iso:isotopo NA: abbondanza in natura TD:tempo di dimezzamento DM: modalità di decadimento DE: energia di decadimento in MeV DP: prodotto del decadimento
Igiacimenti di carbonato naturale di magnesio furono scoperti inMoravia,Cecoslovacchia, e furono descritti da C.F. Ludwig cometalcum carbonatum nel1803. D.L.G. Karsten limitò per la prima volta il termine “magnesite” al carbonato naturale nel1808, e questo termine fu gradualmente accettato.[3]
Nel1886, furono scoperti giacimenti di magnesite inCalifornia, e nel1912, la magnesite macinata della California veniva utilizzata negli Stati Uniti occidentali per sostituire i materiali di qualità specifica importati. Nel1913, iniziò inPennsylvania la produzione diossido di magnesio perprecipitazione mediante l'uso di dolomite.[3]
Il magnesio metallico fu prodotto per la prima volta daSir Humphry Davy nel1808 medianteriduzione dell'ossido di magnesio con vapore dipotassio. La prima produzione industriale di magnesio fu intrapresa inFrancia da Deville e Caron nel1863 e prevedeva la riduzione di una miscela di cloruro di magnesio anidro efluoruro di calcio in presenza disodio.[3]
Nel1833,Michael Faraday ottenne magnesio medianteelettrolisi di cloruro di magnesio anidro fuso, e nel1852Robert Bunsen sviluppò unacella elettrolitica per questo scopo. Grazie all'uso di una modifica della cella elettrolitica di Bunsen, il magnesio metallico fu prodotto su scala pilota inGermania nel1886, e nel1909, fu avviata una produzione industriale limitata.[3]
Sebbene i composti organnici del magnesio siano conosciuti fin dagli ultimidecenni delXIX secolo, la loroinsolubilità inizialmente precludeva applicazioni generali. Nel1900, il giovane dottorando franceseVictor Grignard (1871–1935) ebbe l'idea di preparare questireagenti sfuggenti insoluzione. Si trattava di un concetto nuovo. La reazione di varialogenuri organici con nastri di magnesio (spesso chiamati "turnings") inetere portò a soluzioni stabili di reagenti organomagnesio che portano il nome di Grignard.[4]
In effetti, la sua prima pubblicazione del 1900 ebbe così tanto successo che molti chimici organici di tutto ilmondo applicarono immediatamente la sua procedura e Grignard ebbe successivamente difficoltà a trovare abbastanza esempi di applicazioni dei suoi reagenti ancora inedite per completare la suatesi didottorato. Questa scoperta fondamentale, per la quale gli fu assegnato ilPremio Nobel nel1912, rivoluzionò lachimica organica.[4]
Dell'elemento magnesio si conoscono almeno 22isotopi, connumeri di massa che vanno daA = 19 adA = 40. Tra questi, gli isotopi naturali dell'elemento sono:24Mg (78,99%, il piùabbondante),25Mg (10%) e26Mg (11,01%).[6] Questi sono i soli isotopi stabili del magnesio, i restanti sono tuttiradioattivi.[7]
Il25Mg è l'unico isotopo stabile di magnesio ad avere spin (5/2)[8] e pertanto può essere usato per larisonanza magnetica nucleare dei composti di magnesio.[9] Il26Mg è unisotopo stabile ed ha trovato applicazione ingeologia isotopica, similmente all'alluminio.[10]
Gli isotopi24,25 e26Mg sono prodotti all'interno dellestelle massicce, ma il24Mg è il più abbondante, e il bilancio totale di questo elemento è dominato dalle stelle massicce nellegalassie di formazione stellare durante la fusione delcarbonio e delneon nelnucleo, prima dell'esplosione dellasupernova.[11]
Gli isotopi25,26Mg sono prodotti principalmente nellestelle dimassa intermedia (IM)[12] nello strato esterno di carbonio attraverso la cattura di α sul neon. Di conseguenza, questi isotopi del magnesio, che originano dalle stelle dellabranca gigante asintotica (AGB), iniziano a contribuire più tardi mentre l'arricchimento chimico galattico evolve.[13]
