Mg · Elemento 12 · Metal alcalinotérreo
El metal situado en el centro de la clorofila y el que arde con una luz lo bastante intensa para cegar una cámara.
Estructura
No es un diagrama de puntos sobre anillos — es una muestra de Monte Carlo de la densidad de probabilidad real |ψ|² de cada subcapa ocupada. Arrastra para girar. El azul y el violeta indican signos opuestos de la función de onda, lo que permite la formación de enlaces.
Valores medidos
Cada barra muestra dónde se sitúa magnesio entre los 118 elementos según esa propiedad.
Fuentes: pesos atómicos estándar de la IUPAC de 2021 · CRC Handbook of Chemistry and Physics · NIST. Los valores marcados con ~ son predichos y no medidos.
Tamaño, a escala
Radio de 160 pm: es decir, 0,16 nm, por lo que aproximadamente 3,13 millones de ellos, uno al lado del otro, abarcarían un milímetro.
Intervalo térmico
Magnesio es líquido en un intervalo de 440 K, desde 923 K hasta 1363 K.
Dónde se encuentra
La historia
Metal ligero y resistente. Esencial para la clorofila y cientos de enzimas.
El descubrimiento del Magnesio en 1808 fue consecuencia directa del éxito revolucionario de Humphry Davy con el Sodio y el Potasio el año anterior. Recién llegado de sus triunfos electrolíticos, que le habían granjeado reconocimiento internacional, Davy se propuso estudiar sistemáticamente otros compuestos de metales alcalinotérreos que pudieran producir nuevos elementos metálicos. La magnesia alba (óxido de Magnesio), conocida desde la antigüedad por sus propiedades medicinales, se convirtió en su siguiente objetivo.
Davy había aprendido de sus experimentos con Sodio que el agua interfería con la electrólisis, por lo que preparó óxido de Magnesio apenas humedecido y mezclado con óxido de Mercurio para aumentar la conductividad. Usando su potente batería de 600 placas —el aparato eléctrico más avanzado de su época— Davy aplicó corriente a la mezcla el 9 de octubre de 1808, exactamente un año y tres días después del descubrimiento del Sodio.
A diferencia del espectacular éxito inmediato con el Sodio, el Magnesio resultó frustrantemente difícil de obtener. Los primeros experimentos de Davy produjeron solamente diminutas partículas de una amalgama (aleación de Mercurio) que parecía contener un nuevo metal, pero aislar Magnesio puro requería técnicas que superaban las capacidades de principios del siglo XIX. La elevada reactividad del metal y su fuerte afinidad por el Oxígeno hacían extremadamente difícil separarlo del Mercurio.
Davy presentó sus resultados preliminares ante la Royal Society y anunció que había «obtenido pruebas claras de la existencia de un nuevo metal», aunque reconoció su incapacidad para aislarlo en forma pura. Esta honesta admisión de un éxito parcial demostró los rigurosos estándares científicos que hicieron que el trabajo de Davy fuera tan respetado en toda Europa, incluso mientras los ejércitos de Napoleón combatían contra las fuerzas británicas.
El primer aislamiento de Magnesio metálico puro se logró en 1831 gracias al brillante trabajo del químico francés Antoine Alexandre Brutus Bussy en la École Polytechnique de París. Bussy desarrolló un ingenioso método de reducción química: calentó cloruro de Magnesio anhidro con Potasio metálico en un crisol de Platino a alta temperatura: MgCl₂ + 2K → Mg + 2KCl.
El éxito de Bussy exigió superar múltiples desafíos técnicos. Tuvo que preparar cloruro de Magnesio perfectamente anhidro (cualquier cantidad de agua arruinaría la reacción), obtener Potasio metálico puro (que todavía era caro y difícil de producir) y realizar la reacción en una atmósfera inerte para evitar la oxidación inmediata del producto. Su equipo de Platino, aunque costoso, resultó esencial para soportar las altas temperaturas de la reacción.
Michael Faraday, antiguo asistente de Davy que se había convertido en el principal científico de la Royal Institution, realizó contribuciones cruciales a la comprensión de las propiedades del Magnesio en la década de 1830. Faraday utilizó sus leyes de la electrólisis, desarrolladas recientemente, para determinar la masa atómica del Magnesio y establecer su posición entre los metales alcalinotérreos.
Los experimentos sistemáticos de Faraday revelaron las notables propiedades del Magnesio: su brillante llama blanca, su capacidad para arder en dióxido de Carbono (produciendo Carbono y óxido de Magnesio) y su gran poder reductor. Estas características demostrarían más tarde ser cruciales para las aplicaciones del Magnesio en fotografía, pirotecnia y metalurgia.
