Mg · Elemento 12 · Metal alcalinoterroso
O metal no centro da clorofila — e aquele que queima com uma luz brilhante o bastante para cegar uma câmara.
Estrutura
Não é um diagrama de pontos em anéis — é uma amostra de Monte-Carlo da densidade de probabilidade real |ψ|² para cada subcamada ocupada. Arraste para rodar. O azul e o violeta indicam sinais opostos da função de onda, o que torna possível a ligação química.
Valores medidos
Cada barra mostra onde magnésio se situa entre todos os 118 elementos para essa propriedade.
Fontes: massas atómicas padrão da IUPAC de 2021 · CRC Handbook of Chemistry and Physics · NIST. Os valores marcados com ~ são previstos, e não medidos.
Tamanho, em escala
Raio de 160 pm — isso corresponde a 0,16 nm, portanto cerca de 3,13 milhões deles lado a lado cobririam um milímetro.
Faixa térmica
Magnésio permanece líquido em uma faixa de 440 K, de 923 K a 1363 K.
A história
Metal leve e resistente. Essencial para a clorofila e centenas de enzimas.
A descoberta do magnésio em 1808 resultou diretamente do sucesso revolucionário de Humphry Davy com o sódio e o potássio no ano anterior. Recém-saído de seus triunfos eletrolíticos, que lhe haviam rendido reconhecimento internacional, Davy passou sistematicamente a investigar outros compostos de metais alcalinoterrosos que pudessem produzir novos elementos metálicos. A magnesia alba (óxido de magnésio), conhecida desde a Antiguidade por suas propriedades medicinais, tornou-se seu próximo alvo.
Davy havia aprendido com seus experimentos com sódio que a água interferia na eletrólise, por isso preparou óxido de magnésio levemente umedecido, misturado com óxido de mercúrio para aumentar a condutividade. Usando sua poderosa bateria de 600 placas — o aparelho elétrico mais avançado de sua época — Davy aplicou corrente à mistura em 9 de outubro de 1808, exatamente um ano e três dias depois da descoberta do sódio.
Ao contrário do sucesso imediato e dramático com o sódio, o magnésio mostrou-se frustrantemente elusivo. Os primeiros experimentos de Davy produziram apenas minúsculos grãos de um amálgama (liga de mercúrio) que parecia conter um novo metal, mas o isolamento do magnésio puro exigia técnicas além das capacidades do início do século XIX. A alta reatividade do metal e sua forte afinidade pelo oxigênio tornavam extremamente difícil separá-lo do mercúrio.
Davy apresentou seus resultados preliminares à Royal Society, anunciando que havia “obtido evidências claras da existência de um novo metal”, mas reconheceu sua incapacidade de isolá-lo em forma pura. Essa admissão honesta de sucesso parcial demonstrou os rigorosos padrões científicos que tornavam o trabalho de Davy tão respeitado em toda a Europa, mesmo enquanto os exércitos de Napoleão combatiam as forças britânicas.
O primeiro isolamento do magnésio metálico puro ocorreu em 1831, graças ao trabalho brilhante do químico francês Antoine Alexandre Brutus Bussy na École Polytechnique, em Paris. Bussy desenvolveu um engenhoso método de redução química, aquecendo cloreto de magnésio anidro com potássio metálico em um cadinho de platina sob calor intenso: MgCl₂ + 2K → Mg + 2KCl.
O sucesso de Bussy exigiu a superação de vários desafios técnicos. Ele precisava preparar cloreto de magnésio perfeitamente anidro (qualquer quantidade de água arruinaria a reação), obter potássio metálico puro (ainda caro e difícil de produzir) e realizar a reação em uma atmosfera inerte para impedir a oxidação imediata do produto. Seus equipamentos de platina, embora caros, provaram ser essenciais para suportar as altas temperaturas da reação.
Michael Faraday, antigo assistente de Davy que havia se tornado o principal cientista da Royal Institution, fez contribuições fundamentais para a compreensão das propriedades do magnésio na década de 1830. Faraday usou suas leis da eletrólise, desenvolvidas recentemente, para determinar a massa atômica do magnésio e estabelecer sua posição entre os metais alcalinoterrosos.
Os experimentos sistemáticos de Faraday revelaram as notáveis propriedades do magnésio: sua chama branca brilhante, sua capacidade de queimar em dióxido de carbono (produzindo carbono e óxido de magnésio) e seu forte poder redutor. Essas características mais tarde se mostrariam fundamentais para as aplicações do magnésio em fotografia, pirotecnia e metalurgia.
