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El magnesio (Mg) es un elemento químico de número atómico 12. Se clasifica en el grupo dos de la tabla periódica de elementos. Aquel en el que los componentes poseen dos electrones de valencia en su capa externa y que son, por tanto, muy reactivos químicamente. Este elemento es bastante ligero, con una densidad de solo 1,738 g/cm³. De color blanco-gris metálico, reacciona fácilmente con el agua y el oxígeno. De hecho, desde el punto de vista químico, tiene una fuerte afinidad por el oxígeno. Lo que significa que es altamente reactivo con los óxidos, formando compuestos como el óxido de magnesio (MgO). Concretamente, los átomos de magnesio prácticamente nunca existen en su forma pura en la naturaleza. Tienen una fuerte afinidad con otros elementos y tienden a combinarse con ellos, constituyendo compuestos.
Además, el magnesio es un metal alcalinotérreo y uno de los elementos más abundantes en la Tierra. Es el 8º elemento más abundante en la corteza terrestre y el 4º elemento más común del planeta, justo después del oxígeno, el hierro y el silicio. Representa de hecho el 13% de la masa de la Tierra. También es el 3er elemento más abundante en el agua de mar después del cloro y el sodio. Es también el undécimo elemento más presente en masa en el cuerpo humano. En efecto, está involucrado en más de 300 reacciones enzimáticas diferentes en el cuerpo. Especialmente en la producción de energía, la regulación del ritmo cardíaco, la función muscular, la salud de los huesos y dientes, así como la regulación de la glucemia. El magnesio es conocido desde la Antigüedad donde se utilizaba para la fabricación de medicamentos y pigmentos. Es además muy común e importante debido a sus numerosos usos. Se emplea en el diseño de aleaciones ligeras, de pilas eléctricas así como en la industria farmacéutica y como suplemento alimenticio. Además, el magnesio es un elemento esencial para la vida, pues participa en múltiples reacciones bioquímicas en el cuerpo humano.
El magnesio debe su nombre a la región griega de Magnesia que era conocida debido a sus ricos yacimientos de magnesio en diferentes formas. Sin embargo, la primera observación de este elemento fue realizada por el científico escocés Joseph Black en 1755. Había identificado un compuesto soluble en agua que había llamado “caliza magnésica”. Posteriormente descubrió que este compuesto podía transformarse en un polvo blanco, que era en realidad óxido de magnesio.
Décadas más tarde, en 1808, el químico inglés Sir Humphry Davy consiguió aislar el magnesio en su forma metálica pura utilizando la técnica de electrólisis. Davy había calentado una mezcla de óxido de magnesio y óxido de mercurio mientras aplicaba una carga eléctrica para obtener este resultado.
El magnesio posee 22 isótopos conocidos que tienen números de masa que van de 19 a 40. Tres de ellos son estables, a saber, el 24Mg, el 25Mg y el 26Mg. Estos isótopos difieren por el número de neutrones en su núcleo atómico, confiriéndoles propiedades físicas y químicas distintas. El 24Mg es el isótopo más abundante y representa aproximadamente el 79% del conjunto de los isótopos del magnesio en la naturaleza. En cuanto al 25Mg, constituye cerca del 10%, mientras que el 26Mg está presente en un 11%.
También conviene mencionar que el magnesio cuenta con 19 radioisótopos. Es decir, isótopos inestables que se desintegran emitiendo radiaciones radioactivas. Entre ellos, los más comunes son el 28Mg y el 27Mg con una vida media respectiva de 20,915 h y de 9,458 min. Todos los demás radioisótopos tienen una vida media muy corta, del orden de algunos segundos a un minuto como máximo.
El magnesio es un metal con numerosos usos. Se utiliza sobre todo en mecánica gracias a su ligereza. Lo que permite especialmente realizar economías significativas en la industria automotriz y de la aviación. Sin embargo, su producción y su reciclaje son difíciles, consumen mucha energía y contaminan. Es también un reactivo importante en química, empleado en diversas operaciones como la fabricación de aceros, la purificación de metales y la reacción de Grignard. Es además esencial para la vida en numerosos procesos biológicos, especialmente en la fotosíntesis así como la salud de los huesos.
El magnesio es considerado como uno de los metales más fáciles de trabajar. Sirve entre otras cosas para fabricar carrocerías, piezas de bicicleta o carcasas de ordenadores portátiles. Es además un material muy apreciado en el ámbito de la industria mecánica y aeronáutica. A menudo se combina con otros metales como el aluminio, el zinc, el torio, el zirconio y el cerio con el fin de crear aleaciones aún más sólidas y duraderas.
