Magnesio
El magnesio es un elemento químico de símbolo Mg y número atómico 12. Es un metal gris brillante de baja densidad, bajo punto de fusión y alta reactividad química. Al igual que los demás metales alcalinotérreos (grupo 2 de la tabla periódica ), se presenta de forma natural solo en combinación con otros elementos y casi siempre tiene un estado de oxidación de +2. Reacciona fácilmente con el aire para formar una fina capa de pasivación de óxido de magnesio que inhibe una mayor corrosión del metal. El metal libre arde con una luz blanca brillante. El metal se obtiene principalmente por electrólisis de sales de magnesio obtenidas de salmuera . Es menos denso que el aluminio y se utiliza principalmente como componente en aleaciones fuertes y ligeras que contienen aluminio.
En el cosmos , el magnesio se produce en estrellas grandes y envejecidas mediante la adición secuencial de tres núcleos de helio a un núcleo de carbono . Cuando dichas estrellas explotan como supernovas , gran parte del magnesio se expulsa al medio interestelar donde puede reciclarse en nuevos sistemas estelares. El magnesio es el octavo elemento más abundante en la corteza terrestre [13] y el cuarto elemento más común en la Tierra (después del hierro , el oxígeno y el silicio ), y constituye el 13% de la masa del planeta y una gran fracción del manto del planeta . Es el tercer elemento más abundante disuelto en el agua de mar, después del sodio y el cloro . [14]
Este elemento es el undécimo elemento más abundante por masa en el cuerpo humano y es esencial para todas las células y unas 300 enzimas . [15] Los iones de magnesio interactúan con compuestos de polifosfato como ATP , ADN y ARN . Cientos de enzimas requieren iones de magnesio para funcionar. Los compuestos de magnesio se utilizan con fines medicinales como laxantes y antiácidos comunes (como la leche de magnesia ), y para estabilizar la excitación nerviosa anormal o el espasmo de los vasos sanguíneos en afecciones como la eclampsia . [15]
Características
Propiedades físicas
El magnesio elemental es un metal ligero de color blanco grisáceo, con dos tercios de la densidad del aluminio. El magnesio tiene el punto de fusión más bajo (923 K (650 °C)) y el punto de ebullición más bajo (1363 K (1090 °C)) de todos los metales alcalinotérreos. [16]
El magnesio policristalino puro es frágil y se fractura fácilmente a lo largo de las bandas de corte . Se vuelve mucho más maleable cuando se alea con pequeñas cantidades de otros metales, como el 1 % de aluminio. [17] La maleabilidad del magnesio policristalino también se puede mejorar significativamente reduciendo su tamaño de grano a aproximadamente 1 micrón o menos. [18]
Cuando está finamente pulverizado, el magnesio reacciona con el agua para producir gas hidrógeno:
- Mg(s) + 2 H 2 O(g) → Mg(OH) 2 (ac) + H 2 (g) + 1203,6 kJ/mol
Sin embargo, esta reacción es mucho menos dramática que las reacciones de los metales alcalinos con agua, porque el hidróxido de magnesio se acumula en la superficie del metal magnesio e inhibe la reacción posterior. [19]
Propiedades químicas
Oxidación
La principal propiedad del magnesio metálico es su poder reductor. Un indicio es que se empaña ligeramente cuando se expone al aire, aunque, a diferencia de los metales alcalinotérreos más pesados , no es necesario un entorno libre de oxígeno para su almacenamiento porque el magnesio está protegido por una fina capa de óxido que es bastante impermeable y difícil de eliminar. [20]
La reacción directa del magnesio con el aire o el oxígeno a presión ambiente forma únicamente el óxido "normal" MgO. Sin embargo, este óxido puede combinarse con peróxido de hidrógeno para formar peróxido de magnesio , MgO 2 , y a baja temperatura el peróxido puede reaccionar además con ozono para formar superóxido de magnesio Mg(O 2 ) 2 . [21]
El magnesio reacciona con el nitrógeno en estado sólido si se pulveriza y se calienta justo por debajo del punto de fusión, formando nitruro de magnesio Mg 3 N 2 . [22]
El magnesio reacciona con el agua a temperatura ambiente, aunque reacciona mucho más lentamente que el calcio, un metal similar del grupo 2. [20] Cuando se sumerge en agua, se forman lentamente burbujas de hidrógeno en la superficie del metal; esta reacción ocurre mucho más rápidamente con magnesio en polvo. [20] La reacción también ocurre más rápido con temperaturas más altas (ver § Precauciones de seguridad). La reacción reversible del magnesio con el agua se puede aprovechar para almacenar energía y hacer funcionar un motor a base de magnesio . El magnesio también reacciona exotérmicamente con la mayoría de los ácidos, como el ácido clorhídrico (HCl), produciendo cloruro de magnesio y gas hidrógeno, similar a la reacción del HCl con aluminio, zinc y muchos otros metales. [23] Aunque es difícil de encender en masa o a granel, el metal magnesio se encenderá.
