Siamo arrivati al dodicesimo capitolo del nostro viaggio attraverso il Sistema Periodico: il magnesio (link alla lettura della scheda). È il secondo elemento del secondo gruppo, quello dei metalli alcalino-terrosi: possiede quindi due elettroni di valenza che è disposto a cedere ad atomi più elettronegativi. Il nuovo elettrone completa l’orbitale 3s, e questo si traduce in un elemento leggermente più stabile, denso e compatto del predecessore, il sodio.
Un elemento brillante
Ancora una volta vediamo in azione la periodicità della tavola: il magnesio reagisce rapidamente con l’ossigeno atmosferico e con l’acqua, più del berillio, e quindi in natura non lo si trova mai in forma pura. Sono noti infatti oltre 60 minerali del magnesio! In forma pura appare come un metallo bianco-argenteo relativamente fragile, che si ossida rapidamente in atmosfera. C’è una novità però: l’ossidazione non prosegue fino a distruggere l’intero campione, ma si arresta dopo aver formato una pellicola protettiva di ossido. Questo processo si chiama passivazione, e lo incontreremo molte volte.
Ciò fa sì che il magnesio sia il primo metallo che può essere utilizzato tal quale, per esempio in lega con l’alluminio nelle scocche di computer e cellulari. Sodio e litio sono troppo reattivi, mentre il berillio è spaventosamente tossico. Questo anche in virtù della sua densità bassissima (solo il 74% più dell’acqua) e della sua resistenza. Ma non sbagliate a dimenticarvi che si tratta di un elemento molo reattivo! Il magnesio puro, se incendiato, reagisce violentemente con l’ossigeno atmosferico e brilla di un’intensa luce bianca. In passato veniva usato come flash fotografico e oggi trova ancora impiego nei razzi di segnalazione. È praticamente inestinguibile, visto che una volta incendiato reagirà persino con l’acqua e con l’azoto atmosferico!
In quel di Magnesia
Il primo a produrre magnesio puro fu, ancora una volta, Humphry Davy. Il chimico inglese lo isolò nel 1808 tramite elettrolisi della magnesia (semplice ossido di magnesio, MgO), a sua volta derivata dalla calcinazione (cottura ad alta temperatura) della magnesia bianca, o magnesite (carbonato di magnesio, MgCO3). Da cui il nome proposto da Davy, appunto magnesium in neolatino. La radice etimologica va cercata nella regione greca della Magnesia, da cui venivano estratti tali minerali, una radice condivisa anche con altre sostanze, come magnetite e manganese. Il nome della regione deriva a sua volta da quello dell’antico popolo che la abitava, i magneti (magnetes), discendenti di Magnes, figlio di Zeus e fratello di Macedon (da cui discesero invece i macedoni).
Il primo uso noto di uno suo composto risale al 1618, quando un allevatore di Epsom (in Inghilterra) si accorse che le sue mucche si rifiutavano di bere da un pozzo dall’acqua piuttosto amara. L’acqua però sembrava favorire la guarigione delle ferite, e la sua fama si diffuse rapidamente. Il sale ottenuto evaporando l’acqua è tutt’oggi noto come sale inglese (Epsom salt), e viene usato come lenitivo e come sali da bagno. Di solfato di magnesio sulla Terra ce n’è tantissimo, visto che è il secondo sale più abbondante nell’acqua di mare (alla quale conferisce il gusto amaro). Il suo uso industriale maggiore è però in agricoltura, perché il magnesio è un elemento fondamentale per la vita vegetale.
Il respiro della vita
Gli usi del magnesio in metallurgia e industria sono certamente innumerevoli, è secondo solo al ferro e all’alluminio, ma è il suo ruolo biologico quello davvero essenziale. In combinazione con il fosforo rende possibile la chimica fondamentale degli acidi nucleici (come RNA e DNA), e sono stati scoperti oltre 300 enzimi hanno bisogno di uno ione magnesio per poter funzionare. L’ATP (adenosina trifosfato), la molecola usata per il trasporto e l’utilizzo di energia nelle reazioni chimiche all’interno delle cellule viventi, non potrebbe funzionare senza magnesio. Un adulto contiene in media 24 grammi di magnesio, e deve assumerne circa 300-400 milligrammi al giorno per soddisfare i bisogni metabolici.
verde circondato dai quattro atomi blu di azoto
dell’anello profirinico.
Ma se ancora non siete convinti della sua importanza, sappiate che il magnesio è il componente centrale di una molecola di importanza epocale: la clorofilla. Al centro dell’anello porfirinico campeggia infatti un atomo di magnesio, senza il quale tutto il castello non starebbe in piedi. È un po’ come il ferro per il gruppo eme, alla base dell’emoglobina. L’intera catena alimentare si regge sul ruolo biologico del magnesio, e lo fa da circa tre miliardi di anni!
Ancora cenere di stelle
Il magnesio è il nono elemento più abbondante di tutti, sei posizioni più in alto dei suoi confinanti. Questo non deve stupire, perché ancora una volta abbiamo a che fare con un elemento pari e quindi generato dalla scala dei processi-α. Elementi che si ottengono attaccando tra di loro nuclei di 4He come se fossero mattoncini! A produrre magnesio sono principalmente due processi: la fusione di due nuclei di 12C e l’acquisizione di una particella α da parte di un nucleo di 20Ne.
La prima reazione avviene durante il bruciamento del carbonio (possibile per stelle almeno 8 volte più massicce del Sole), ma è in realtà energeticamente sfavorita e non produce grandi abbondanze di magnesio. La seconda avviene invece nello step successivo, durante il bruciamento del neon, ed è possibile solo nelle stelle che a un certo punto diventeranno supernove! Il magnesio che oggi esiste sulla Terra è stato espulso nello spazio in questo modo.
con riportato l’intervallo naturale di variazione
della massa atomica
Il magnesio possiede tre isotopi stabili in natura:
1) 24Mg (magnesio-24), con 12 neutroni. Da bravo isotopo simmetrico è lui il figlio prediletto delle stelle, e rappresenta il 79% del totale
2) 25Mg (magnesio-25), con 13 neutroni. Costituisce il 10% del totale e viene creato in un ramo secondario delle reazioni di bruciamento del carbonio.
3) 26Mg (magnesio-26), con 14 neutroni. Costituisce il restante 11% dell’abbondanza naturale ed è creato in modo simile al 25Mg. C’è però un’altra fonte di 26Mg: il decadimento di un isotopo primordiale particolare, l’alluminio-26, il cui calore di decadimento permise la fusione e differenziazione dei protopianeti all’alba del sistema solare. L’alluminio-26 è estinto da miliardi di anni (dimezza in 717.000 anni), ma la sua antica presenza è stata registrata dalle rocce del nostro pianeta e dal loro contenuto di 26Mg.