Il magnesio è il nono elemento per abbondanza nell'universo (580 ppm),[16] il settimo elemento più abbondante sullaTerra e costituisce circa il 2,3% dellacrosta terrestre (23.000ppm). Inoltre è il terzo per abbondanza tra gli elementi disciolti nell'acqua di mare (1,14%).[17]
Siconcentra principalmente nelleossa (60%) e neimuscoli (27%), mentre il restante 13% è suddiviso tratessuti, liquidi organici eplasma.[17] La concentrazione di magnesio all'interno deglieritrociti risultatre volte superiore a quella del plasma.[37]
È unantagonista intracellulare del calcio, con il quale compete per i siti di legame in proteine etrasportatori; a questo proposito, determina un blocco deicanali ionici del calcio deirecettori NMDA, con riduzione della trasmissione glutammatergica. Il suo continuo scambio dalla superficie ossea al plasma promuove la proliferazione degliosteoblasti e, quindi, l’apposizione ossea.[34]
Il magnesio viene introdotto con l’alimentazione e assorbito a livello dell'intestino tenue mediante un meccanismo didiffusione semplice o a livello delcolon mediante un passaggio transcellulare mediato daicanali TRPM6 eTRPM7.[38] Solo una quantità variabile tra il 24 e il 76% viene assorbito a livello intestinale, il resto invece lo ritroviamo a livellofecale.[30]
In generale, circa 100 mg al giorno fluiscono nel torrente ematico al netto dei 120 mg assorbiti e dei 20 mg secreti nellume. Nel plasma i normali livelli di Mg si attestano tra 0,75 e 0,95 mmol/l (pari, rispettivamente, a 1,8 e 2,3 mg/dl) e nel torrente ematico viaggia per lo piùionizzato (55–70%), in parte legato aproteine plasmatiche (20–30%) e solo in una piccola quantità risulta legato adanioni. Viene filtrato a livello delglomerulo renale (2400 mg/die) e successivamente riassorbito in minima parte a livello deltubulo prossimale (15–20%) e maggiormente dell’ansa ascendente di Henle (60–70% del magnesio filtrato), in assenza di una vera e propria regolazioneendocrina.[30]
Il magnesio ha una fondamentale importanza per le piante; laclorofilla, fondamentale per la cattura energetica dalla luce nellafotosintesi, è unaporfirina che ha in posizione centrale un atomo di magnesio.[29]
Alcuni fattori ne aumentano la biodisponibilità come, ad esempio, la presenza nella dieta difibre solubili (es.inulina oamido resistente) e la presenza di alcunipeptidi di derivazionelattea (dallacaseina eproteine del siero) mentre altri le riducono, come la presenza di elevate quantità di calcio nella dieta o la carenza divitamina D.[30]
Nonostante l'importanza del magnesio e la sua disponibilità attraverso molte fonti alimentari, sistima che il56-68% degliadulti che vivono neipaesi sviluppatioccidentali non soddisfi ladose giornaliera raccomandata. Numerosi fattori ecomportamenti comuni, come la lavorazione deglialimenti e lacottura delle verdure (che normalmente sono una ricca fonte di magnesio), riducono la disponibilità di questo minerale nella dieta.[19]
Le raccomandazioni circa ilfabbisogno giornaliero di magnesio non sono uniformi tra i variPaesi: ad esempio, i LARN italiani raccomandano un apporto quotidiano di 240 mg in uomini e donne e si discostano in maniera significativa dalle RDA statunitensi che invece raccomandano un apporto di circa 320 mg per le donne e 420 mg per gli uomini.[39]
Allo stesso modo anche i livelli raccomandati dallaEuropean Food Safety Agency (EFSA) sono superiori a quelli di riferimento italiani: all’interno del MEAL Study, circa un terzo delcampione non raggiunge l’introito raccomandato dall’EFSA, mentre secondo i LARN soltanto il 9% dello stesso campione risulta avere un apporto inadeguato di magnesio.[40]