El magnesio también puede utilizarse como encendedor de termita , una mezcla de polvo de aluminio y óxido de hierro que se enciende solo a una temperatura muy alta.
Química orgánica
Los compuestos organomagnésicos están muy extendidos en la química orgánica . Se encuentran comúnmente como reactivos de Grignard , formados por la reacción del magnesio con haloalcanos . Ejemplos de reactivos de Grignard son el bromuro de fenilmagnesio y el bromuro de etilmagnesio . Los reactivos de Grignard funcionan como un nucleófilo común , atacando al grupo electrófilo como el átomo de carbono que está presente dentro del enlace polar de un grupo carbonilo .
Un reactivo organomagnésico destacado, además de los reactivos de Grignard, es el antraceno magnésico , que se utiliza como fuente de magnesio altamente activo. El aducto butadieno -magnesio relacionado sirve como fuente del dianión butadieno.
Se han observado complejos de dimagnesio (I). [24]
Detección en solución
La presencia de iones de magnesio se puede detectar mediante la adición de cloruro de amonio , hidróxido de amonio y fosfato monosódico a una solución acuosa o diluida de HCl de la sal. La formación de un precipitado blanco indica la presencia de iones de magnesio.
También se puede utilizar el colorante violeta azoico , que adquiere un color azul intenso en presencia de una solución alcalina de sal de magnesio. El color se debe a la adsorción del violeta azoico por el Mg(OH) 2 .
Formularios
Aleaciones
En 2013, el consumo de aleaciones de magnesio era inferior a un millón de toneladas al año, en comparación con los 50 millones de toneladas de aleaciones de aluminio . Su uso se ha visto históricamente limitado por la tendencia de las aleaciones de Mg a corroerse, [25] deformarse a altas temperaturas y arder. [26]
Corrosión
En las aleaciones de magnesio, la presencia de hierro , níquel , cobre o cobalto activa fuertemente la corrosión . En cantidades superiores a las trazas, estos metales precipitan como compuestos intermetálicos , y los lugares de precipitación funcionan como sitios catódicos activos que reducen el agua, lo que provoca la pérdida de magnesio. [26] Controlar la cantidad de estos metales mejora la resistencia a la corrosión. Un nivel suficiente de manganeso supera los efectos corrosivos del hierro. Esto requiere un control preciso de la composición, lo que aumenta los costos. [26] Añadir un veneno catódico captura el hidrógeno atómico dentro de la estructura de un metal. Esto evita la formación de gas hidrógeno libre, un factor esencial de los procesos químicos corrosivos. La adición de aproximadamente una de cada trescientas partes de arsénico reduce la tasa de corrosión del magnesio en una solución salina en un factor de casi diez. [26] [27]
Fluencia a alta temperatura e inflamabilidad
La tendencia del magnesio a deformarse gradualmente a altas temperaturas se reduce en gran medida mediante la aleación con zinc y elementos de tierras raras . [28] La inflamabilidad se reduce significativamente con una pequeña cantidad de calcio en la aleación. [26] Al usar elementos de tierras raras, puede ser posible fabricar aleaciones de magnesio que no se incendien a temperaturas más altas en comparación con el líquido de magnesio y, en algunos casos, potencialmente acercándolo al punto de ebullición del magnesio. [29]
Compuestos
El magnesio forma una variedad de compuestos importantes para la industria y la biología, incluidos el carbonato de magnesio , el cloruro de magnesio , el citrato de magnesio , el hidróxido de magnesio (leche de magnesia), el óxido de magnesio , el sulfato de magnesio y el sulfato de magnesio heptahidratado ( sales de Epsom ). [30] [31]
Tan recientemente como en 2020, se estaba investigando el hidruro de magnesio como una forma de almacenar hidrógeno. [32] [33]
Isótopos
El magnesio tiene tres isótopos estables :24
Mg ,25
Mg y26
Mg . Todos están presentes en cantidades significativas en la naturaleza (ver la tabla de isótopos anterior). Alrededor del 79% del Mg es24
Mg . El isótopo28
El Mg es radiactivo y entre los años 1950 y 1970 se producía en varias centrales nucleares para su uso en experimentos científicos. Este isótopo tiene una vida media relativamente corta (21 horas) y su uso estaba limitado por los tiempos de envío.
El nucleido26
El Mg ha encontrado aplicaciones en geología isotópica , similar a la del aluminio.26
El Mg es un producto hijo radiogénico de26
Al , que tiene una vida media de 717.000 años. Cantidades excesivas de estable26
Se ha observado Mg en inclusiones ricas en Ca-Al de algunos meteoritos de condrita carbonácea . Esta abundancia anómala se atribuye a la descomposición de su progenitor.26
Al en las inclusiones, y los investigadores concluyen que tales meteoritos se formaron en la nebulosa solar antes de la26
Al se había desintegrado. Estos son unos de los objetos más antiguos del Sistema Solar y contienen información preservada sobre su historia temprana.