La producción comercial de Magnesio siguió siendo impracticable hasta 1886, cuando los químicos alemanes Robert Bunsen y Augustus Matthiessen desarrollaron métodos electrolíticos para producir Magnesio a partir de sales de cloruro fundidas. Su proceso, perfeccionado durante décadas, permitió una producción a gran escala que hizo asequible el Magnesio para aplicaciones industriales.
La Primera Guerra Mundial aceleró drásticamente el desarrollo del Magnesio, ya que las necesidades militares de materiales ligeros y dispositivos incendiarios impulsaron la innovación. Los gobiernos británico y alemán invirtieron considerablemente en la capacidad de producción de Magnesio, lo que condujo a los primeros componentes aeronáuticos de aleación de Magnesio y a la devastadora eficacia de las bombas incendiarias de Magnesio durante el Blitz de Londres.
Quizá el descubrimiento más profundo acerca del Magnesio se produjo en 1906, cuando el químico alemán Richard Willstätter demostró que las moléculas de clorofila contienen Magnesio en su centro. Esta revelación explicó por qué las plantas privadas de Magnesio desarrollan clorosis (amarilleamiento) y estableció el papel fundamental del Magnesio en la fotosíntesis, el proceso que sustenta prácticamente toda la vida en la Tierra.
El trabajo de Willstätter, por el que recibió el Premio Nobel de Química de 1915, demostró que el tamaño y la carga perfectos del Magnesio le permiten coordinarse con el anillo de porfirina de la clorofila, a la vez que sigue siendo lo bastante lábil para las rápidas transferencias de electrones necesarias en la fotosíntesis. Este descubrimiento vinculó la abundancia cósmica del Magnesio con la química fundamental de la vida y mostró cómo la nucleosíntesis estelar creó los elementos esenciales para la complejidad biológica.
Aplicaciones
Las aleaciones de magnesio revolucionaron el diseño aeroespacial gracias a su excepcional relación resistencia-peso: son un 35% más ligeras que el aluminio y mantienen una resistencia comparable. La aleación AZ91D (9% aluminio, 1% zinc) alcanza resistencias a la tracción de 250 MPa con una masa de solo 1.81 g/cm³, lo que la hace ideal para carcasas de motores de aeronaves, cajas de transmisión y componentes estructurales.
Los helicópteros modernos utilizan ampliamente cajas de engranajes y bujes de rotor de aleación de magnesio, donde la reducción de peso mejora directamente la capacidad de carga útil y la eficiencia del combustible. El helicóptero Sikorsky UH-60 Black Hawk incorpora más de 800 libras de componentes de magnesio, principalmente en la carcasa de la caja de engranajes principal. Las aplicaciones espaciales incluyen estructuras de satélites y componentes de motores de cohetes, donde cada gramo cuenta en las misiones orbitales.
Los fabricantes de automóviles adoptan cada vez más la fundición a presión de magnesio para bloques de motor, carcasas de transmisión y bastidores de asientos con el fin de cumplir las normas de eficiencia del combustible. El motor N52 de BMW incorpora un cárter compuesto de magnesio y aluminio que reduce el peso del motor en 10 kg en comparación con las alternativas de hierro, mejorando el consumo de combustible en un 3-5%.
Los volantes de magnesio proporcionan una mejor absorción de impactos y reducen la fatiga del conductor durante los viajes largos. La tendencia hacia los vehículos eléctricos acelera la adopción del magnesio, ya que los vehículos más ligeros amplían la autonomía de la batería. El Model S de Tesla utiliza componentes de magnesio en la estructura de soporte del salpicadero y en los bastidores de los asientos, contribuyendo a sus impresionantes índices de eficiencia.
Los dispositivos electrónicos de consumo aprovechan las propiedades de blindaje electromagnético y las capacidades de disipación térmica del magnesio. Los ordenadores portátiles utilizan carcasas de aleación de magnesio que ofrecen una conducción térmica un 75% mejor que las alternativas de plástico, además de una protección superior contra las interferencias electromagnéticas (EMI) para los componentes sensibles.
Las cámaras profesionales, como las de la serie Canon EOS-1D, emplean cuerpos de aleación de magnesio por su durabilidad y sellado contra las condiciones meteorológicas. La excelente maquinabilidad del material permite crear geometrías complejas para las monturas de los objetivos y los componentes estructurales internos. Los fabricantes de teléfonos inteligentes utilizan cada vez más aleaciones de magnesio para los bastidores internos, proporcionando integridad estructural y minimizando al mismo tiempo el impacto del peso en la duración de la batería.
