Il magnesio è l'elemento chimico della tavola periodica degli elementi che ha come simbolo Mg e come numero atomico 12.
Il magnesio è anche un micronutriente essenziale e la magnesiemia, più raramente nota come magnesemia, è il livello di magnesio circolante nel sangue. L'ipermagnesiemia è un livello patologicamente alto di magnesio nel sangue, mentre l'ipomagnesiemia è un livello patologicamente basso.
Storia
Nel 1795, J.C. Delanethrie applicò il termine “magnesite” a una serie di sali di magnesio (carbonato, solfato, nitrato e cloruro), e A. Brongmart applicò lo stesso termine a un gruppo di minerali che includeva carbonati e silicati di magnesio.
I giacimenti di carbonato naturale di magnesio furono scoperti in Moravia, Cecoslovacchia, e furono descritti da C.F. Ludwig come talcum carbonatum nel 1803. D.L.G. Karsten limitò per la prima volta il termine “magnesite” al carbonato naturale nel 1808, e questo termine fu gradualmente accettato.
Giacimenti di magnesite furono scoperti in Austria e Grecia nella seconda metà del XIX secolo, e nel 1890 la magnesite era in uso generale in Europa per i rivestimenti refrattari nei convertitori Bessemer e ad arco aperto. Nello stesso periodo, vennero aperte miniere di magnesite in Canada, e nel 1909, notevoli quantità di magnesite calcinata venivano esportate annualmente negli Stati Uniti.
Nel 1886, furono scoperti giacimenti di magnesite in California, e nel 1912, la magnesite macinata della California veniva utilizzata negli Stati Uniti occidentali per sostituire i materiali di qualità specifica importati. Nel 1913, iniziò in Pennsylvania la produzione di ossido di magnesio per precipitazione mediante l'uso di dolomite.
Il magnesio metallico fu prodotto per la prima volta da Sir Humphry Davy nel 1808 mediante riduzione dell'ossido di magnesio con vapore di potassio. La prima produzione industriale di magnesio fu intrapresa in Francia da Deville e Caron nel 1863 e prevedeva la riduzione di una miscela di cloruro di magnesio anidro e fluoruro di calcio in presenza di sodio.
Nel 1833, Michael Faraday ottenne magnesio mediante elettrolisi di cloruro di magnesio anidro fuso, e nel 1852 Robert Bunsen sviluppò una cella elettrolitica per questo scopo. Grazie all'uso di una modifica della cella elettrolitica di Bunsen, il magnesio metallico fu prodotto su scala pilota in Germania nel 1886, e nel 1909, fu avviata una produzione industriale limitata.
Il primo impianto per la produzione di magnesio negli Stati Uniti fu costruito dalla General Electric Co. a Schenectady nel 1914. La produzione di magnesio subì un notevole incremento durante la Seconda Guerra Mondiale a causa dell'uso del magnesio nelle bombe incendiarie.
Sebbene i composti organnici del magnesio siano conosciuti fin dagli ultimi decenni del XIX secolo, la loro insolubilità inizialmente precludeva applicazioni generali. Nel 1900, il giovane dottorando francese Victor Grignard (1871–1935) ebbe l'idea di preparare questi reagenti sfuggenti in soluzione. Si trattava di un concetto nuovo. La reazione di vari alogenuri organici con nastri di magnesio (spesso chiamati "turnings") in etere portò a soluzioni stabili di reagenti organomagnesio che portano il nome di Grignard.
In effetti, la sua prima pubblicazione del 1900 ebbe così tanto successo che molti chimici organici di tutto il mondo applicarono immediatamente la sua procedura e Grignard ebbe successivamente difficoltà a trovare abbastanza esempi di applicazioni dei suoi reagenti ancora inedite per completare la sua tesi di dottorato. Questa scoperta fondamentale, per la quale gli fu assegnato il Premio Nobel nel 1912, rivoluzionò la chimica organica.
Chimica nucleare Il magnesio è appartiene al gruppo dei metalli alcalino terrosi, ha una massa molecolare pari a 24.305 g/mol e la sua massa monoisotopica si attesta pari a 23.9850417 u.
Isotopi Dell'elemento magnesio si conoscono almeno 22 isotopi, con numeri di massa che vanno da A = 19 ad A = 40. Tra questi, gli isotopi naturali dell'elemento sono: 24Mg (78,99%, il più abbondante), 25Mg (10%) e 26Mg (11,01%). Questi sono i soli isotopi stabili del magnesio, i restanti sono tutti radioattivi.