Es convencional trazar26
Mg /24
Mg frente a una relación Al/Mg. En un gráfico de datación isócrona , la relación Al/Mg representada es27
Al /24
Mg . La pendiente de la isócrona no tiene importancia en cuanto a la edad, pero indica la edad inicial.26
Al /27
Relación Al en la muestra en el momento en que los sistemas se separaron de un depósito común.
Producción
Aparición
El magnesio es el octavo elemento más abundante en la corteza terrestre por masa y está empatado en séptimo lugar con el hierro en molaridad . [13] Se encuentra en grandes depósitos de magnesita , dolomita y otros minerales , y en aguas minerales, donde el ion magnesio es soluble. [34]
Aunque el magnesio se encuentra en más de 60 minerales , solo la dolomita , la magnesita , la brucita , la carnalita , el talco y el olivino son de importancia comercial. [35]
El Mg2+
El catión es el segundo catión más abundante en el agua de mar (aproximadamente 1 ⁄ 8 de la masa de iones de sodio en una muestra dada), lo que hace que el agua de mar y la sal marina sean fuentes comerciales atractivas de Mg. Para extraer el magnesio, se agrega hidróxido de calcio al agua de mar para precipitar el hidróxido de magnesio . [36]
- Cloruro de magnesio
2+ Ca(OH)
2→ Mg(OH)
2+ CaCl
2
El hidróxido de magnesio ( brucita ) es poco soluble en agua y se puede recolectar por filtración. Reacciona con ácido clorhídrico para formar cloruro de magnesio . [37]
- Mg(OH)
2+ 2 HCl → MgCl
2+ 2 horas
2Oh
A partir del cloruro de magnesio, la electrólisis produce magnesio. [38]
Cantidades de producción
La producción mundial fue de aproximadamente 1.100 kt en 2017, con la mayor parte producida en China (930 kt) y Rusia (60 kt). [39] Estados Unidos fue en el siglo XX el principal proveedor mundial de este metal, suministrando el 45% de la producción mundial incluso en 1995. Desde el dominio chino del proceso Pidgeon, la participación de mercado estadounidense es del 7%, con un solo productor estadounidense restante a partir de 2013: US Magnesium, una empresa del Grupo Renco ubicada a orillas del Gran Lago Salado . [40]
En septiembre de 2021, China tomó medidas para reducir la producción de magnesio como resultado de una iniciativa gubernamental para reducir la disponibilidad de energía para las industrias manufactureras, lo que provocó un aumento significativo de precios. [41]
Procesos de Pidgeon y Bolzano
El proceso Pidgeon y el proceso Bolzano son similares. En ambos, el óxido de magnesio es el precursor del metal magnesio. El óxido de magnesio se produce como una solución sólida con óxido de calcio mediante la calcinación del mineral dolomita , que es una solución sólida de carbonatos de calcio y magnesio:
- CaCO 3 ·MgCO 3 → MgO·CaO + 2 CO 2
La reducción se produce a altas temperaturas con silicio. Se utiliza una aleación de ferrosilicio en lugar de silicio puro, ya que es más económica. El componente de hierro no influye en la reacción, ya que la ecuación es la siguiente: [ cita requerida ]
- MgO·CaO +Si → 2 Mg + Ca 2 SiO 4
El óxido de calcio se combina con el silicio como eliminador de oxígeno, lo que da lugar al silicato de calcio, que es muy estable. La relación Mg/Ca de los precursores se puede ajustar mediante la adición de MgO o CaO. [42]
El proceso Pidgeon y el proceso Bolzano difieren en los detalles del calentamiento y la configuración del reactor. Ambos generan Mg gaseoso que se condensa y se recoge. El proceso Pidgeon domina la producción mundial. [43] [44] El método Pidgeon es menos complejo tecnológicamente y, debido a las condiciones de destilación/deposición de vapor, se puede lograr fácilmente un producto de alta pureza. [43] China depende casi por completo del proceso silicotérmico Pidgeon .