A produção comercial de magnésio permaneceu impraticável até 1886, quando os químicos alemães Robert Bunsen e Augustus Matthiessen desenvolveram métodos eletrolíticos para produzir magnésio a partir de sais de cloreto fundidos. Seu processo, aperfeiçoado ao longo de décadas, permitiu uma produção em larga escala que tornou o magnésio acessível para aplicações industriais.
A Primeira Guerra Mundial acelerou dramaticamente o desenvolvimento do magnésio, pois as necessidades militares de materiais leves e dispositivos incendiários impulsionaram a inovação. Os governos britânico e alemão investiram pesadamente na capacidade de produção de magnésio, levando aos primeiros componentes aeronáuticos de ligas de magnésio e à devastadora eficácia das bombas incendiárias de magnésio durante a Blitz de Londres.
Talvez a descoberta mais profunda sobre o magnésio tenha ocorrido em 1906, quando o químico alemão Richard Willstätter provou que as moléculas de clorofila contêm magnésio em seus centros. Essa revelação explicou por que plantas privadas de magnésio desenvolvem clorose (amarelecimento) e estabeleceu o papel fundamental do magnésio na fotossíntese — o processo que sustenta praticamente toda a vida na Terra.
O trabalho de Willstätter, que lhe rendeu o Prêmio Nobel de Química de 1915, demonstrou que o tamanho e a carga ideais do magnésio permitem que ele se coordene com o anel porfirínico da clorofila, permanecendo suficientemente lábil para as rápidas transferências de eletrões necessárias na fotossíntese. Essa descoberta relacionou a abundância cósmica do magnésio à química fundamental da vida, mostrando como a nucleossíntese estelar criou os elementos essenciais para a complexidade biológica.
Aplicações
As ligas de magnésio revolucionaram o design aeroespacial por meio de sua excepcional relação resistência-peso, sendo 35% mais leves que o alumínio, mantendo resistência comparável. A liga AZ91D (9% de alumínio, 1% de zinco) alcança resistências à tração de 250 MPa, pesando apenas 1.81 g/cm³, o que a torna ideal para carcaças de motores de aeronaves, caixas de transmissão e componentes estruturais.
Helicópteros modernos utilizam extensivamente caixas de engrenagens e cubos de rotor de liga de magnésio, nos quais a redução de peso melhora diretamente a capacidade de carga útil e a eficiência de combustível. O helicóptero Sikorsky UH-60 Black Hawk incorpora mais de 800 libras de componentes de magnésio, principalmente na carcaça da caixa de engrenagens principal. As aplicações espaciais incluem estruturas de satélites e componentes de motores de foguetes, nos quais cada grama é importante para missões orbitais.
Os fabricantes de automóveis adotam cada vez mais a fundição sob pressão de magnésio para blocos de motores, carcaças de transmissões e estruturas de assentos, a fim de atender aos padrões de eficiência de combustível. O motor N52 da BMW incorpora um cárter composto de magnésio e alumínio que reduz o peso do motor em 10 kg em comparação com alternativas de ferro, melhorando a economia de combustível em 3-5%.
Volantes de magnésio proporcionam melhor absorção de impactos e reduzem a fadiga do motorista durante viagens longas. A tendência em direção aos veículos elétricos acelera a adoção do magnésio, pois veículos mais leves aumentam a autonomia da bateria. O Model S da Tesla utiliza componentes de magnésio na estrutura de suporte do painel e nas estruturas dos assentos, contribuindo para os impressionantes índices de eficiência do veículo.
Os eletrônicos de consumo aproveitam as propriedades de blindagem eletromagnética e as capacidades de dissipação de calor do magnésio. Computadores portáteis utilizam carcaças de liga de magnésio que proporcionam condução de calor 75% melhor que alternativas de plástico, oferecendo ao mesmo tempo proteção superior contra interferência eletromagnética (EMI) para componentes sensíveis.
Câmeras profissionais, como as da série Canon EOS-1D, empregam corpos de liga de magnésio para obter durabilidade e vedação contra intempéries. A excelente usinabilidade do material permite geometrias complexas para suportes de lentes e componentes estruturais internos. Os fabricantes de smartphones utilizam cada vez mais ligas de magnésio em estruturas internas, proporcionando integridade estrutural e minimizando o impacto do peso sobre a duração da bateria.
