Magnésium

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Magnésium
Sodium ← Magnésium → Aluminium Be     12 Mg                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                               ↑ Mg ↓ Ca Tableau complet • Tableau étendu
Informations générales
Nom, symbole, numéro	Magnésium, Mg, 12
Série chimique	Métal alcalino-terreux
Groupe, période, bloc	2 (IIA), 3, s
Masse volumique	1,738 g·cm-3 (20 °C)[1]
Dureté	2,5
Couleur	blanc-gris métallique
No CAS	7439-95-4
No EINECS	231-104-6
Propriétés atomiques
Masse atomique	24,3050 ± 0,0006 u [1]
Rayon atomique (calc)	150 pm
Rayon de covalence	141 ± 7 pm [2]
Rayon de van der Waals	173 pm
Configuration électronique	[Ne] 3s2
Électrons par niveau d’énergie	2, 8, 2
État(s) d’oxydation	+2
Oxyde	base forte
Structure cristalline	hexagonal
Propriétés physiques
État ordinaire	solide paramagnétique
Point de fusion	650 °C [1]
Point d’ébullition	1 090 °C [1]
Énergie de fusion	8,954 kJ·mol-1
Énergie de vaporisation	127,40 kJ·mol-1
Volume molaire	14,00×10-6 m3·mol-1
Pression de vapeur	361 Pa
Vitesse du son	4 602 m·s-1 à 20 °C
Divers
Électronégativité (Pauling)	1,31
Chaleur massique	1 825 J·kg-1·K-1
Conductivité électrique	22,6×106 S·m-1
Conductivité thermique	156 W·m-1·K-1
Solubilité	sol. dans le CH3OH [3], les acides dilués, les solutions de sels d'ammoniac
Énergies d’ionisation[4]
1re : 7,646235 eV	2e : 15,03527 eV
3e : 80,1437 eV	4e : 109,2655 eV
5e : 141,27 eV	6e : 186,76 eV
7e : 225,02 eV	8e : 265,96 eV
9e : 328,06 eV	10e : 367,50 eV
11e : 1 761,805 eV	12e : 1 962,6650 eV
Isotopes les plus stables
Iso AN Période MD Ed PD MeV 24Mg 78,99 % stable avec 12 neutrons 25Mg 10,00 % stable avec 13 neutrons 26Mg 11,01 % stable avec 14 neutrons
Précautions
Directive 67/548/EEC[5]
F Symboles : F : Facilement inflammable Phrases R : R11 : Facilement inflammable. R15 : Au contact de l’eau, dégage des gaz extrêmement inflammables. Phrases S : S43 : En cas d’incendie, utiliser … (moyens d’extinction à préciser par le fabricant. Si l’eau augmente les risques, ajouter : « Ne jamais utiliser d’eau »). S7/8 : Conserver le récipient bien fermé et à l’abri de l’humidité. Phrases R : 11, 15, Phrases S : 7/8, 43,
SIMDUT[6]
B4, B6, B4 : Solide inflammable Transport des marchandises dangereuses : classe 4.1 B6 : Matière réactive inflammable dégage un gaz inflammable au contact de la vapeur d'eau : hydrogène Divulgation à 1,0% selon les critères de classification
SGH[5]
DangerH250, H260, P222, P223, P231, P232, P370, P378, P422, H250 : S'enflamme spontanément au contact de l'air H260 : Dégage, au contact de l'eau, des gaz inflammables qui peuvent s'enflammer spontanément P222 : Ne pas laisser au contact de l’air. P223 : Éviter tout contact avec l’eau, à cause du risque de réaction violente et d’inflammation spontanée. P231 : Manipuler sous gaz inerte. P232 : Protéger de l’humidité. P370 : En cas d’incendie : P378 : Utiliser … pour l’extinction. P422 : Stocker le contenu sous …
Unités du SI & CNTP, sauf indication contraire.
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Le magnésium est un élément chimique, de symbole Mg et de numéro atomique 12.

Le magnésium est un métal alcalino-terreux. C'est le huitième élément le plus abondant de la croûte terrestre, le cinquième métal derrière l'aluminium, le fer, le calcium et le sodium. C'est aussi le troisième composant des sels dissous dans l'eau de mer.

Histoire

Le nom magnésium provient du nom grec d'un district de Thessalie appelé Magnesia. Cette ville était extrêmement riche en magnésium et ce sous différentes formes.

En Angleterre, Joseph Black reconnut le magnésium comme un élément en 1755, et Sir Humphry Davy isola la forme métallique pure par électrolyse en 1808 à partir d'un mélange de magnésie et d'oxyde de mercure HgO.

