Il magnesio è un metallo alcalino-terroso avente configurazione elettronica [Ne]3s2 e ha numero di ossidazione +2.
Il magnesio è presente in molti minerali ma viene estratto principalmente da dolomite MgCO3∙CaCO3 e magnesite MgCO3 oltre che da brucite, carnallite e olivina e può essere ottenuto con due metodi:
a) Riduzione termica dell’ossido di magnesio
La roccia dolomitica dopo essere stata ridotta in piccoli pezzi viene riscaldata e si ottiene una miscela di ossidi di magnesio e calcio secondo la reazione:
MgCO3∙CaCO3(s) → MgO(s) + CaO(s) + 2 CO2(g)
Per ridurre l’ossido di magnesio si utilizza come riducente una lega ferro-silicio contenente silicio in ragione dell’80% ottenuta mescolando sabbia con coke e rottami di ferro. La reazione viene condotta a 1200-1500 °C e a bassissima pressione. In queste condizioni avviene la reazione:
2 MgO(s) + Si(s)⇌ SiO2(s) + 2 Mg(g)
I vapori di magnesio vengono condensati a circa 830 °C e poi rimossi. La reazione è esotermica pertanto l’equilibrio può essere spostato verso la formazione dei prodotti allontanando i vapori di magnesio man mano che si formano.
Il biossido di silicio ottenuto reagisce con l’ossido di calcio per formare una scoria di silicato di calcio fuso:
CaO(s) + SiO2(s) ⇌ CaSiO3(l)
Con tale metodo si ottiene magnesio puro al 99.99% , grado di purezza lievemente superiore a quello che si ottiene dall’elettrolisi del cloruro di magnesio
b) Elettrolisi del cloruro di magnesio fuso contenuto nell’acqua di mare
L’elettrolisi deve avvenire con il cloruro di magnesio fuso infatti dall’elettrolisi del cloruro di magnesio acquoso si ottiene al catodo idrogeno gassoso piuttosto che il magnesio.
Le semireazioni sono:
(-) catodo: Mg2+ + 2 e- → Mg
(+) anodo: 2 Cl- → Cl2 + 2 e-
L’elettrolisi viene condotta alla temperatura di 680-750°C.
Per ottenere il cloruro di magnesio l’acqua di mare viene trattata con la dolomite preventivamente riscaldata in modo che si siano ottenuti ossidi misti di calcio e magnesio. Avviene una precipitazione selettiva: l’idrossido di calcio rimane in soluzione mentre l’idrossido di magnesio precipita e viene allontanato per filtrazione e trattato con HCl.
Il magnesio tende a ossidarsi risultando un ottimo riducente infatti il potenziale standard di riduzione relativo alla semireazione Mg2+ + 2 e- → Mg è pari a – 2.37 V pertanto molti metalli possono essere ottenuti dai loro sali per trattamento con il magnesio in una reazione di scambio semplice come ad esempio: ZnCl2 + Mg → Zn + MgCl2
Reazioni:
Il magnesio reagisce
1) lentamente a caldo con l’acqua per dare idrogeno gassoso e idrossido di magnesio che è scarsamente solubile in acqua:
Mg(s) + 2 H2O(l) → Mg(OH)2(s) + H2(g)
2) vigorosamente con vapore acqueo per dare un’intensa luce bianca. Dalla reazione si ottiene idrogeno gassoso e ossido di magnesio; quest’ultimo in soluzione forma l’idrossido:
Mg(s) + H2O(g) → MgO(s) + H2(g)
3) con l’ossigeno in una reazione di combustione per dare l’ossido di magnesio. La reazione è accompagnata dall’emissione di una luce bianca molto intensa che nel passato veniva utilizzata in ambito fotografico come flash:
Mg(s) + O2(g) → 2 MgO(s)
4) con acido cloridrico diluito per dare cloruro di magnesio e idrogeno gassoso:
Mg(s) + HCl(aq) → MgCl2 (aq) + H2(g)
5) con acido solforico diluito per dare solfato di magnesio e idrogeno gassoso:
Mg(s) + H2SO4 (aq) → MgSO4 (aq) + H2(g)
6) con acido nitrico per dare nitrato di magnesio e idrogeno gassoso:
Mg(s) + HNO3 (aq) → Mg(NO3)2 (aq) + H2(g)
Il magnesio è un metallo leggero generalmente usato in leghe con alluminio, zinco, manganese o silicio utilizzate nel settore automobilistico e aerospaziale per la loro bassa densità e alta resistenza.
Le leghe di magnesio sono usate come anodi sacrificali: se collegato ad un metallo meno reattivo, il magnesio diventa l’anodo della cella elettrica, e corrode di preferenza un altro metallo pertanto può essere usato per proteggere gli scafi delle navi in acciaio e le strutture di piattaforme petrolifere.
Lo zirconio ed elementi delle terre rare vengono aggiunti in alcune leghe contenenti magnesio per rendere la lega più resistenti.