Proceso de Dow
Además del proceso Pigeon, el segundo proceso más utilizado para la producción de magnesio es la electrólisis . Este es un proceso de dos pasos. El primer paso es preparar la materia prima que contiene cloruro de magnesio y el segundo paso es disociar el compuesto en celdas electrolíticas como magnesio metálico y gas de cloro . [44] La reacción básica es la siguiente:
- MgCl2 → Mg(g) + Cl2 ( g )
Las temperaturas a las que se lleva a cabo esta reacción están entre 680 y 750 °C. [44]
El cloruro de magnesio se puede obtener mediante el proceso Dow , un proceso que mezcla agua de mar y dolomita en un floculador o por deshidratación de salmueras de cloruro de magnesio. Las celdas electrolíticas están parcialmente sumergidas en un electrolito de sal fundida al que se añade el cloruro de magnesio producido en concentraciones entre el 6 y el 18 %. [44] Este proceso tiene su cuota de desventajas, incluida la producción de gas de cloro nocivo y la reacción general que requiere mucha energía, lo que crea riesgos ambientales. [45] El proceso Pidgeon es más ventajoso en cuanto a su simplicidad, período de construcción más corto, bajo consumo de energía y buena calidad general del magnesio en comparación con el método de electrólisis. [20]
En los Estados Unidos, el magnesio se obtenía principalmente con el proceso Dow en Corpus Christi, Texas , mediante electrólisis de cloruro de magnesio fundido a partir de salmuera y agua de mar . Una solución salina que contiene Mg2+
Los iones se tratan primero con cal (óxido de calcio) y se recoge el hidróxido de magnesio precipitado:
- Mg2+
(ac) + CaO (s) + H
2O (l) → Ca2+
(ac) + Mg(OH)
2(s)
El hidróxido se convierte luego en cloruro de magnesio mediante tratamiento con ácido clorhídrico y calentamiento del producto para eliminar el agua:
- Mg( OH ) 2 + 2 HCl → MgCl2 + 2 H2O
Luego, la sal se electroliza en estado fundido. En el cátodo , el Mg2+
El ion se reduce mediante dos electrones al metal magnesio:
- Mg2+
+ 2
mi−
→ Mg
En el ánodo , cada par de Cl−
Los iones se oxidan a gas cloro , liberando dos electrones para completar el circuito:
- 2 cl−
→ Cl
2(g) + 2
mi−
Proceso carbotérmico
La ruta carbotérmica para el magnesio ha sido reconocida como una vía de extracción de magnesio de bajo consumo energético pero de alta productividad. La química es la siguiente:
C + MgO → CO + Mg
Una desventaja de este método es que el enfriamiento lento del vapor puede provocar que la reacción se revierta rápidamente. Para evitar que esto suceda, el magnesio se puede disolver directamente en un disolvente metálico adecuado antes de que comience la reversión. También se puede realizar un enfriamiento rápido del vapor para evitar la reversión. [46]
Proceso YSZ
Un proceso más nuevo, la tecnología de membrana de óxido sólido, implica la reducción electrolítica de MgO. En el cátodo, el Mg2+
El ion se reduce con dos electrones al metal magnesio. El electrolito es zirconio estabilizado con itrio (YSZ). El ánodo es un metal líquido. En el ánodo de YSZ/metal líquido O2−
se oxida. Una capa de grafito bordea el ánodo de metal líquido y en esta interfaz el carbono y el oxígeno reaccionan para formar monóxido de carbono. Cuando se utiliza plata como ánodo de metal líquido, no se necesita carbono reductor ni hidrógeno, y solo se desprende gas oxígeno en el ánodo. [47] En 2011 se informó que este método proporciona una reducción del 40 % en el costo por libra en comparación con el método de reducción electrolítica. [48]
Proceso de Rieke
Rieke et al. desarrollaron un "enfoque general para preparar polvos metálicos altamente reactivos mediante la reducción de sales metálicas en solventes etéreos o de hidrocarburos utilizando metales alcalinos como agentes reductores", ahora conocido como el proceso Rieke . [49] Rieke finalizó la identificación de los metales de Rieke en 1989, [50] uno de los cuales fue el magnesio de Rieke, producido por primera vez en 1974. [51]
Historia
El nombre magnesio proviene de la palabra griega para lugares relacionados con la tribu de los Magnetes , ya sea un distrito en Tesalia llamado Magnesia [52] o Magnesia ad Sipylum , ahora en Turquía. [53] Está relacionado con la magnetita y el manganeso , que también se originaron en esta área y requirieron diferenciación como sustancias separadas. Consulte manganeso para conocer esta historia.