Il 25Mg è l'unico isotopo stabile di magnesio ad avere spin (5/2) e pertanto può essere usato per la risonanza magnetica nucleare dei composti di magnesio. Il 26Mg è un isotopo stabile ed ha trovato applicazione in geologia isotopica, similmente all'alluminio.
Gli isotopi 24, 25 e 26Mg sono prodotti all'interno delle stelle massicce, ma il 24Mg è il più abbondante, e il bilancio totale di questo elemento è dominato dalle stelle massicce nelle galassie di formazione stellare durante la fusione del carbonio e del neon nel nucleo, prima dell'esplosione della supernova.
Gli isotopi 25, 26Mg sono prodotti principalmente nelle stelle di massa intermedia (IM) nello strato esterno di carbonio attraverso la cattura di α sul neon. Di conseguenza, questi isotopi del magnesio, che originano dalle stelle della branca gigante asintotica (AGB), iniziano a contribuire più tardi mentre l'arricchimento chimico galattico evolve. +Isotopi del magnesioNuclideZNMassa monoisotopica (Da)EmivitaDecadimentoSpin18Mg1264,0 zs2p0+19Mg12719.034180(60)5 ps2p -1/220Mg12820.0187631(20)90,4 msβ+, β+p0+21Mg12921.0117058(8)120 msβ+,β+p, β+α, β+pα +5/222Mg121021.99957060(17)3,8745 sβ+0+23Mg121122.99412377(3)11,3039 sβ+ +3/224Mg121223.985041689(14)stabile0+25Mg121324.98583697(5)stabile +5/226Mg121425.98259297(3)stabile0+27Mg121526.98434065(5)9,435 minβ- +1/228Mg121627.98387543(28)20,915 hβ-0+29Mg121728.9886072(4)1,30 sβ- +3/230Mg121829.9904655(14)317 msβ-, β-n0+31Mg121930.996648(3)270 msβ-, β-n +1/232Mg122031.999110(4)80,4 msβ-, β-n0+33Mg122133.0053279(29)92 msβ-, β-n -3/234Mg122234.008935(7)44,9 msβ-, β-n, β-2n0+35Mg122335.01679(29)11,3 msβ-, β-n -3/2, -5/236Mg122436.02188(74)3,9 msβ-, β-n0+37Mg122537.03029(75)8 ms? -3/238Mg122638.03658(54)3,1 msβ-, β-n, β-2n0+40Mg122840.05319(54)170 ns - 1ms?0+
Abbondanza e disponibilità Abbondanza Il magnesio è il nono elemento per abbondanza nell'universo (580 ppm), il settimo elemento più abbondante sulla Terra e costituisce circa il 2,3% della crosta terrestre (23.000 ppm). Inoltre è il terzo per abbondanza tra gli elementi disciolti nell'acqua di mare (1,14%).
Il magnesio è presente soprattutto nei minerali ferro-magnesiaci. Sebbene il magnesio si trovi in oltre 60 minerali, solo dolomite, magnesite, brucite, carnallite e olivina hanno importanza commerciale. Il magnesio e altri composti del magnesio sono prodotti anche dall'acqua di mare, dalle salamoie di pozzi e laghi, e dai residui salini. +Riserve di magnesio disponibileNazioneMilioni di tonnellate metricheAustria15Brasile45Cina750Grecia30India30Corea del Nord450Russia650Serbia e Montenegro5Slovacchia20Spagna10Turchia65Stati Uniti10Altre nazioni420 Oltre che nelle rocce e nell'acqua marina, il magnesio è presente sia nel mondo vegetale sia in quello animale, di cui costituisce uno dei componenti essenziali. Le fonti alimentari comuni di magnesio includono frutta secca (anacardi, arachidi, mandorle, noci), legumi, banane, mele, carote, broccoli, verdure a foglia verde, cereali - soprattutto integrali - come il miglio e il grano saraceno, cacao, carni e prodotti lattiero-caseari.
Il magnesio è uno dei metaboliti prodotti dal ceppo K12 dell'E. coli, inoltre è stato identificato in A. salina, M.frutescens ed altri organismi.