Concretamente, las aleaciones magnesio/aluminio/zinc permiten obtener la aleación de fundición G-A9 y G-A9Z1 así como la aleación de forja G-A7Z1. Todo esto, con un mínimo de 90% de magnesio puro, 0,5% a 3% de zinc, 3% a 10% de aluminio y 0,35% a 0,5% de manganeso. Cada una de ellas posee además propiedades particulares en términos de resistencia a la tracción así como a la corrosión. Por otra parte, las aleaciones magnesio/zinc con el zirconio y el cerio dan el G-TR3 Z2 Zr. Con 2,5% de cerio, 2% de zinc y 0,7% de zirconio, esta aleación es conocida por su resistencia en caliente así como por su resistencia a la fisuración por corrosión bajo tensión. Se emplea frecuentemente en las piezas de aviones sometidas a cargas cíclicas como los largueros, las traviesas, las nervaduras y los tabiques. La adición del torio a las aleaciones magnesio/zinc, por su parte, da origen al G-Th3 Z2 Zr (3% de torio, 2% de zinc, 0,7% de zirconio) así como al G-Z5 Th Zr (5% de zinc, 1,8% de torio, 0,7% de zirconio). Dos aleaciones de fundición que mejoran la resistencia a la fluencia y que sirven para fabricar piezas de los reactores como el cárter central y el cárter compresor.
Además, la resistencia a la corrosión del magnesio lo convierte en un material de elección para las aplicaciones en medio húmedo o marino. De hecho, a menudo se emplea a título de revestimiento protector respecto a otros metales sumergidos en el agua como el hierro y el acero. Las aleaciones magnesio/manganeso son el perfecto ejemplo de ello. Son resistentes contra este efecto químico y se utilizan en soldadura, laminado o forjado.
El proyecto de batería magnesio-azufre (Mg/S) pretende emplear el magnesio como soporte de carga y el azufre como cátodo para crear una pila recargable. En efecto, sus características estables, abundantes, no tóxicas y no corrosivas lo convierten en un material atractivo para las baterías recargables. Además, a diferencia de las pilas de iones de litio (Li-ion), las de magnesio no producen dendritas que son susceptibles de causar cortocircuitos.
Teóricamente, el par Mg/S posee una densidad de energía de 1.722 Wh/kg y de 1,7 V. Especificidades que hacen este proyecto particularmente interesante de cara a las aplicaciones que necesitan una gran autonomía como los vehículos eléctricos.
Además, los cátodos de alta capacidad que utilizan materiales a base de azufre como el borohidruro, el borato o el sulfuro de magnesio podrían ofrecer una densidad de energía aún más elevada que los acumuladores Li-ion. Es posible mejorar la conductividad del cátodo de azufre dopando el carbono. Lo que permite crear un compuesto catódico semi-orgánico.
El aporte diario recomendado de magnesio varía en función de la edad y del sexo. Las directrices generales sugieren que las mujeres y los hombres deberían consumir respectivamente alrededor de 320 mg y 420 mg. Desafortunadamente, cerca de la mitad de la población mundial no respeta este aporte. Investigaciones llevadas a cabo en Europa y América del Norte han revelado además que las dietas occidentales son deficientes en magnesio. Con una carencia del 30 al 50%, la tasa de consumo diario ha pasado de 500 mg a aproximadamente 200 mg estos últimos cien años. ¿Las razones? Un aumento del consumo de alimentos procesados asociado a una dependencia creciente del uso de fertilizantes.
Los alimentos de origen cereal son a menudo la principal fuente de magnesio. En efecto, este elemento se concentra en su germen así como en el salvado de su grano. Dos componentes que, en la mayoría de los casos, serán eliminados durante el proceso de refinado. Sin embargo, para aquellos que buscan aumentar su aporte en la materia, los cereales integrales (trigo entero, avena, arroz integral, centeno) son opciones alimentarias saludables. Contienen aproximadamente de tres a cinco veces más magnesio que los productos refinados (arroz blanco pulido, pan blanco, etc.).
Además, aquí hay una lista de algunos alimentos que contienen una cantidad relativamente alta de magnesio por porción de 100 g:
Cabe señalar que la cantidad de magnesio en los alimentos varía en función de varios factores. Particularmente la diversidad del alimento en cuestión, la calidad del suelo en el que fue cultivado así como su método de procesamiento.
El magnesio es un mineral esencial que el cuerpo humano no puede producir ni almacenar por sí mismo. Se evacua naturalmente por la orina o las heces. Lo que significa que debe obtenerse a través de la alimentación o por suplementos para responder a las necesidades diarias. Sin embargo, la sal de magnesio liposoluble o liposomal es la opción óptima como complemento alimenticio. Los magnesios deficientes (óxido, aspartato, óxido, etc.) así como el exceso de magnesio son susceptibles de provocar efectos indeseables como náuseas o diarrea. El riesgo de exceso por envenenamiento existe además en las personas de edad avanzada o que sufren de insuficiencia renal.