En 1618, un granjero de Epsom, Inglaterra, intentó dar agua a sus vacas de un pozo local. Las vacas se negaron a beber debido al sabor amargo del agua, pero el granjero notó que el agua parecía curar rasguños y sarpullidos. La sustancia obtenida al evaporar el agua se conoció como sales de Epsom y su fama se extendió. [54] Finalmente se reconoció como sulfato de magnesio hidratado, MgSO
4·7 horas
2O . [55]
El metal en sí fue aislado por primera vez por Sir Humphry Davy en Inglaterra en 1808. Utilizó la electrólisis en una mezcla de magnesia y óxido de mercurio . [56] Antoine Bussy lo preparó en forma coherente en 1831. La primera sugerencia de Davy para un nombre fue "magnium", [56] pero el nombre magnesio se utiliza ahora en la mayoría de los idiomas europeos. [57]
Usos
Metal de magnesio
El magnesio es el tercer metal estructural más utilizado, después del hierro y el aluminio. [58] Las principales aplicaciones del magnesio son, en orden: aleaciones de aluminio, fundición a presión (aleación con zinc ), [59] eliminación de azufre en la producción de hierro y acero, y la producción de titanio en el proceso Kroll . [60]
El magnesio se utiliza en materiales ligeros y aleaciones. Por ejemplo, cuando se infunde con nanopartículas de carburo de silicio , tiene una resistencia específica extremadamente alta. [61]
Históricamente, el magnesio fue uno de los principales metales de construcción aeroespacial y se utilizó para los aviones militares alemanes desde la Primera Guerra Mundial y ampliamente para los aviones alemanes en la Segunda Guerra Mundial. Los alemanes acuñaron el nombre " Elektron " para la aleación de magnesio, un término que todavía se utiliza hoy en día. En la industria aeroespacial comercial, el magnesio generalmente se limitaba a los componentes relacionados con los motores, debido a los riesgos de incendio y corrosión. El uso de aleaciones de magnesio en la industria aeroespacial está aumentando en el siglo XXI, impulsado por la importancia del ahorro de combustible. [62] Las aleaciones de magnesio pueden actuar como reemplazos de las aleaciones de aluminio y acero en aplicaciones estructurales. [63] [64]
Aeronave
- Wright Aeronautical utilizó un cárter de magnesio en el motor de aviación Wright R-3350 Duplex Cyclone de la Segunda Guerra Mundial . Esto presentó un problema grave para los primeros modelos del bombardero pesado Boeing B-29 Superfortress cuando un incendio en el motor en pleno vuelo encendió el cárter del motor. La combustión resultante alcanzó temperaturas de hasta 5600 °F (3100 °C) y podía separar el larguero del ala del fuselaje . [65] [66] [67]
Automotor
- Mercedes-Benz utilizó la aleación Elektron en la carrocería de un modelo temprano del Mercedes-Benz 300 SLR ; estos coches compitieron en el Campeonato Mundial de Autos Deportivos de 1955, incluida una victoria en la Mille Miglia , y en Le Mans, donde uno estuvo involucrado en el desastre de Le Mans de 1955 cuando los espectadores fueron bañados con fragmentos ardientes de elektron. [68]
- Porsche utilizó marcos de aleación de magnesio en el 917/053 que ganó Le Mans en 1971, y continúa utilizando aleaciones de magnesio para sus bloques de motor debido a la ventaja de peso. [69]
- El Grupo Volkswagen ha utilizado magnesio en los componentes de sus motores durante muchos años. [70]
- Mitsubishi Motors utiliza magnesio para sus levas de cambio . [71]
- BMW utilizó bloques de aleación de magnesio en su motor N52 , incluyendo un inserto de aleación de aluminio para las paredes del cilindro y camisas de refrigeración rodeadas por una aleación de magnesio de alta temperatura AJ62A . El motor se utilizó en todo el mundo entre 2005 y 2011 en varios modelos de las series 1, 3, 5, 6 y 7; así como en el Z4, X1, X3 y X5. [72]
- Chevrolet utilizó la aleación de magnesio AE44 en el Corvette Z06 2006. [ 73 ]
Tanto AJ62A como AE44 son desarrollos recientes en aleaciones de magnesio de baja fluencia y alta temperatura . La estrategia general para dichas aleaciones es formar precipitados intermetálicos en los límites de grano , por ejemplo, agregando mischmetal o calcio . [74]
Electrónica
Debido a su baja densidad y sus buenas propiedades mecánicas y eléctricas, el magnesio se utiliza para la fabricación de teléfonos móviles, computadoras portátiles y tabletas , cámaras y otros componentes electrónicos. [75] Se utilizó como una característica premium debido a su peso ligero en algunas computadoras portátiles de 2020. [76]
Fuente de luz
Al arder en el aire, el magnesio produce una luz blanca brillante que incluye fuertes longitudes de onda ultravioleta. El polvo de magnesio ( polvo de flash ) se utilizó para iluminar sujetos en los primeros días de la fotografía . [77] [78] Más tarde, el filamento de magnesio se utilizó en flashes fotográficos de un solo uso encendidos eléctricamente . El polvo de magnesio se utiliza en fuegos artificiales y bengalas marinas donde se requiere una luz blanca brillante. También se utilizó para varios efectos teatrales, [79] como relámpagos, [80] destellos de pistola, [81] y apariciones sobrenaturales. [82]