Importanza biologica Il magnesio è un importante cofattore enzimatico ed è essenziale per diversi processi metabolici. Contribuisce a regolare la pressione sanguigna ed è necessario per:
la sintesi di RNA la sintesi del DNA la sintesi proteica la sintesi dell'ATP la sintesi degli acidi grassi la formazione dell'urea l'attivazione delle vitamine del gruppo B la glicolisi la glucloneogenesi la coagulazione del sangue la secrezione di insulina la trasmissione dei segnali bioelettrici
Oltre 800 enzimi richiedono il magnesio per la loro azione catalitica (oltre 600 come cofattore e oltre 200 come attivatore), in particolare quelli coinvolti nella fosforilazione ossidativa, tra cui:
la fruttochinasi l'α-glicosidasi la fosfoglicerato mutasi la piruvato chinasi l'fosfopiruvato idratasi la rubisco attivasi l'adenilato ciclasi la piruvato decarbossilasi la topoisomerasi l'elicasi l'esonucleasi le ATPasi l'isocitrato deidrogenasi l'ossoglutarato deidrogenasi
Si concentra principalmente nelle ossa (60%) e nei muscoli (27%), mentre il restante 13% è suddiviso tra tessuti, liquidi organici e plasma. La concentrazione di magnesio all'interno degli eritrociti risulta tre volte superiore a quella del plasma.
È un antagonista intracellulare del calcio, con il quale compete per i siti di legame in proteine e trasportatori; a questo proposito, determina un blocco dei canali ionici del calcio dei recettori NMDA, con riduzione della trasmissione glutammatergica. Il suo continuo scambio dalla superficie ossea al plasma promuove la proliferazione degli osteoblasti e, quindi, l’apposizione ossea.
Il magnesio viene introdotto con l’alimentazione e assorbito a livello dell'intestino tenue mediante un meccanismo di diffusione semplice o a livello del colon mediante un passaggio transcellulare mediato dai canali TRPM6 e TRPM7. Solo una quantità variabile tra il 24 e il 76% viene assorbito a livello intestinale, il resto invece lo ritroviamo a livello fecale.
In generale, circa 100 mg al giorno fluiscono nel torrente ematico al netto dei 120 mg assorbiti e dei 20 mg secreti nel lume. Nel plasma i normali livelli di Mg si attestano tra 0,75 e 0,95 mmol/l (pari, rispettivamente, a 1,8 e 2,3 mg/dl) e nel torrente ematico viaggia per lo più ionizzato (55–70%), in parte legato a proteine plasmatiche (20–30%) e solo in una piccola quantità risulta legato ad anioni. Viene filtrato a livello del glomerulo renale (2400 mg/die) e successivamente riassorbito in minima parte a livello del tubulo prossimale (15–20%) e maggiormente dell’ansa ascendente di Henle (60–70% del magnesio filtrato), in assenza di una vera e propria regolazione endocrina.
Il magnesio svolge un ruolo importante nel sistema cardiovascolare, influenzando il metabolismo miocardico, l'omeostasi del Ca2+ e la vasodilatazione endotelio-dipendente. Agisce anche come agente antipertensivo, antiaritmico, antinfiammatorio e anticoagulante.
Il magnesio ha una fondamentale importanza per le piante; la clorofilla, fondamentale per la cattura energetica dalla luce nella fotosintesi, è una porfirina che ha in posizione centrale un atomo di magnesio.
Salute
Alcuni fattori ne aumentano la biodisponibilità come, ad esempio, la presenza nella dieta di fibre solubili (es. inulina o amido resistente) e la presenza di alcuni peptidi di derivazione lattea (dalla caseina e proteine del siero) mentre altri le riducono, come la presenza di elevate quantità di calcio nella dieta o la carenza di vitamina D.
Nonostante l'importanza del magnesio e la sua disponibilità attraverso molte fonti alimentari, si stima che il 56-68% degli adulti che vivono nei paesi sviluppati occidentali non soddisfi la dose giornaliera raccomandata. Numerosi fattori e comportamenti comuni, come la lavorazione degli alimenti e la cottura delle verdure (che normalmente sono una ricca fonte di magnesio), riducono la disponibilità di questo minerale nella dieta.
Le raccomandazioni circa il fabbisogno giornaliero di magnesio non sono uniformi tra i vari Paesi: ad esempio, i LARN italiani raccomandano un apporto quotidiano di 240 mg in uomini e donne e si discostano in maniera significativa dalle RDA statunitensi che invece raccomandano un apporto di circa 320 mg per le donne e 420 mg per gli uomini.