El magnesio actúa en sinergia con otros nutrientes para afinar su eficacia. Por ejemplo, ayuda a la metabolización de la vitamina D y B6. A su vez, éstas mejoran su absorción en el cuerpo.
Nota: el magnesio en forma de carbonato (MgCO3), de cloruro (MgCl2), de óxido hidratado, de hidrato se utiliza frecuentemente en medicina nutricional.
Se distinguen tres categorías principales de sales de magnesio:
Hay que destacar que el óxido posee el índice de contenido en magnesio más elevado (60,3%). Le siguen el del hidróxido (41,5%) y del carbonato (40%).
Existen diferentes formas de magnesio. Encontramos:
Con su composición que comprende óxido, hidróxido, sulfato y cloruro de magnesio, el magnesio marino es el menos bien absorbido por el organismo. Provoca importantes efectos secundarios como trastornos gastrointestinales debido a su fuerte efecto laxante. Además, su biodisponibilidad es muy baja, lo que significa que solo una pequeña cantidad de magnesio puede ser absorbida por el organismo.
El glicerofosfato de magnesio es una forma quelada que a menudo se emplea en los complementos alimenticios debido a su alta biodisponibilidad. Es un poco más costoso que los otros elementos.
Frecuentemente utilizado en combinación con la vitamina B6, el lactato de magnesio es una sal orgánica a la vez biodisponible, asequible y eficaz. Mención especial al concepto de “lactate shuttle”. Un proceso por el cual el lactato, producido durante un ejercicio, es transportado de los músculos hacia otros tejidos para ser explotado como fuente de energía.
El cloruro es la forma de magnesio más comúnmente utilizada debido a su fuerte efecto laxante. Sin embargo, su acidez puede añadirse a la de los alimentos, lo que es susceptible de causar problemas en las personas mayores.
Las formas de magnesio más baratas y más concentradas son el óxido y el hidróxido. Son compuestos conocidos por su efecto muy laxante. Su biodisponibilidad es muy baja y son susceptibles de causar problemas de digestión si no se fraccionan en dosis más pequeñas.
El magnesio liposomal es una forma de suplemento encapsulado en liposomas (células grasas que facilitan enormemente su absorción en el organismo). Su coste de producción es bastante elevado y presenta muy pocos efectos secundarios. Además, se sospecha que su biodisponibilidad es relativamente alta con un contenido de magnesio del 12,4%.
Sin embargo, el proceso de fabricación del magnesio liposomal es muy complejo. Solo el recurso a una imagen MEB (Microscopio Electrónico de Barrido) permite verificar si el magnesio está realmente encapsulado en los liposomas. Todo esto sin hablar de la posible presencia de nanopartículas de liposomas. Cabe señalar que la jurisdicción que gira en torno a esta nueva forma de magnesio sigue siendo confusa en Europa.
El magnesio juega un papel crucial en el organismo. Interviene en más de 400 reacciones bioquímicas del cuerpo humano, especialmente en la producción de energía así como el transporte insulínico y osmótico de la glucosa. Es también un cofactor de la fosforilación, un proceso bioquímico importante que consiste en añadir un grupo de fosfato a una proteína. Sin magnesio, la fosforilación no puede tener lugar. Además, el cuerpo humano debe mantener un equilibrio interno estable para funcionar correctamente, lo que se denomina homeostasis. El magnesio es el elemento que ayuda a mantener este equilibrio dinámico. Está implicado entre otras en las funciones fisiológicas esenciales como la regulación de la presión arterial o la transmisión nerviosa. Es también un cofactor indispensable de la polimerización de los ácidos nucleicos. Es necesario en la actividad enzimática de las polimerasas de ADN y ARN. Además, el cuerpo humano contiene aproximadamente 24 g de magnesio de los cuales la mitad se almacena en los huesos y la otra mitad en los tejidos blandos. Sin embargo, encontramos aproximadamente 0,3% de magnesio en los fluidos corporales como la sangre. Es de hecho la razón por la cual la prueba en carencia de magnesio a partir de las concentraciones séricas no es fiable. En cuanto a la prueba de carga en magnesio, se recomienda, pero no está estandarizada. Está sujeta a trastornos intestinales en algunas personas y fuertemente desaconsejada a las que padecen enfermedades renales. En cuanto a la biopsia del músculo, es invasiva y rara vez se utiliza en clínica. El procedimiento es costoso y requiere una experiencia especializada. Actualmente, no existe ningún análisis de carencia de magnesio en el cuerpo humano que sea asequible, rápido y fiable al mismo tiempo. Los investigadores exploran además otras técnicas como la imagen por resonancia magnética. También se dirigen hacia el descubrimiento de marcadores fisiológicos indirectos (proteína C reactiva, tromboxano B2, bomba sodio-potasio, etc.) para ayudar a diagnosticar esta insuficiencia.