A combustão branca brilhante do magnésio (3,100°C) o torna essencial para sinalizadores militares, dispositivos de sinalização de emergência e pólvora para flashes fotográficos. Sinalizadores marítimos de socorro queimam misturas de magnésio e estrôncio que produzem uma intensa luz vermelha visível a quilômetros de distância, enquanto os sinalizadores de assentos ejetáveis de aeronaves utilizam magnésio puro para obter a máxima intensidade de iluminação.
Aplicações de soldagem por termita utilizam pó de magnésio como fonte de ignição para misturas de óxido de ferro e alumínio, alcançando temperaturas suficientes para soldar trilhos ferroviários. A reação exotérmica: 3Mg + Fe₂O₃ → 3MgO + 2Fe gera calor suficiente para derreter o aço, possibilitando reparos em campo em locais remotos.
O magnésio atua como um poderoso agente redutor na produção de metais especiais, incluindo titânio, zircónio, háfnio e urânio. O processo Pidgeon reduz o óxido de magnésio com ferrossilício a 1,200°C sob vácuo, produzindo 80% do fornecimento global de magnésio. Esse processo exige controle preciso da temperatura e uma atmosfera inerte para evitar a oxidação.
A produção de ferro com grafita esferoidal (ferro dúctil) depende da adição de magnésio para transformar lamelas de grafita em nódulos esféricos, melhorando significativamente as propriedades mecânicas. A adição de 0.03-0.08% de magnésio ao ferro fundido cria ferro dúctil com resistências à tração superiores a 700 MPa, utilizado em virabrequins automotivos, tubulações e componentes de máquinas pesadas.
Os compostos de magnésio desempenham papéis fundamentais na fabricação de produtos farmacêuticos e em tratamentos médicos. O estearato de magnésio atua como lubrificante na fabricação de comprimidos, evitando que os ingredientes grudem nos equipamentos e garantindo peso e taxas de dissolução consistentes. Mais de 95% dos comprimidos farmacêuticos contêm estearato de magnésio.
Implantes biodegradáveis de magnésio representam uma tecnologia médica revolucionária para aplicações ortopédicas. Esses implantes se dissolvem gradualmente nos fluidos corporais, eliminando a necessidade de remoção cirúrgica e promovendo a cicatrização óssea. A biocompatibilidade do magnésio e suas propriedades mecânicas semelhantes às do osso humano o tornam ideal para dispositivos de fixação temporária, stents e parafusos cirúrgicos.
De onde vem
23300 mg/kg da crosta terrestre · mais abundante do que 95% dos elementos
O Magnésio é o oitavo elemento mais abundante na crosta terrestre, com 2,3% em massa, e o terceiro mais abundante na água do mar, com 1.290 partes por milhão. Essa abundância reflete o papel do magnésio como componente primário do manto terrestre, onde os minerais olivina ((Mg,Fe)₂SiO₄) e piroxênio predominam nos 400 quilômetros superiores do interior do nosso planeta.
O gradiente de concentração do núcleo terrestre (praticamente sem magnésio), passando pelo manto silicatado (25% de magnésio), até as rochas da crosta demonstra como a diferenciação planetária concentrou os elementos mais leves nas camadas externas. O raio iônico do magnésio (0,72 Å) e sua carga (+2) tornam-no idealmente adequado para a coordenação octaédrica em minerais silicáticos.
A olivina, o mineral mais abundante que contém magnésio, forma-se quando magmas ricos em magnésio cristalizam em altas temperaturas (1.200-1.800°C). Os principais depósitos de olivina do complexo de Åheim, na Noruega, e de Buck Creek, na Carolina do Norte, fornecem fontes de magnésio de grau industrial. Esses depósitos formaram-se a partir de intrusões ultramáficas ricas em composições do manto primitivo.
Os depósitos evaporíticos representam outra fonte crucial de magnésio, especialmente a Bacia de Zechstein, sob o norte da Europa, e a Bacia Permiana, no Texas. Esses depósitos formaram-se há 250 milhões de anos, quando bacias marinhas restritas evaporaram, concentrando cloreto e sulfato de magnésio até níveis de saturação. A extração moderna do Mar Morto e do Great Salt Lake continua esse processo natural de concentração.