La brillante combustión blanca del magnesio (3,100°C) lo hace esencial para bengalas militares, dispositivos de señalización de emergencia y pólvora de flash fotográfico. Las bengalas marinas de socorro queman mezclas de magnesio y estroncio que producen una intensa luz roja visible a kilómetros de distancia, mientras que las bengalas de los asientos eyectables de aeronaves utilizan magnesio puro para alcanzar la máxima intensidad de iluminación.
Las aplicaciones de soldadura por termita utilizan polvo de magnesio como fuente de ignición para mezclas de óxido de hierro y aluminio, alcanzando temperaturas suficientes para soldar vías ferroviarias. La reacción exotérmica: 3Mg + Fe₂O₃ → 3MgO + 2Fe genera suficiente calor para fundir el acero, haciendo posibles las reparaciones en campo en lugares remotos.
El magnesio actúa como un potente agente reductor para producir metales especiales, incluidos titanio, circonio, hafnio y uranio. El proceso Pidgeon reduce el óxido de magnesio con ferrosilicio a 1,200°C al vacío, produciendo el 80% del suministro mundial de magnesio. Este proceso requiere un control preciso de la temperatura y una atmósfera inerte para evitar la oxidación.
La producción de hierro de grafito esferoidal (hierro dúctil) depende de la adición de magnesio para transformar las láminas de grafito en nódulos esféricos, mejorando notablemente las propiedades mecánicas. Añadir 0.03-0.08% de magnesio al hierro fundido crea hierro dúctil con resistencias a la tracción superiores a 700 MPa, utilizado en cigüeñales de automóviles, tuberías y componentes de maquinaria pesada.
Los compuestos de magnesio desempeñan funciones cruciales en la fabricación de productos farmacéuticos y en los tratamientos médicos. El estearato de magnesio actúa como lubricante en la fabricación de tabletas, evitando que los ingredientes se adhieran a los equipos y garantizando al mismo tiempo un peso y unas velocidades de disolución uniformes. Más del 95% de las tabletas farmacéuticas contienen estearato de magnesio.
Los implantes biodegradables de magnesio representan una tecnología médica revolucionaria para aplicaciones ortopédicas. Estos implantes se disuelven gradualmente en los fluidos corporales, eliminando la necesidad de retirarlos quirúrgicamente y favoreciendo al mismo tiempo la regeneración ósea. La biocompatibilidad del magnesio y sus propiedades mecánicas, similares a las del hueso humano, lo hacen ideal para dispositivos de fijación temporal, stents y tornillos quirúrgicos.
De dónde procede
23300 mg/kg de la corteza terrestre · más abundante que el 95 % de los elementos
El magnesio es el octavo elemento más abundante en la corteza terrestre, con un 2.3% en peso, y el tercero más abundante en el agua de mar, con 1,290 partes por millón. Esta abundancia refleja el papel del magnesio como componente principal del manto terrestre, donde los minerales olivino ((Mg,Fe)₂SiO₄) y piroxeno predominan en los 400 kilómetros superiores del interior de nuestro planeta.
El gradiente de concentración desde el núcleo terrestre (prácticamente sin magnesio), pasando por el manto silicatado (25% de magnesio), hasta las rocas de la corteza demuestra cómo la diferenciación planetaria concentró los elementos más ligeros en las capas externas. El radio iónico del magnesio (0.72 Å) y su carga (+2) lo hacen ideal para la coordinación octaédrica en los minerales silicatados.
El olivino, el mineral que contiene magnesio más abundante, se forma cuando los magmas ricos en magnesio cristalizan a altas temperaturas (1,200-1,800°C). Los principales yacimientos de olivino del complejo Åheim, en Noruega, y Buck Creek, en Carolina del Norte, proporcionan fuentes de magnesio de calidad industrial. Estos yacimientos se formaron a partir de intrusiones ultramáficas ricas en composiciones primitivas del manto.
Los yacimientos de evaporitas representan otra fuente crucial de magnesio, especialmente la cuenca de Zechstein, bajo el norte de Europa, y la cuenca Pérmica, en Texas. Estos yacimientos se formaron hace 250 millones de años, cuando cuencas marinas restringidas se evaporaron y concentraron el cloruro y el sulfato de magnesio hasta niveles de saturación. La extracción moderna del mar Muerto y del Gran Lago Salado continúa este proceso natural de concentración.