El magnesio desempeña numerosos papeles importantes en el organismo. Contribuye a:
Por otra parte, el magnesio juega el papel de regulador térmico, de antialérgico, de antiinflamatorio, de antiagregante plaquetario y lucha contra la litiasis oxalo-cálcica así como el insomnio. Participa en la desintoxicación de las sustancias nocivas en el cuerpo y es esencial para la proliferación de los linfocitos.
La carencia de magnesio o hipomagnesemia es una condición en la cual hay una cantidad insuficiente de magnesio en el cuerpo. Los síntomas de esta condición pueden incluir:
En general, la hipomagnesemia se produce debido a una dieta pobre en magnesio o a un problema de absorción.
La hipermagnesemia corresponde a una concentración anormalmente elevada de magnesio en la sangre. Esto es susceptible de producirse cuando el cuerpo es incapaz de eliminar suficiente magnesio. Aquí algunos signos comunes:
En la mayoría de los casos, la hipermagnesemia es generada por la toma de medicamentos. Un hecho comúnmente llamado “iatrogénico”.
El magnesio es un componente clave para la supervivencia de las plantas. Es un elemento constitutivo de la clorofila (pigmento verde presente en las hojas) que es esencial para la fotosíntesis: 6CO2 + 6H2O + luz → C6H12O6 (glucosa) + 6O2.
Históricamente, los principales países productores de magnesio son Rusia, Noruega, Estados Unidos y Canadá. Sin embargo, China se ha convertido en el país que ocupa el primer lugar del podio estos últimos años. Proporciona actualmente el 80% del magnesio en el mundo. Un éxito ampliamente atribuido a sus vastas reservas de magnesita.
Además, el magnesio es un elemento muy extendido en la naturaleza. Representa el 2% de la masa total de la litosfera y se sitúa entre el 2% y el 3% de la masa de la corteza terrestre. Está presente en un gran número de minerales, de los cuales 80 contienen un 20% o más. Los minerales más abundantes comprenden la magnesita, la olivina, la carnalita, la brucita, la dolomita y la apatita. La distribución del magnesio en la litosfera es bastante uniforme. En cambio, su contenido en el agua de mar es relativamente bajo (alrededor del 0,13%).
En general, existen dos grandes familias de procesos empleados para producir magnesio metálico:
El proceso electrolítico se desarrolla en algunas etapas minuciosas. En primer lugar, hay que obtener y purificar cloruro de magnesio. Un compuesto químico que es difícil de obtener, como testimonian las diversas tecnologías en competencia como el proceso Magnola, Utah o Dow Chemical. A continuación, se reduce a una temperatura muy elevada de 500 °C. Sin embargo, a este grado de calor, el magnesio tiende a oxidarse rápidamente. Lo que implica la utilización de gases de protección extremadamente contaminantes como el hexafluoruro de azufre o el R134a. Al final, solo queda eliminar el BPC, las dioxinas y los furanos. Unos compuestos tóxicos producidos a causa del ánodo (elemento más solicitado del proceso) que es de carbono. En el cátodo, la reacción principal es de “Mg2+ + 2e⁻ → Mg”. Es de “2Cl⁻ → Cl2 + 2e⁻” en el ánodo. Al final, este proceso electrolítico permite obtener magnesio puro al 99,8% y es considerado como más ecológico que el método de reducción térmica.
El proceso térmico, también llamado proceso Pidgeon, es una práctica industrial ampliamente utilizada para producir magnesio a partir de la dolomita y del ferrosilicio. Desde hace tiempo, numerosos países han puesto su esfuerzo a contribución para perfeccionarlo. Menciones especiales al proceso Bolzano y Magnétherm de Pechiney, dos versiones que son más que eficaces desde el punto de vista energético.
Concretamente, la reducción térmica se hace a 1.200 °C y un vacío a 0,1 torr. La reacción se produce cuando el ferrosilicio reacciona con la dolomita generando magnesio metálico y silicato. Este último es además reutilizable en otros elementos alrededor de la construcción de edificios (cementos, enlucidos, etc.). La reacción química es entonces la siguiente: 2(MgO.CaO) + Si → SiO2, 2CaO + 2Mg.
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