El magnesio es inflamable, arde a una temperatura de aproximadamente 3100 °C (3370 K; 5610 °F), [83] y la temperatura de autoignición de la cinta de magnesio es de aproximadamente 473 °C (746 K; 883 °F). [84] La alta temperatura de combustión del magnesio lo convierte en una herramienta útil para iniciar incendios de emergencia. Otros usos incluyen fotografía con flash , bengalas, pirotecnia , bengalas de fuegos artificiales y velas de cumpleaños de trucos. El magnesio también se usa a menudo para encender termita u otros materiales que requieren una alta temperatura de ignición. El magnesio continúa siendo utilizado como un elemento incendiario en la guerra. [85]
Las temperaturas de llama del magnesio y las aleaciones de magnesio pueden alcanzar los 3100 °C (5610 °F), [83] aunque la altura de la llama por encima del metal en llamas suele ser inferior a 300 mm (12 pulgadas). [86] Una vez encendidos, estos incendios son difíciles de extinguir porque resisten varias sustancias que se utilizan habitualmente para apagar incendios; la combustión continúa en nitrógeno (formando nitruro de magnesio ), en dióxido de carbono (formando óxido de magnesio y carbono ) y en agua (formando óxido de magnesio e hidrógeno, que también arde debido al calor en presencia de oxígeno adicional). Esta propiedad se utilizó en armas incendiarias durante el bombardeo de ciudades en la Segunda Guerra Mundial , donde la única defensa civil práctica era sofocar una bengala ardiente bajo arena seca para excluir la atmósfera de la combustión.
Reactivo químico
En forma de virutas o cintas, para preparar reactivos de Grignard , que son útiles en síntesis orgánica . [87]
Otro
- Como agente aditivo en propulsores convencionales y en la producción de grafito nodular en hierro fundido . [88]
- Como agente reductor para separar el uranio y otros metales de sus sales . [89]
- Como ánodo de sacrificio (galvánico) para proteger barcos, tanques subterráneos, tuberías, estructuras enterradas y calentadores de agua. [90]
- Aleado con zinc para producir la lámina de zinc utilizada en placas de fotograbado en la industria de la impresión, paredes de baterías secas y techos . [59]
- Aleado con aluminio, las aleaciones de aluminio y magnesio se utilizan principalmente para latas de bebidas , [91] equipos deportivos como palos de golf, [92] carretes de pesca, [93] y arcos y flechas de tiro con arco. [94]
- Muchos fabricantes de automóviles y aviones han fabricado piezas de motor y carrocería con magnesio. [95]
- Las baterías de magnesio se han comercializado como baterías primarias y son un tema activo de investigación para baterías recargables . [96]
Compuestos
Los compuestos de magnesio, principalmente el óxido de magnesio (MgO), se utilizan como material refractario en revestimientos de hornos para producir hierro , acero , metales no ferrosos , vidrio y cemento . El óxido de magnesio y otros compuestos de magnesio también se utilizan en las industrias agrícola, química y de la construcción. El óxido de magnesio de la calcinación se utiliza como aislante eléctrico en cables resistentes al fuego . [97]
El magnesio reacciona con haloalcanos para formar reactivos de Grignard , que se utilizan para una amplia variedad de reacciones orgánicas que forman enlaces carbono-carbono . [98]
Las sales de magnesio se incluyen en diversos alimentos , [99] fertilizantes [100] (el magnesio es un componente de la clorofila [101] ) y medios de cultivo de microbios . [102]
El sulfito de magnesio se utiliza en la fabricación de papel ( proceso de sulfito ). [103]
El fosfato de magnesio se utiliza para hacer ignífuga la madera utilizada en la construcción. [104]
El hexafluorosilicato de magnesio se utiliza para proteger los textiles de las polillas . [105]
Roles biológicos
Mecanismo de acción
La importante interacción entre los iones de fosfato y magnesio hace que el magnesio sea esencial para la química básica de los ácidos nucleicos de todas las células de todos los organismos vivos conocidos. Más de 300 enzimas requieren iones de magnesio para su acción catalítica, incluidas todas las enzimas que utilizan o sintetizan ATP y las que utilizan otros nucleótidos para sintetizar ADN y ARN . La molécula de ATP se encuentra normalmente en un quelato con un ion de magnesio. [106]
Nutrición
Dieta
Las especias, los frutos secos, los cereales , el cacao y las verduras son buenas fuentes de magnesio. [15] Las verduras de hojas verdes como las espinacas también son ricas en magnesio. [107]
Recomendaciones dietéticas