El agua de mar contiene 53 millones de toneladas de magnesio por kilómetro cúbico, mantenidos mediante complejos ciclos biogeoquímicos que incluyen el aporte fluvial, la circulación hidrotermal y la incorporación biológica. Los sistemas hidrotermales de las dorsales oceánicas intercambian continuamente magnesio entre el agua de mar y las rocas basálticas calientes, manteniendo las concentraciones oceánicas de magnesio a lo largo del tiempo geológico.
Los organismos marinos utilizan ampliamente el magnesio en procesos de biomineralización. Las algas coralinas y los foraminíferos incorporan magnesio en estructuras de carbonato de calcio, creando calcita rica en magnesio que registra la química de los océanos antiguos. Estos procesos biológicos eliminan cantidades significativas de magnesio del agua de mar y crean vastos depósitos de caliza enriquecidos en magnesio.
El magnesio se forma mediante la combustión del carbono en estrellas masivas (>8 masas solares), cuando las temperaturas del núcleo superan los 600 millones de Kelvin. La principal vía de reacción implica la fusión de núcleos de carbono-12 para formar neón-20, que después captura partículas alfa para producir magnesio-24, el isótopo de magnesio más abundante (79% del magnesio natural).
Las supernovas de tipo II sintetizan magnesio explosivamente mediante procesos de combustión del oxígeno, en los que los núcleos de oxígeno-16 experimentan rápidas reacciones de fusión a temperaturas superiores a 1.5 mil millones de Kelvin. Estas explosiones estelares dispersan magnesio por las galaxias y enriquecen el medio interestelar que forma generaciones posteriores de estrellas y planetas.
Las moléculas de clorofila contienen magnesio en su centro, por lo que la fotosíntesis sería imposible sin este elemento. Cada molécula de clorofila coordina un ion de magnesio con cuatro átomos de nitrógeno en la estructura de un anillo de porfirina, lo que permite absorber luz en longitudes de onda específicas (430 nm y 662 nm para la clorofila a).
La fisiología humana requiere 400-420 mg de magnesio al día para más de 300 reacciones enzimáticas, incluida la síntesis de ATP, la síntesis de proteínas y la contracción muscular. La deficiencia de magnesio afecta al 10-30% de la población mundial y provoca calambres musculares, latidos cardíacos irregulares y un mayor riesgo de osteoporosis. Las verduras de hoja verde, los frutos secos y los cereales integrales proporcionan las fuentes alimentarias más ricas.
El proceso Pidgeon domina la producción mundial de magnesio: reduce la dolomita (CaMg(CO₃)₂) con ferrosilicio a 1,200°C bajo vacío: 2MgO + 2CaO + FeSi → 2Mg + Ca₂SiO₄ + Fe. Este proceso, desarrollado en Canadá durante la Segunda Guerra Mundial, produce el 80% del magnesio metálico del mundo, principalmente en China, que representa el 87% de la producción mundial.
La extracción electrolítica del agua de mar ofrece una ruta alternativa, especialmente en zonas con abundante electricidad barata. El proceso Dow extrae hidróxido de magnesio del agua de mar utilizando cal y después lo convierte en cloruro de magnesio para la electrólisis. Este enfoque renovable podría suministrar teóricamente una cantidad ilimitada de magnesio, ya que el agua de mar contiene reservas para más de 4 mil millones de años al ritmo de consumo actual.
Manejo
Riesgo extremo de incendio: El magnesio metálico arde con una intensa luz blanca a 3,100°C, produciendo temperaturas suficientemente altas para fundir el acero. Los incendios de magnesio no pueden extinguirse con agua (que se descompone y forma hidrógeno explosivo), dióxido de carbono ni extintores químicos estándar. Use extintores de incendios de Clase D que contengan cloruro de sodio, grafito o polvos especializados para la supresión de incendios de magnesio.
Peligros del polvo: El magnesio finamente dividido presenta graves riesgos de explosión, con una energía mínima de ignición de solo 40 milijulios. Las nubes de polvo de magnesio pueden explotar cuando las concentraciones superan 0.02 oz/ft³. Mantenga la humedad por encima del 65% para reducir la acumulación de electricidad estática y asegúrese de que todos los equipos que manipulan polvo de magnesio estén correctamente conectados a tierra.
Fiebre por humos metálicos: La inhalación de humos de óxido de magnesio causa fiebre por humos metálicos, con síntomas que incluyen escalofríos, fiebre, náuseas y dificultad para respirar, los cuales aparecen entre 4-12 horas después de la exposición. Aunque no es perjudicial de forma permanente, los síntomas pueden persistir durante 24-48 horas. El límite de exposición permisible de OSHA es de 15 mg/m³ para los humos de óxido de magnesio.