La mancanza di magnesio nell'organismo può portare anausea evomito,diarrea,ipertensione,spasmi muscolari,insufficienza cardiaca,confusione, tremiti, debolezza, cambiamenti di personalità, apprensione e perdita della coordinazione. Diversi studi hanno evidenziato l'importanza di avere il giusto livello di magnesio nel corpo per ridurre i sintomi dellaCOVID-19.[41]
Nel corpo umano il magnesio esiste inequilibrio tra stati liberi e legati. Gli stati legati includonomacromolecole come quelle legate alle proteine (notoriamente l'albumina) o piccole molecole complesse che bilanciano lacarica dimolecole più piccole con carica negativa, comecitrati,bicarbonati epolifosfati dell'adenosina trifosfato (ATP).[47]
In tutto ilmondo, il magnesio viene prodotto con due metodi: lariduzione elettrolitica del cloruro di magnesio o la riduzione termica della dolomite.[3]
Il metodo di riduzione termica si basa sulla riduzione chimica tra dolomite calcinata (CaO·MgO) eferrosilicio (Si-Fe) ad alta temperatura (1100–1250 °C) e alto vuoto (1,33 – 13,3 Pa).[48] Rispetto al metodo di riduzione elettrochimica, il metodo di riduzione termica presenta due svantaggi principali: grave inquinamento ambientale (37 – 47 kgCO2 eq/kg Mg ignoto) e elevato consumo energetico (354,5 MJ eq/kg Mg ignoto).[49][50][51]
Tuttavia, più dell'80% del magnesio metallico utilizzato a livello globale viene prodotto ogni anno in Cina tramite il metodo di riduzione termica, a causa dei suoicosti di produzione relativamente bassi.[52] I costi di produzione del cloruro di magnesio anidro ad alta purezza rappresentano quasi il 50% dei costi complessivi della produzione elettrolitica di magnesio, il che ostacola notevolmente lo sviluppo industriale del metodo di riduzione elettrochimica.[53][54]
Le principali impurità nel cloruro di magnesio anidro sono l'ossido di magnesio e ilcloridrato di magnesio idrossico (MgOHCl), che solitamente si formano tramite la reazione di idrolisi del cloruro di magnesiodisidratato (MgCl2·nH2O, 6>n≥0) a temperatura elevata. Queste impurità disturbano seriamente il successivo processo di elettrolisi e riducono significativamente l'efficienza dellacorrente. Pertanto, il contenuto di ossido di agnesio nel cloruro di magnesio anidro (cioè w(MgO)/w(MgCl2)) dovrebbe essere inferiore allo 0,5% in peso e allo 0,1% in peso quando si utilizzano rispettivamente celle elettrolitiche comuni e la cella multipolare più avanzata.[55]
Come principalecatione bivalente intracellulare, il magnesio possiede proprietà uniche basate sulla sua struttura chimica e forma, che lo differenziano dai cationi con reattività e carica simili. A differenza disodio, calcio o potassio, il magnesio non può essere facilmente privato del suoguscio di idratazione, aumentando drasticamente la dimensione del suoraggio e creandovincoli sterici che influenzano il comportamento biologico.[47]
Nello spettroXPS il picco Mg1s è spesso accompagnato da picchiAuger tra 300 eV e 390 eV. Se il magnesio è sepolto, ad esempio sotto ilcarbonio, i picchi Auger Mg KLL possono essere osservati anche se Mg1s non lo è a causa della differenza nell'energia cinetica deglielettroni. Il picco principale Auger Mg KLL (energia di legame 300-306 eV) presenta grandi spostamenti chimici e può essere utile per l'analisi dello stato chimico.[62]
