Magnésium

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Magnésium
SodiumMagnésiumAluminium
Be
  Structure cristalline hexagonale
 
12
Mg
 
               
               
                                   
                                   
                                                               
                                                               
                                                               
                                   
Mg
Ca
Tableau completTableau 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]
Facilement inflammable
F



SIMDUT[6]
B4 : Solide inflammable
B4, B6,
SGH[5]
SGH02 : Inflammable
Danger
H250, H260, P222, P223, P231, P232, P370, P378, P422,
Unités du SI & CNTP, sauf indication contraire.

Le magnésium est l'élément chimique de numéro atomique 12, de symbole Mg.

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[modifier | modifier le code]

Le nom magnésium provient du nom grec d'un district de Thessalie appelé Magnesia. Cette région 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 MgO et d'oxyde de mercure HgO.

Isotopes[modifier | modifier le code]

Article détaillé : Isotopes du magnésium.

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 dans les proportions 80/10/10, approximativement. 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[modifier | modifier le code]

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Le magnésium est un métal d’avenir à cause de ses propriétés chimiques et mécaniques. Son utilisation dans le domaine de l’automobile entraîne des économies de carburant de 75% supérieur à l’aluminium, du fait de ses bonnes propriétés mécaniques, notamment au niveau de la réduction des vibrations, mais aussi grâce à sa masse volumique la plus faible des métaux structuraux. Sa production et son recyclage sont par contre difficiles, énergivores et polluants (voir Gisement et production du métal) [7]. Il entraînerait également des gains environnementaux importants dans le domaine de l’aviation[8].

Il sert également à fabriquer une multitude d’objets de consommation (petites mallettes résistantes, boîtiers d'ordinateurs portables, matériels photographiques haut de gamme, pièces de vélo, etc.) car c’est un des métaux les plus faciles à usiner d’autant que certains alliages sont recyclables par laminage[9].

Le magnésium est aussi employé en alliage, notamment avec l’aluminium (série 3000, 4000, 5000 et 6000) mais aussi avec le Zinc, le Zirconium, le Thorium et plusieurs terres rares (Lithium, Césium)[10].

C’est aussi un réactif important en chimie, surtout employé dans les procédés de désulfuration, lors de la fabrication des aciers, la purification des métaux (débismuthage) ou la réaction chimique de Grignard. Il est inflammable et servait comme combustible dans les flashs photographiques. C’est un agent chimique essentiel à la vie, notamment lors de la photosynthèse, dans les os et dans une multitude de processus biologiques. Ses sels ont de multiples applications (lait de magnésie, carbonate de magnésium, MgO, MgCl2)

Alimentation[modifier | modifier le code]

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[11].

Sources alimentaires de magnésium[modifier | modifier le code]

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 recommandé d'aller vers des aliments peu transformés pour couvrir ses besoins journaliers en magnésium[11].

(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[12].

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

Médecine[modifier | modifier le code]

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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[modifier | modifier le code]

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[13]. Le test de charge en magnésium[14], 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[15]. Dans certains cas de carence[15], la rétention de magnésium lors de la charge reflète son absorption intestinale et est considérée proportionnelle à la carence osseuse qu'elle vient combler[16]. Les mesures du magnésium cellulaire total et ionisé sont fréquemment contradictoires[15] 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[15] 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[17].

Le magnésium sert à[11] :

  • 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[18]
  • 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)[19] :

  • 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[modifier | modifier le code]

Le magnésium est l'un des éléments constitutifs de la chlorophylle, qui catalyse la photosynthèse[20] :

6CO2 + 6H2O + lumière → C6H12O6 (glucose) + 6O2,

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

Gisements et production du métal[modifier | modifier le code]

Le magnésium constitue 2% des éléments de la planète et est bien distribué sur la planète. 80 minéraux sont constitués à 20% ou plus de magnésium (magnésite, dolomite, carnallite, brucite, apatite, olivine), mais la plus grande réserve se trouve dans l’eau de mer qui est constituée à 0.13% massique d’eau de mer.

Historiquement, la Russie, les États-Unis, le Canada et la Finlande étaient les principaux producteurs de magnésium, mais de nos jours (2015) plus de 80% est produits en Chine[21].