Isotopes

Le magnésium possède 22 isotopes connus avec un nombre de masse variant entre 19 et 40. Trois d'entre eux sont stables, ²⁴Mg, ²⁵Mg, et ²⁶Mg, et présents dans la nature selon un ratio approximatif de 80/10/10. On attribue au magnésium une masse atomique standard de 24,3050 u. Parmi les 19 radioisotopes connus du magnésium, ²⁸Mg a la durée de vie la plus longue avec une demi-vie de 20,915 heures, suivi de ²⁷Mg avec une demi-vie de 9,458 min. Tous les autres isotopes ont une demi-vie inférieure à une minute, et la plupart d'entre eux inférieure à une seconde.

Caractéristiques

Le magnésium, métal possédant de faibles caractéristiques mécaniques, est très léger (un tiers plus léger que l'aluminium) ; d'aspect blanc-argenté, il se ternit légèrement une fois exposé à l'air par formation d'un oxycarbonate.

En solution, il forme des ions Mg²⁺. Certains sels de magnésium sont très solubles dans l'eau ; le carbonate précipite (dureté magnésienne) ; l'hydroxyde est pratiquement insoluble.

Il s'enflamme difficilement sous forme de bloc, mais très facilement s'il est réduit en petits copeaux ou en ruban. En poudre, ce métal s'échauffe et s'enflamme spontanément par oxydation avec le dioxygène de l'air. Il brûle avec une flamme blanche très lumineuse, d'où son utilisation pour les flashs ou lampes-éclairs aux débuts de la photographie et utilisées pendant des décennies sous forme d'ampoules à usage unique. Cependant, la production de lumière ultraviolette lors de la combustion du magnésium rend dangereuse son observation directe.

Utilisation

Industrie

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Le magnésium est principalement utilisé dans les alliages aluminium-magnésium. On l'utilise aussi pour faciliter l'élimination du soufre dans la métallurgie du fer et des aciers. Il permet la fabrication de fonte à graphite sphéroïdal, dans laquelle le graphite se trouve sous forme de nodules (sphéroïdes).

Le magnésium est largement employé dans les alliages à base d'aluminium destinés à la déformation plastique, servant à la fabrication de profilés ou des canettes de boissons, qui en consomme des quantités importantes.

La légèreté du magnésium et ses caractéristiques mécaniques le rendent précieux pour des usages particuliers comme la réalisation de petites mallettes résistantes, de boîtiers d'ordinateurs portables ou d'appareils photographiques haut de gamme. Utilisés principalement dans l'aéronautique, les alliages de magnésium commencent à s'étendre dans d'autres secteurs d'activités, notamment dans l'industrie automobile où la politique est actuellement de minimiser le poids des véhicules afin de réduire la consommation en carburant. Cependant, l'élaboration de ces alliages à base magnésium est difficile et dangereuse puisque le magnésium finement divisé (gouttelettes de magnésium liquide, poudre de magnésium) peut s'enflammer ou exploser au contact avec l'atmosphère ou de l'eau.

Le magnésium est également utilisé comme réactif dans les industries chimiques et pharmaceutiques.

Les randonneurs utilisent aussi de petites barres de magnésium pour faire du feu : à l'aide d'un couteau, de petits copeaux sont retirés de la barre, puis allumés à l'aide d'une barre de ferrocérium frottée contre le couteau. La barre de magnésium est insensible à l'humidité de même manière que le ferrocérium ce qui permet d'assurer un allumage en conditions difficiles, comme sous la pluie.

Des alliages à base de magnésium servent aussi pour réaliser des pièces moulées pour les automobiles et les machines.

Des alliages magnésium-calcium sont utilisés dans la métallurgie du plomb (pour le débismuthage).

L'oxydation du magnésium, fortement exothermique, peut fournir de l'énergie afin de réchauffer un plat. Le principe de cette utilisation comme chauffe-plat est brevetée aux États-Unis depuis 1981.

Des composés du magnésium, principalement la magnésie MgO, sont employés comme matériau réfractaire pour le garnissage de fours (verre, ciment), dans la métallurgie du fer, de l'acier ou d'autres métaux non ferreux.

La magnésie et d'autres composés sont employés dans les industries chimique et du bâtiment. Dans l'agriculture, le caractère basique de la magnésie est utilisé pour l'amendement des sols.

Le carbonate de magnésium (abusivement appelé magnésie) est très employé dans certains sports, comme la gymnastique et l'escalade. Il permet d'augmenter l'adhérence des mains.

Les propriétés explosives du magnésium en font l'une des huit matières premières stratégiques considérées comme indispensables en temps de guerre comme en temps de paix^[7].