En el Reino Unido , los valores diarios recomendados de magnesio son 300 mg para hombres y 270 mg para mujeres. [108] En los EE. UU., las cantidades dietéticas recomendadas (RDA) son 400 mg para hombres de 19 a 30 años y 420 mg para mayores; para mujeres, 310 mg para hombres de 19 a 30 años y 320 mg para mayores. [109]
Suplementación
Existen numerosas preparaciones farmacéuticas de magnesio y suplementos dietéticos . En dos ensayos en humanos, el óxido de magnesio, una de las formas más comunes en los suplementos dietéticos de magnesio debido a su alto contenido de magnesio por peso, fue menos biodisponible que el citrato, el cloruro, el lactato o el aspartato de magnesio . [110] [111]
Metabolismo
Un cuerpo adulto tiene entre 22 y 26 gramos de magnesio, [15] [112] con un 60% en el esqueleto , un 39% intracelular (20% en el músculo esquelético) y un 1% extracelular. [15] Los niveles séricos son típicamente de 0,7 a 1,0 mmol/L o de 1,8 a 2,4 mEq /L. Los niveles séricos de magnesio pueden ser normales incluso cuando el magnesio intracelular es deficiente. Los mecanismos para mantener el nivel de magnesio en el suero son la absorción gastrointestinal variable y la excreción renal . El magnesio intracelular se correlaciona con el potasio intracelular . El aumento de magnesio reduce el calcio [113] y puede prevenir la hipercalcemia o causar hipocalcemia dependiendo del nivel inicial. [113] Tanto las condiciones de ingesta baja como alta de proteínas inhiben la absorción de magnesio, al igual que la cantidad de fosfato , fitato y grasa en el intestino. El magnesio dietético no absorbido se excreta en las heces; el magnesio absorbido se excreta en la orina y el sudor. [114]
Detección en suero y plasma
El estado de magnesio se puede evaluar midiendo las concentraciones séricas y eritrocitarias de magnesio junto con el contenido de magnesio urinario y fecal , pero las pruebas de carga intravenosa de magnesio son más precisas y prácticas. [115] Una retención del 20% o más de la cantidad inyectada indica deficiencia. [116] A partir de 2004, no se ha establecido ningún biomarcador para el magnesio. [117]
Las concentraciones de magnesio en plasma o suero pueden ser monitoreadas para determinar la eficacia y seguridad en aquellos que reciben el fármaco con fines terapéuticos , para confirmar el diagnóstico en posibles víctimas de intoxicación o para ayudar en la investigación forense en un caso de sobredosis fatal. Los recién nacidos de madres que recibieron sulfato de magnesio parenteral durante el parto pueden presentar toxicidad con niveles séricos normales de magnesio. [118]
Deficiencia
La hipomagnesemia (magnesemia ) es un trastorno común: se presenta en el 2,5-15% de la población general. [119] Entre 2005 y 2006, el 48% de la población de los Estados Unidos consumió menos magnesio del recomendado en la ingesta dietética de referencia . [120] Otras causas son el aumento de la pérdida renal o gastrointestinal, un aumento del desplazamiento intracelular y la terapia con antiácidos inhibidores de la bomba de protones. La mayoría son asintomáticos, pero pueden presentarse síntomas atribuibles a disfunción neuromuscular , cardiovascular y metabólica. [119] El alcoholismo suele asociarse a la deficiencia de magnesio. Los niveles crónicamente bajos de magnesio sérico se asocian al síndrome metabólico , la diabetes mellitus tipo 2 , la fasciculación y la hipertensión. [121]
Terapia
- Las pautas de ACC/AHA/ESC de 2006 para el manejo de pacientes con arritmias ventriculares y la prevención de muerte cardíaca súbita recomiendan el magnesio intravenoso para pacientes con arritmia ventricular asociada con torsades de pointes que presentan síndrome de QT largo ; y para el tratamiento de pacientes con arritmias inducidas por digoxina. [122]
- El sulfato de magnesio intravenoso se utiliza para el tratamiento de la preeclampsia y la eclampsia . [123] [124]
- La hipomagnesemia, incluida la causada por el alcoholismo, es reversible mediante la administración oral o parenteral de magnesio dependiendo del grado de deficiencia. [125]
- Hay evidencia limitada de que la suplementación con magnesio puede desempeñar un papel en la prevención y el tratamiento de la migraña . [126]
Ordenadas por tipo de sal de magnesio, otras aplicaciones terapéuticas incluyen:
- El sulfato de magnesio , en forma de heptahidrato llamado sal de Epsom, se utiliza como sal de baño , laxante y fertilizante altamente soluble . [127]
- El hidróxido de magnesio , suspendido en agua, se utiliza en antiácidos y laxantes a base de leche de magnesia .
- El cloruro , óxido , gluconato , malato , orotato , glicinato , ascorbato y citrato de magnesio se utilizan como suplementos orales de magnesio.
- El borato de magnesio , el salicilato de magnesio y el sulfato de magnesio se utilizan como antisépticos .
- El bromuro de magnesio se utiliza como sedante suave (esta acción se debe al bromuro , no al magnesio).