Un primo metodo di determinazione del magnesio incampioni biologici venne sviluppato da Mendel e Benedict nel1909 durante uno studio sugli effetti delle infusioni di calcio sugli animali. Dopo la rimozione del calcio tramiteprecipitazione comeossalato di calcio, fecero precipitare il magnesio comefosfato ammonio-magnesiaco insoluzione alcalina secondo la seguente reazione:
Un quarto metodo prevede la triturazione del magnesio che viene poi trattato conacido etilediamminotetraacetico. L'EDTA forma unchelato con il magnesio a pH alcalino che in presenza di unindicatore specifico fa passare la soluzione dal rosso alblu.[81]
Per valutare il magnesio nei campioni biologici, laspettroscopia di assorbimento atomico (AAS) è probabilmente la tecnica più antica e la più diffusa.[82][83][84] Il magnesio (Mg2+) può essere misuratopotenziometricamente utilizzando unelettrodo selettivo per ioni che, insieme a un elettrodo di riferimento, forma un sistema elettrochimico.[85][86]
Ichemiosensori ottici per la determinazione del magnesio rappresentano un campo di applicazione importante e in crescita, grazie alla loro buonaselettività, sensibilità e semplicità di preparazione. Sono stati proposti diversi saggifluorimetrici e colorimetrici, tuttavia, lo sviluppo delle applicazioni sembra essere più focalizzato su quelli fluorimetrici rispetto ai colorimetrici, probabilmente a causa della maggiore selettività e sensibilità dei primi. I saggi colorimetrici sono disponibili in commercio e si basano sul legame diretto del magnesio con uncromoforo, come lacalmagite.[87] IDCHQ sonocoloranti specificamente progettati per monitorare il contenuto totale di magnesio nellecellule o nei lisati cellulari.[88][89][90]
Una valutazione indiretta del magnesio ionizzato inorgani come ilcervello o imuscoli può essere effettuata tramite laspettroscopia di risonanza magnetica del fosforo (31P-MRS). Questa tecnica consente il rilevamento indiretto della quantità citosolica di magnesio grazie allo spostamento dellefrequenze di risonanza dell'ATP, che si verifica quando questo nucleotide è legato a Mg2+. Questo spostamento chimico è una funzione della concentrazione di Mg2+ libero.[94][95]
Il principale utilizzo del magnesio è nella produzione dileghe di alluminio per aumentarne ladurezza e la resistenza allacorrosione. Le leghe di alluminio delle serie 5000 e 7000 contengono rispettivamente fino al 5,5% e al 3,5% di magnesio. La singola applicazione più importante per le leghe di alluminio contenenti magnesio è lalattina perbevande, che ha un contenuto di magnesio di circa il 4,5% nel coperchio (lega 5181 o 5182, UNS A95181 e A95182, rispettivamente) e circa l'1,1% nel corpo della lattina (lega 3004, UNS A93004).[3]
Il magnesio e le sue leghe hanno utilizzi strutturali sotto forma dipressofusione,fusione in sabbia,stampi permanenti, e prodotti lavorati. Le pressofusioni sono la principale applicazione strutturale per il magnesio. I produttori diautomobili statunitensi hanno introdotto componenti in magnesio come custodie per lafrizione,fanali e coperture per griglie per ridurre il peso deiveicoli. Il mercato degli utensili elettrici include fusioni in magnesio permotoseghe e custodie ditosaerba. Il magnesio pressofuso viene anche utilizzato in componenti pervideocamere,cellulari ecomputer.[3]
Nell'industria delferro e dell'acciaio, il magnesio è utilizzato come agente didesolforazione del metallo fuso e nella produzione diferro nodulare. L'affinità unica del magnesio per lozolfo consente di iniettarlo nel ferro fuso, dove esso si vaporizza e reagisce formando solfuro di magnesio, chegalleggia insuperficie come unafase facilmente separabile. Questo consente al produttore di acciaio di utilizzare materie prime a basso costo, mantenendo la capacità di produrre acciai ad alta resistenza e basso contenuto di leghe. Il magnesio utilizzato proviene spesso da flussi di bassa qualità o darottami, che vengono successivamente macinati in polvere grossa e combinati concalce prima dell'iniezione nel metallo fuso. Le miscele di calce hanno dimostrato di migliorare significativamente l'efficienza in base al magnesio richiesto.[3]