Deux grandes familles de procédés sont employées pour produire du magnésium métallique : les procédés électrolytiques et les procédés thermiques. Les procédés thermiques se basent sur la réduction de la dolomite en présence de ferrosilicium à haute température tandis que les procédés électrolytiques peuvent traiter des variétés beaucoup plus grandes de minerais[22].

Procédés thermiques[modifier | modifier le code]

La réaction de réduction se fait à 1200oC et un vide à 0.1torr. Dans ces conditions, le magnésium se vaporise et est récolté avec une pureté de l’ordre de 99.99%. Le silicate de calcium est revalorisé dans des enduits et des ciments pour le bâtiment. Plusieurs pays ont fait beaucoup d’effort pour perfectionner le procédé Pidgeon. Mentionnons le procédé Magnétherm de Pechiney et le procédé Bolzano qui sont beaucoup plus efficaces énergétiquement[23].

Procédés électrolytiques[modifier | modifier le code]

Le procédé électrolytique est beaucoup moins énergivore, mais rencontre 3 défis technologiques en plus de produire du magnésium à 99.8%. Tout d’abord, le procédé se base sur la réduction du chlorure de magnésium à 500oC. À ces températures, le magnésium s’oxyde rapidement ce qui entraîne l’utilisation de gaz de protection très polluant (Hexafluorure de soufre (GWP 23 900kg de CO2 éq.) ou R134a (GWP 1 430kg de CO2 éq.)). Ensuite, l’anode la plus employée est en carbone ce qui entraîne la production de BPC, dioxine et furane qu’il faudra éliminer. Finalement, le chlorure de magnésium n’est pas très facile à obtenir et purifier comme le témoignent les 14 technologies en concurrence. Mentionnons le procédé Dow Chemical; US magnesium llt à Great Salt Lake, Utah; Norsk Hydro et Magnola[24],[25].

Réaction principale à l'anode :

Réaction principale à la cathode :

Magnésium purifié.

Le magnésium étant envisagé comme un carburant solide, les recherches sur le recyclage de l'oxyde de magnésium par réduction à partir d'énergie solaire se multiplient depuis 2007 (voir moteur au magnésium), au même titre que celles sur la réduction d'autres oxydes métalliques[26].

Voir aussi[modifier | modifier le code]

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Articles connexes[modifier | modifier le code]

Liens externes[modifier | modifier le code]

Notes et références[modifier | modifier le code]