A água do mar contém 53 milhões de toneladas de magnésio por quilômetro cúbico, mantidos por ciclos biogeoquímicos complexos que envolvem o aporte fluvial, a circulação hidrotermal e a assimilação biológica. Os sistemas hidrotermais das dorsais meso-oceânicas trocam continuamente magnésio entre a água do mar e as rochas basálticas quentes, mantendo as concentrações oceânicas de magnésio ao longo do tempo geológico.
Os organismos marinhos utilizam amplamente o magnésio em processos de biomineralização. As algas coralíneas e os foraminíferos incorporam magnésio em estruturas de carbonato de cálcio, criando calcita rica em magnésio que registra a química dos oceanos antigos. Esses processos biológicos removem quantidades significativas de magnésio da água do mar enquanto criam vastos depósitos de calcário enriquecidos em magnésio.
O magnésio forma-se por meio da queima de carbono em estrelas massivas (>8 massas solares), quando as temperaturas do núcleo excedem 600 milhões de Kelvin. A principal via de reação envolve a fusão de núcleos de carbono-12 para formar néon-20, que então captura partículas alfa para produzir magnésio-24, o isótopo de magnésio mais abundante (79% do magnésio natural).
As supernovas do tipo II sintetizam magnésio explosivamente por meio de processos de queima de oxigênio, nos quais núcleos de oxigênio-16 sofrem reações de fusão rápidas em temperaturas superiores a 1,5 bilhão de Kelvin. Essas explosões estelares dispersam magnésio pelas galáxias, enriquecendo o meio interestelar que forma gerações subsequentes de estrelas e planetas.
As moléculas de clorofila contêm magnésio em seus centros, tornando a fotossíntese impossível sem esse elemento. Cada molécula de clorofila coordena um íon de magnésio com quatro átomos de nitrogênio em uma estrutura de anel porfirínico, permitindo a absorção de luz em comprimentos de onda específicos (430 nm e 662 nm para a clorofila a).
A fisiologia humana requer 400-420 mg de magnésio diariamente para mais de 300 reações enzimáticas, incluindo a síntese de ATP, a síntese de proteínas e a contração muscular. A deficiência de magnésio afeta 10-30% da população mundial, causando cãibras musculares, batimentos cardíacos irregulares e aumento do risco de osteoporose. Vegetais de folhas verdes, nozes e cereais integrais fornecem as fontes alimentares mais ricas.
O processo Pidgeon domina a produção global de magnésio, reduzindo dolomita (CaMg(CO₃)₂) com ferrossilício a 1.200°C sob vácuo: 2MgO + 2CaO + FeSi → 2Mg + Ca₂SiO₄ + Fe. Esse processo, desenvolvido no Canadá durante a Segunda Guerra Mundial, produz 80% do magnésio metálico do mundo, principalmente na China, que responde por 87% da produção global.
A extração eletrolítica da água do mar oferece uma rota alternativa, especialmente em áreas com eletricidade barata e abundante. O processo Dow extrai hidróxido de magnésio da água do mar usando cal e, em seguida, converte-o em cloreto de magnésio para eletrólise. Essa abordagem renovável poderia, teoricamente, fornecer magnésio ilimitado, pois a água do mar contém mais de 4 bilhões de anos de reservas às taxas atuais de consumo.
Manuseio
Risco extremo de incêndio: O metal Magnésio queima com uma luz branca intensa a 3,100°C, produzindo temperaturas suficientemente altas para derreter aço. Incêndios de Magnésio não podem ser extintos com água (que se decompõe formando Hidrogénio explosivo), dióxido de carbono ou extintores químicos padrão. Use extintores de incêndio Classe D contendo cloreto de Sódio, grafite ou pós especializados para supressão de incêndios de Magnésio.
Perigos do pó: O Magnésio finamente dividido apresenta graves riscos de explosão, com energia mínima de ignição de apenas 40 millijoules. Nuvens de poeira de Magnésio podem explodir quando as concentrações excedem 0.02 oz/ft³. Mantenha a umidade acima de 65% para reduzir o acúmulo de eletricidade estática e assegure o aterramento adequado de todos os equipamentos que manuseiam pó de Magnésio.
Febre dos fumos metálicos: A inalação de fumos de óxido de Magnésio causa febre dos fumos metálicos, com sintomas que incluem calafrios, febre, náusea e dificuldade para respirar, surgindo 4-12 horas após a exposição. Embora não seja permanentemente prejudicial, os sintomas podem persistir por 24-48 horas. O limite de exposição permitido pela OSHA é de 15 mg/m³ para fumos de óxido de Magnésio.