Il magnesio, combinato con ilferrosilicio, viene utilizzato nella produzione di ferroduttile grazie alla capacità del magnesio di promuovere la formazione diparticelle digrafite globulari al posto della normale struttura a fiocchi. Questo porta alla creazione di un prodotto con una maggiore resistenza e duttilità. Le due applicazioni principali per il ferro duttile sono la produzione ditubi e componenti per motori etrasmissioni automobilistiche.[3]
Rame: aumenta la fluidità allo stato fuso sostituendo a questo scopo ilberillio, bandito per la sua tossicità[98]
Manganese: aggiunto in piccole dosi, serve a segregare le impurità di ferro, responsabili di una forte corrosione anodica a contatto con l'acqua salata[99]
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[100]
Torio: aggiunto alle leghe magnesio-zinco, aumenta la resistenza alle alte temperature, ma è altresì usato raramente per la sua radioattività[101]
Argento: aggiunto alle leghe magnesio-terre rare ne aumenta considerevolmente la resistenza a tutte le temperature[103]
Scandio: migliora la resistenza allo scorrimento viscoso quando forma precipitati; se entra solo in soluzione, aumenta il punto di fusione complessivo della lega stessa[104]
Litio: permette di raggiungere una densità notevolmente bassa, di 1,3 chilogrammi al decimetro cubo, ma conferisce al magnesio caratteristiche meccaniche inferiori[105]
Calcio: anche il calcio diminuisce la densità[106]
La bassa densità del magnesio è particolarmente importante per le applicazioniaerospaziali emilitari in fusione a gravità. Le fusioni a gravità sono praticamente tutte prodotte come fusioni in sabbia, con fusione in stampo permanente efusione in gesso che rappresentano una piccola parte del mercato delle leghe. Le applicazioni tipiche includono custodie peringranaggi dielicotteri, telai dicupole peraerei,prese d'aria,telai permotori,freni e custodie per componenti ausiliari.[3]
Il magnesio è utilizzato comecatalizzatore per la produzione di alcunesostanze chimiche organiche e prodottipetrolchimici. Il magnesio viene utilizzato come agente riducente per la produzione di altri metalli non ferrosi cometitanio,zirconio,afnio,berillio euranio. Glianodi di magnesio sono frequentemente utilizzati per la protezione catodica di ferro e acciaio, in particolare per tubazioni sotterranee,serbatoi d'acqua,scaldabagni e applicazioni marine.[3]
↑(EN) Manahil Ashraf, Iqra Shah e Muhammad Dilshad,MAGNESIUM CONTENT IN WHEAT GRAIN, inScientific Research Timelines Journal, vol.2, n.1, 13 luglio 2024, pp.28–29.URL consultato il 23 marzo 2025.
12 Albert L. Lehninger, David L. Nelson e Michael M. Cox,Introduzione alla biochimica[Principles of Biochemistry], traduzione di Anna Pessino, Edon Melloni, 2ªed., Bologna, Zanichelli, 2002[1982],ISBN88-08-00417-1.
↑(EN) Nils-Erik L Saris, Eero Mervaala e Heikki Karppanen,Magnesium, inClinica Chimica Acta, vol.294, n.1-2, 2000-04, pp.1–26,DOI:10.1016/S0009-8981(99)00258-2.URL consultato il 23 marzo 2025.
↑Günzel D., Schlue W.-R. Determination of [Mg2+]i—An update on the use of Mg2+-selective electrodes. BioMetals. 2002;15:237–249. doi: 10.1023/A:1016074714951.
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