Les premières lampes flash photographiques (initialement à culot Edison puis, par la suite, équipées de douilles à baïonnettes, voire classique sans ergot) étaient composées de fin fil de magnésium que l'on enflammait à l'aide d'une étincelle électrique provenant de tensions aussi variées que le 220 volts du réseau ou les 3 à 4,5 volts de piles de lampes de poche. Auparavant, les éclairs des flash étaient fournis par de la poudre de magnésium, laquelle était mise à feu à l'aide d'une pierre à briquet avec pour avantage, comme le faisait savoir la publicité d'époque, d'être « sans bruit, sans odeur, sans fumée ». Cette poudre était fournie en vrac par les revendeurs de matériel photo sous la marque As de trèfle, ou en sachet avec mèche de mise à feu incorporée sous les marques Perchlora ou Solar de Lumière. Par la suite, la poudre fut remplacée par du fil de magnésium ou du ruban de magnésium auxquels le photographe devait mettre le feu par un système d'allumage par pierre à briquet interposée.

Alimentation

L'apport recommandé quotidien est estimé à 300 mg de magnésium par jour (le double pour les sportifs ou les femmes enceintes) ou encore 6 mg par kg de masse corporelle^[8].

Sources alimentaires de magnésium

La première source alimentaire de magnésium est souvent d'origine céréalière : les produits céréaliers étant présents à tous les repas, ce sont eux qui couvrent la majeure partie des besoins. Cependant, les produits à base de céréales intégrales ou de farine complète apportent de trois à cinq fois plus de magnésium que les produits raffinés (pain blanc, riz blanc poli, etc.) Il est donc vivement recommandé d'aller vers ce type de produits pour couvrir ses besoins journaliers en magnésium. Une alimentation végétarienne est aussi favorable^[8].

(Les quantités correspondent à une portion de 100 g.)

• Sel de Nigari, un extrait naturel de sel marin (11 500 mg),
• les fruits de mer (à l'exception des bigorneaux) en contiennent 410 mg, c'est sans aucun doute l'aliment le plus riche en magnésium,
• ils sont suivis de près par la mélasse (de 197 à 242 mg),
• le cacao (avec 150 à 400 mg),
• les céréales complètes (contenant de 100 à 150 mg),
• la caroube en contient environ 55 mg,
• les épinards de 50 à 100 mg, mais ils contiennent aussi de l'acide oxalique qui gêne leur assimilation.
• enfin, le poisson, les abats et les céréales blutées contiennent de 25 à 50 mg de magnésium^[9].

Quelques autres aliments contenant du magnésium : légumes verts, sarrasin, fèves, amandes, banane.

Médecine

Le corps ne produit pas de magnésium et doit le puiser dans l'alimentation. La consommation excessive de magnésium est éliminée dans les urines, le magnésium ne s'accumule donc pas.

Certains troubles peuvent être consécutifs à un manque de magnésium : dépression^{[réf. nécessaire]}, angoisse^{[réf. nécessaire]}, diabètes^{[réf. nécessaire]}, spasmes musculaires^{[réf. nécessaire]}, crampes^{[réf. nécessaire]}, troubles cardio-vasculaires^{[réf. nécessaire]}, pression artérielle élevée^{[réf. nécessaire]}, insomnie^{[réf. nécessaire]} et ostéoporose^{[réf. nécessaire]}.

Le magnésium, sous forme d'hydrate^{[réf. nécessaire]}, d'oxyde hydraté^{[réf. nécessaire]}, de carbonate (MgCO₃)^{[réf. nécessaire]}, de chlorure (MgCl₂)^{[réf. nécessaire]}, est utilisé en médecine^{[réf. nécessaire]}.

L’hydroxyde de magnésium (Mg(OH)₂) est employé en médecine pour traiter les aigreurs d'estomac^{[réf. nécessaire]}.

L'empoisonnement par excès de magnésium peut exister chez l'enfant et dans le cas de personne souffrant d'insuffisance rénale. L'ingestion de grandes quantités de magnésium a un effet laxatif, du fait d'un appel d'eau par effet osmotique^{[réf. nécessaire]}.