Protección respiratoria: Use respiradores aprobados por NIOSH con filtros P100 cuando pueda haber polvo o humos de magnesio. Proporcione ventilación por extracción local que mantenga velocidades de captura de 100-200 pies por minuto en los puntos de generación de polvo.
Nutriente esencial: Los adultos necesitan entre 400-420 mg diarios de magnesio para un funcionamiento fisiológico adecuado. Los síntomas de deficiencia incluyen calambres musculares, latidos irregulares, cambios de personalidad y un mayor riesgo de osteoporosis. Sin embargo, una suplementación excesiva (>5,000 mg diarios) puede causar diarrea, náuseas y calambres abdominales.
Interacciones farmacológicas: Los suplementos de magnesio pueden interferir con la absorción de antibióticos (tetraciclina, quinolonas) y pueden potenciar los efectos de los medicamentos para la presión arterial. Consulte a profesionales de la salud antes de tomar suplementos de magnesio junto con medicamentos recetados.
Equipo de protección personal: Gafas de seguridad con protectores laterales, ropa resistente a las llamas y guantes de cuero para manipular magnesio sólido. Evite los tejidos sintéticos, que pueden derretirse y adherirse a la piel durante incendios súbitos.
Requisitos de almacenamiento: Almacene el magnesio en áreas frescas y secas, lejos de oxidantes, ácidos y fuentes de agua. Use recipientes herméticos con desecantes para el polvo de magnesio. Mantenga las temperaturas de almacenamiento por debajo de 30°C para evitar la combustión espontánea de los polvos finos.
Control de la electricidad estática: Conecte a tierra todos los equipos, use recipientes conductores, mantenga la humedad relativa por encima del 65% y elimine las fuentes de ignición al manipular polvo de magnesio o mecanizar aleaciones de magnesio.
Incendios de magnesio: Evacue el área inmediatamente, llame al departamento de bomberos especificando "incendio de magnesio metálico" y no intente extinguirlo a menos que esté capacitado para usar los agentes extintores adecuados de Clase D. Deje que los incendios pequeños se consuman mientras protege los materiales circundantes con barreras térmicas.
Contacto con la piel o los ojos: Retire cuidadosamente las partículas de magnesio sin frotar (para evitar que se incrusten fragmentos), enjuague con abundante agua durante 15+ minutos y busque atención médica para cualquier quemadura o partícula metálica incrustada. Retire las lentes de contacto si puede hacerlo fácilmente.
Exposición por inhalación: Traslade inmediatamente a la persona afectada a un lugar con aire fresco, vigile la aparición tardía de síntomas de fiebre por humos metálicos, administre oxígeno suplementario si está disponible y solicite una evaluación médica en caso de exposiciones importantes. Los síntomas pueden no aparecer durante varias horas.
Ingestión: No provoque el vómito. Enjuague la boca con agua, administre pequeñas cantidades de agua si la persona está consciente y busque atención médica inmediata. Grandes cantidades de magnesio metálico pueden reaccionar con el ácido gástrico y producir gas hidrógeno.
Respuestas rápidas
Magnesio (símbolo Mg) es el elemento 12 de la tabla periódica, un Metal alcalinotérreo del periodo 3, grupo 2. El metal situado en el centro de la clorofila y el que arde con una luz lo bastante intensa para cegar una cámara. A temperatura ambiente es un sólido.
[Ne] 3s², con 3 capas ocupadas y la distribución 2, 8, 2.Magnesio se funde a 923 K (649.9 °C) y hierve a 1363 K (1089.9 °C).
La masa atómica estándar de Magnesio es 24.305 u. Es un promedio ponderado de sus isótopos naturales, por lo que rara vez es un número entero.
Magnesio tiene una densidad de 1.738 g/cm³. El agua tiene una densidad de 1.0 g/cm³, por lo que un bloque de Magnesio es aproximadamente 1.7 veces más pesado.
Magnesio tiene una electronegatividad de Pauling de 1.31. La escala va de 0.70 (francio, el que menos atrae a los electrones) a 3.98 (flúor, el que más). Los valores de esta franja intermedia tienden a formar enlaces covalentes en lugar de enlaces fuertemente iónicos.
Magnesio fue descubierto en 1755 por Joseph Black. Recibe su nombre de magnesia, un distrito de Tesalia.
Magnesio constituye aproximadamente el 2.33% de la corteza terrestre; es uno de los elementos más abundantes que existen.