Proteção respiratória: Use respiradores aprovados pelo NIOSH com filtros P100 quando pó ou fumos de Magnésio possam estar presentes. Forneça ventilação local por exaustão, mantendo velocidades de captura de 100-200 feet per minute nos pontos de geração de poeira.
Nutriente essencial: Adultos necessitam de 400-420 mg diários de Magnésio para o funcionamento fisiológico adequado. Os sintomas de deficiência incluem cãibras musculares, batimentos cardíacos irregulares, alterações de personalidade e aumento do risco de osteoporose. No entanto, a suplementação excessiva (>5,000 mg diários) pode causar diarreia, náusea e cólicas abdominais.
Interações medicamentosas: Suplementos de Magnésio podem interferir na absorção de antibióticos (tetraciclina, quinolonas) e podem intensificar os efeitos de medicamentos para pressão arterial. Consulte profissionais de saúde antes de tomar suplementos de Magnésio com medicamentos prescritos.
Equipamentos de proteção individual: Óculos de segurança com proteção lateral, roupas resistentes a chamas e luvas de couro para manusear Magnésio sólido. Evite tecidos sintéticos que possam derreter e aderir à pele durante incêndios instantâneos.
Requisitos de armazenamento: Armazene o Magnésio em áreas frescas e secas, longe de oxidantes, ácidos e fontes de água. Use recipientes herméticos com dessecantes para pó de Magnésio. Mantenha as temperaturas de armazenamento abaixo de 30°C para evitar a combustão espontânea de pós finos.
Controle da eletricidade estática: Aterre todos os equipamentos, use recipientes condutivos, mantenha a umidade relativa acima de 65% e elimine fontes de ignição ao manusear pó de Magnésio ou usinar ligas de Magnésio.
Incêndios de Magnésio: Evacue a área imediatamente, chame o corpo de bombeiros especificando "incêndio de metal Magnésio" e não tente realizar a supressão, a menos que tenha treinamento com agentes extintores Classe D adequados. Permita que pequenos incêndios se extingam enquanto protege os materiais adjacentes com barreiras térmicas.
Contacto com a pele/os olhos: Remova cuidadosamente as partículas de Magnésio sem esfregar (para evitar fragmentos incrustados), lave com água em abundância por 15+ minutos e procure atendimento médico para quaisquer queimaduras ou partículas metálicas incrustadas. Remova as lentes de contacto se forem fáceis de retirar.
Exposição por inalação: Leve a vítima imediatamente para um local com ar fresco, monitore o surgimento tardio de sintomas de febre dos fumos metálicos, forneça oxigénio suplementar se disponível e procure avaliação médica para exposições significativas. Os sintomas podem não aparecer por várias horas.
Ingestão: Não provoque vómito. Enxague a boca com água, dê pequenas quantidades de água se a pessoa estiver consciente e procure atendimento médico imediato. Grandes quantidades de Magnésio metálico podem reagir com o ácido estomacal, produzindo gás Hidrogénio.
Respostas rápidas
Magnésio (símbolo Mg) é o elemento 12 da tabela periódica, um Metal alcalinoterroso do período 3, grupo 2. O metal no centro da clorofila — e aquele que queima com uma luz brilhante o bastante para cegar uma câmara. À temperatura ambiente, é um sólido.
[Ne] 3s², resultando em 3 camadas ocupadas com a distribuição 2, 8, 2.Magnésio derrete a 923 K (649.9 °C) e entra em ebulição a 1363 K (1089.9 °C).
A massa atómica padrão de Magnésio é 24.305 u. Trata-se de uma média ponderada dos seus isótopos que ocorrem naturalmente, por isso raramente é um número inteiro.
Magnésio tem densidade de 1.738 g/cm³. A água tem 1.0 g/cm³, portanto um bloco de Magnésio é aproximadamente 1.7× mais pesado.
Magnésio tem eletronegatividade de Pauling igual a 1.31. A escala vai de 0,70 (frâncio, o menos ávido por eletrões) a 3,98 (flúor, o mais ávido). Valores nessa faixa intermediária tendem a formar ligações covalentes, em vez de ligações fortemente iónicas.
Magnésio foi descoberto em 1755 por Joseph Black. Recebe esse nome em homenagem a magnésia, uma região da Tessália.
Magnésio constitui sobre 2.33% da crosta terrestre — é um dos elementos mais abundantes que existem.