Rôle biologique

Le corps humain adulte contient environ 24 grammes (1 mol) de magnésium, une moitié se trouvant dans les os et l'autre dans les tissus mous. Le sérum ne contient qu'environ 0,3% du magnésium corporel, raison pour laquelle les concentrations sériques ne sont pas utilisables pour diagnostiquer la carence en magnésium^[10]. Le test de charge en magnésium^[11], s'il ne cause pas de troubles intestinaux et si le sujet n'a pas de maladie rénale, est actuellement recommandé, bien qu'il ne soit pas standardisé^[12]. Dans certains cas de carence^[13], la rétention de magnésium lors de la charge reflète son absorption intestinale et est considérée proportionnelle à la carence osseuse qu'elle vient combler^[14]. Les mesures du magnésium cellulaire total et ionisé sont fréquemment contradictoires^[13] et les mesures d'excrétion urinaire ne sont pas corrélées avec celles du test de charge, réputé plus fiable. La biopsie du muscle permettrait de connaître les concentrations de cet élément dans l'autre compartiment principal, mais cette procédure est rare en clinique. La recherche se tourne vers les techniques d'imagerie par résonance magnétique^[13] et la découverte de marqueurs physiologiques indirects tels que la pompe sodium-potassium (Na/K-ATPase), la thromboxane B2, la protéine C réactive, et l'endothéline-1. Il n'existe pas actuellement de test fiable, rapide, et abordable des concentrations de magnésium dans le corps humain^[15].

Le magnésium sert à^[8] :

• la formation des os et des dents, avec le calcium et le phosphore
• favorise la fixation du calcium sur l'os
• action sur la croissance
• la transmission de l'influx nerveux
• favorise la plasticité cérébrale et évite le déclin de la mémoire^[16]
• la contraction musculaire, rythme cardiaque
• contribue aux mécanismes de défense immunitaire
• lutte contre le stress, effet sédatif (relaxant musculaire)
• à forte concentration, lutte contre la constipation par action osmotique et stimulation motrice locale
• lutte contre la lithiase oxalo-calcique
• anti-allergique
• anti-inflammatoire
• anti-agrégant plaquettaire (rôle protecteur contre les thromboses)
• radioprotecteur
• régulateur thermique
• catalyse de nombreuses réactions métaboliques (catalyse enzymatique, synthèses glycogénique et protéique, transfert du phosphate, etc.).

Signes de carence en magnésium (hypomagnésémie)^[17] :

• hyperexcitabilité neuro-musculaire : crises de tétanie se caractérisant par la contracture des membres supérieurs (mains d'accoucheur) et du visage ;
• les manifestations chroniques sont le signe de Chvostek (= la percussion de la bouche provoque une contracture de la lèvre supérieure) et le signe de Trousseau (= un garrot au niveau du bras provoque une contracture de la main) ;
• troubles immunologiques ;
• atteintes cardio-vasculaires et, dans les cas extrêmes, infarctus ;
• fatigabilité musculaire ;
• troubles digestifs : diarrhées, nausées et anorexie ;
• irritabilité, nervosité, insomnie ;
• crampes, tremblements ;
• myoclonies (= contractions musculaires brèves et involontaires, entraînant ou non un mouvement) ;
• syndrome confusionnel ;
• crises comitiales (= crises d'épilepsie) le plus souvent convulsives ;
• problèmes au cours de la gestation, pour la mère et le fœtus ;
• dérèglement du système thermique du corps (en plein été, on a la sensation qu'il fait terriblement froid).

Signes d'hypermagnésémie :

• hypotension ;
• bradycardie ;
• nausées, vomissements ;
• fatigabilité musculaire ;
• hyporéflexie ou aréflexie ;
• hypotonie musculaire, somnolence ;
• syndrome confusionnel ;
• coma, arrêt cardiaque.

Note : l'hypermagnésémie est pratiquement toujours d'origine iatrogène (due à un médicament).

Végétaux

Le magnésium est l'un des éléments constitutifs de la chlorophylle, qui catalyse la photosynthèse^[18] :

où il joue un rôle analogue à celui du fer dans l'hémoglobine du sang.

Gisements et production du métal

On trouve du magnésium partout sur la planète, sous différentes formes (magnésite, dolomite, carnallite, brucite). On peut par exemple extraire le magnésium de la dolomite (comme on le faisait dans les Pyrénées, où se trouvait une usine Pechiney de production de magnésium par électrométallurgie, procédé Magnétherm). On peut également extraire le magnésium de l'eau de mer (teneur : 1,3 kg/m³), voire dans certains lacs qui peuvent en contenir jusqu'à 35 kg/m³. Environ 51 % du sel de la mer Morte est constitué de MgCl₂ (proportion massique en sel anhydre).

Les principaux producteurs de magnésium sont la Russie, la Chine et la Corée du Nord (chacun fournissant environ 20 % de la production mondiale).

À partir des différents minerais ou saumures contenant du magnésium, sous forme de chlorure, de carbonate, d'oxyde, le métal est extrait par des procédés du type électrolyse ou électrométallurgie.

Magnésium purifié.

Voir aussi

Articles connexes

Liens externes

• L'intoxication au magnésium sur Urgences-Online
• (en) Images de magnésium sous différentes formes
• Nouveau procédé pour colorer des alliages à base de magnésium (Bulletin ADIT Japon / AIST - 26/08/2009)

Notes et références

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