- El estearato de magnesio es un polvo blanco ligeramente inflamable con propiedades lubricantes . En la tecnología farmacéutica , se utiliza en la fabricación de fármacos para evitar que las tabletas se adhieran al equipo mientras se comprimen los ingredientes en forma de tabletas.
- El polvo de carbonato de magnesio es utilizado por atletas como gimnastas , levantadores de pesas y escaladores para eliminar el sudor de las palmas, evitar que se pegue y mejorar el agarre en aparatos de gimnasia, barras de levantamiento y rocas para escalar.
Sobredosis
La sobredosis proveniente únicamente de fuentes dietéticas es poco probable porque el exceso de magnesio en la sangre es filtrado rápidamente por los riñones , [119] y la sobredosis es más probable en presencia de una función renal deteriorada. La sobredosis no es improbable en caso de ingesta excesiva de suplementos. De hecho, la terapia de megadosis ha causado la muerte en un niño pequeño, [128] e hipermagnesemia grave en una mujer [129] y una niña [130] que tenían riñones sanos. Los síntomas más comunes de sobredosis son náuseas , vómitos y diarrea ; otros síntomas incluyen hipotensión , confusión, frecuencia cardíaca y respiratoria lentas , deficiencias de otros minerales, coma , arritmia cardíaca y muerte por paro cardíaco . [113]
Función en las plantas
Las plantas necesitan magnesio para sintetizar clorofila , esencial para la fotosíntesis . [131] El magnesio en el centro del anillo de porfirina en la clorofila funciona de manera similar al hierro en el centro del anillo de porfirina en el hemo . La deficiencia de magnesio en las plantas causa amarillamiento al final de la temporada entre las venas de las hojas, [132] especialmente en las hojas más viejas, y se puede corregir aplicando sales de Epsom (que se lixivian rápidamente ) o caliza dolomítica triturada al suelo.
Precauciones de seguridad
| Peligros | |
|---|---|
| Etiquetado SGA : | |
 | |
| Peligro | |
| H228 , H251 , H261 | |
| P210 , P231 , P235 , P410 , P422 [133] | |
| NFPA 704 (rombo cortafuegos) | |
El magnesio metálico y sus aleaciones pueden presentar peligros de explosión; son altamente inflamables en su forma pura cuando están fundidos o en forma de polvo o cinta. El magnesio en combustión o fundido reacciona violentamente con el agua. Cuando se trabaja con magnesio en polvo, se utilizan gafas de seguridad con protección ocular y filtros UV (como los que utilizan los soldadores), ya que la combustión del magnesio produce luz ultravioleta que puede dañar permanentemente la retina del ojo humano. [135]
El magnesio es capaz de reducir el agua y liberar gas hidrógeno altamente inflamable : [136]
- Mg(s)+ 2H
2O (l) → Mg(OH)
2(s) + H
2(gramo)
Por lo tanto, el agua no puede extinguir los incendios de magnesio. El gas hidrógeno producido intensifica el fuego. La arena seca es un agente extintor eficaz, pero sólo en superficies relativamente planas y niveladas.
El magnesio reacciona con el dióxido de carbono de forma exotérmica para formar óxido de magnesio y carbono : [137]
- 2 Mg(s) + CO
2(g) → 2 MgO(s) + C(s)
Por lo tanto, el dióxido de carbono alimenta los incendios de magnesio en lugar de extinguirlos.
El fuego de magnesio se puede apagar utilizando un extintor de incendios químico seco de clase D o cubriendo el fuego con arena o fundente de fundición de magnesio para eliminar la fuente de aire. [138]
Véase también
Notas
- ^ La expansión térmica es anisotrópica : los parámetros (a 20 °C) para cada eje del cristal son α a = 25,31 × 10 −6 /K, α c = 27,03 × 10 −6 /K, y α promedio = α V /3 = 25,91 × 10 −6 /K. [3]
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Existe una sólida evidencia que demuestra una relación entre el estado de magnesio y la migraña. Es probable que el magnesio desempeñe un papel en el desarrollo de la migraña a nivel bioquímico, pero el papel de la suplementación oral con magnesio en la profilaxis y el tratamiento de la migraña aún no se ha dilucidado por completo. La solidez de la evidencia que respalda la suplementación oral con magnesio es limitada en este momento.
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Fuentes citadas
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Enlaces externos
- El magnesio en la tabla periódica de vídeos (Universidad de Nottingham)
- Podcast La química en sus elementos (MP3) de Chemistry World de la Royal Society of Chemistry : Magnesio
- "Magnesio: un elemento versátil y a menudo pasado por alto: nuevas perspectivas con un enfoque en la enfermedad renal crónica". Clinical Kidney Journal . 5 (Suppl 1): NP. Febrero de 2012. doi :10.1093/ndtplus/sfs035. PMC 4455823 . PMID 26069823.
