nei tessuti in via di differenziazione (per esempio meristemi) e nelle foglie, dove il 10-20% del magnesio è presente nella molecola della clorofilla. Nei Mammiferi il magnesio costituisce il secondo catione, dopo il calcio, in ordine di abbondanza nei liquidi cellulari. Nell'uomo ricchi di magnesio sono soprattutto i muscoli e le ossa. Di norma il siero contiene 1,6 mEq/l di magnesio, in parte combinato con le proteine plasmatiche. Delle forti quantità di magnesio assunte con gli alimenti soltanto una piccola parte viene assorbita, dato che per la presenza del pH dell'intestino il magnesio forma idrossidi che hanno scarsa tendenza a superare la barriera intestinale. Sono note numerose funzioni fisiologiche del magnesio: esso è un attivatore di numerosi sistemi enzimatici che intervengono nel metabolismo dei carboidrati e dei lipidi; partecipa al processo di concentrazione delle catecolammine nei depositi delle fibre nervose adrenergiche; regola l'eccitabilità dei nervi e dei muscoli; attiva l'enzima adenosintrifosfatasi (ATP-asi), che ha un ruolo essenziale nel mantenimento del gradiente di concentrazione del potassio all'interno e all'esterno delle cellule. La diminuzione del tasso del magnesio nel sangue (ipomagnesemia) provoca spasmi e convulsioni muscolari di tipo tetanico, dovuti all'aumento dell'eccitabilità nervosa e muscolare. Tale condizione si osserva talora nei bovini che pascolano in prati con erba povera di magnesio (tetania da erba dei bovini). Nell'uomo si conosce uno stato di carenza magnesiaca, detto tetania normocalcemica, associato a un ridotto assorbimento intestinale dell'elemento e curabile mediante somministrazione di magnesio per via parenterale. Si ha pure ipomagnesemia negli alcolisti cronici, e tale carenza viene da taluni messa in rapporto con le manifestazioni cliniche del delirium tremens. Un fenomeno biochimico tipico degli stati di carenza di magnesio è costituito dal deficit muscolare del potassio. L'aumento delle concentrazioni ematiche del magnesio (ipermagnesemia) determina astenia e uno stato di simil-narcosi con depressione del sistema nervoso centrale e paralisi neuro-muscolare conseguente al blocco della liberazione di acetil-colina a livello dei nervi motori. Tale effetto è antagonizzato dalla somministrazione di calcio. A forti dosi il magnesio deprime inoltre il cuore e abbassa la pressione arteriosa per azione sui gangli simpatici. In medicina numerosi sali di magnesio vengono adoperati a scopo diagnostico o terapeutico; tra questi: il carbonato e l'ossido di magnesio (magnesia), usati per via orale come antiacidi, il trisilicato di magnesio, usato come astringente e antidiarroico, il citrato e il solfato di magnesio, che hanno proprietà purgative. Il solfato di magnesio ha inoltre la proprietà di aumentare il flusso biliare, con azione coleretica a piccole dosi e colagoga a dosi elevate. Vanno pure ricordati l'iposolfito di magnesio, usato come antiallergico, per via endovenosa nel trattamento dello shock anafilattico, e l'ascorbato di magnesio, usato come cardiodeprimente e neurodeprimente.