  1. a, b, c et d (en) David R. Lide, CRC Handbook of Chemistry and Physics, CRC Press Inc, , 90e éd., 2804 p., Relié (ISBN 978-1-420-09084-0)
  2. (en) Beatriz Cordero, Verónica Gómez, Ana E. Platero-Prats, Marc Revés, Jorge Echeverría, Eduard Cremades, Flavia Barragán et Santiago Alvarez, « Covalent radii revisited », Dalton Transactions,‎ , p. 2832 - 2838 (DOI 10.1039/b801115j)
  3. (en) Metals handbook, vol. 10 : Materials characterization, ASM International, , 1310 p. (ISBN 0-87170-007-7), p. 346
  4. (en) David R. Lide, CRC Handbook of Chemistry and Physics, TF-CRC, , 87e éd. (ISBN 0849304873), p. 10-202
  5. a et b SIGMA-ALDRICH
  6. « Magnésium » dans la base de données de produits chimiques Reptox de la CSST (organisme québécois responsable de la sécurité et de la santé au travail), consulté le 25 avril 2009
  7. (en) Alain Dubreuil, Lindita Bushi, Sujit Das, Ambalavanar Tharumarajah et Gong Xianzheng, « A Comparative Life Cycle Assessment of Magnesium Front End Autoparts », SAE Technical Papers,‎ (DOI 10.4271/2010-01-0275)
  8. (en) Simone Ehrenberger, « Life Cycle Assessment of Magnesium Components in Vehicle Construction », German Aerospace Centre e.V.,‎ (lire en ligne)
  9. (en) International Magnesium Association, « Magnesium Extrusions Optimize Lightweight Strength », Mg Showcase,‎
  10. J . BERNARD, B. BOUDOURESQUES, L. ALFILLE et R. KLERSY, Magnésium, aluminium et alliages. Emploi comme matériaux de structure, Centre d'étude nucléaire de Saclay, CEA, (lire en ligne)
  11. a, b et c R. W. Bielinski, Magnésium et activité physique Revue Médicale Suisse, vol. 2, no 74, 26 juillet 2006.
  12. La diététique en question - Le magnésium
  13. RJ. Elin, « Assessment of magnesium status. », Clin Chem, vol. 33, no 11,‎ , p. 1965-70 (PMID 3315301)
  14. L. Gullestad, K. Midtvedt, LO. Dolva, J. Norseth et J. Kjekshus, « The magnesium loading test: reference values in healthy subjects. », Scand J Clin Lab Invest, vol. 54, no 1,‎ , p. 23-31 (PMID 8171268)
  15. a, b, c et d MJ. Arnaud, « Update on the assessment of magnesium status. », Br J Nutr, vol. 99 Suppl 3,‎ , S24-36 (PMID 18598586, DOI 10.1017/S000711450800682X)
  16. W Jahnen-Dechent, M Ketteler, Magnesium basics. Clinical kidney journal, 2012
  17. KB. Franz, « A functional biological marker is needed for diagnosing magnesium deficiency. », J Am Coll Nutr, vol. 23, no 6,‎ , p. 738S-41S (PMID 15637224)
  18. http://www.lefigaro.fr/sante/2010/03/09/01004-20100309ARTFIG00734-du-magnesium-pour-eviter-le-declin-de-la-memoire-.php
  19. Magnésium: la fiche complète, www.passeportsante.net, Lire le dossier
  20. Claude K. W. Friedly, Chimie générale pour l'ingénieur, PPUR, , 747 p. (ISBN 2-88074-428-8, lire en ligne), p. 89
  21. « Magnésium », sur Société chimique de France,‎ (consulté le 15 juillet)
  22. (en) George J. Simandl, « Magnesium - Raw Materials, Metal Extraction and Economics - Global Picture », the Ninth Biennial SGA Meeting,‎ (lire en ligne)
  23. (en) André Ditze, Recycling of Magnesium, Papierflieger Verlag - Clausthal - Zellerfeld ([google%20book lire en ligne])
  24. BAPE, Rapport d'enquète et d'audience publique 124 : Projet d’usine de production de magnésium par Métallurgie Magnola inc., à Asbestos, Québec, Gouvernement du Québec, (lire en ligne)
  25. (en) Duhaime, P., Mercille, P. et Pineau, M., « Electrolytic process technologies for the production of primary magnesium », Mineral Processing and Extractive Metallurgy, vol. 111, no 2,‎ (DOI 10.1179/mpm.2002.111.2.53)
  26. Puig Jean et Balat-Pichelin Marianne, « Carbo-réduction d’oxydes métalliques par voie solaire concentrée pour la production de carburant solide », PROMES-CNRS, 27 mai 2015, lire en ligne


  s1 s2 g f1 f2 f3 f4 f5 f6 f7 f8 f9 f10 f11 f12 f13 f14 d1 d2 d3 d4 d5 d6 d7 d8 d9 d10 p1 p2 p3 p4 p5 p6
1 H He
2 Li Be B C N O F Ne
3 Na Mg Al Si P S Cl Ar
4 K Ca Sc Ti V Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn Ga Ge As Se Br Kr
5 Rb Sr Y Zr Nb Mo Tc Ru Rh Pd Ag Cd In Sn Sb Te I Xe
6 Cs Ba   La Ce Pr Nd Pm Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu Hf Ta W Re Os Ir Pt Au Hg Tl Pb Bi Po At Rn
7 Fr Ra   Ac Th Pa U Np Pu Am Cm Bk Cf Es Fm Md No Lr Rf Db Sg Bh Hs Mt Ds Rg Cn Uut Fl Uup Lv Uus Uuo
8 Uue Ubn * Ute Uqn Uqu Uqb Uqt Uqq Uqp Uqh Uqs Uqo Uqe Upn Upu Upb Upt Upq Upp Uph Ups Upo Upe Uhn Uhu Uhb Uht Uhq Uhp Uhh Uhs Uho
   
  g1 g2 g3 g4 g5 g6 g7 g8 g9 g10 g11 g12 g13 g14 g15 g16 g17 g18  
  * Ubu Ubb Ubt Ubq Ubp Ubh Ubs Ubo Ube Utn Utu Utb Utt Utq Utp Uth Uts Uto  


Métalloïdes Non-métaux Halogènes Gaz rares
Métaux alcalins  Métaux alcalino-terreux  Métaux de transition Métaux pauvres
Lanthanides Actinides Superactinides Éléments non classés