Le magnésium est l'élément chimique de numéro atomique 12, de symbole Mg.
Le magnésium est un métal alcalino-terreux. Il s’agit du neuvième élément le plus abondant de l'univers.. Il est le produit, dans de grandes étoiles vieillissantes, de l'addition séquentielle de trois noyaux d'hélium à un noyau carboné.. Lorsque de telles étoiles explosent en tant que supernovas, une grande partie du magnésium est expulsée dans le milieu interstellaire où il peut se recycler dans de nouveaux systèmes stellaires. Le magnésium est le huitième élément le plus abondant de la croûte terrestre. et le quatrième élément le plus commun de la Terre (après le fer, l'oxygène et le silicium), constituant 13 % de la masse de la planète et une grande partie du manteau de la planète. C'est le troisième élément le plus abondant dissous dans l'eau de mer, après le sodium et le chlore..
Les atomes du magnésium existent dans la nature uniquement sous forme de combinaisons avec d'autres éléments, où il présente invariablement l'état d'oxydation +2. L'élément pur est produit artificiellement par réduction ou électrolyse. Il est hautement réactif en poudre et en copeaux mais, laissé à l'air libre, il se revêt rapidement d'une mince couche d'oxyde étanche réduisant sa réactivité (passivation par oxydation). Le métal pur brûle aisément sous certaines conditions (en produisant une lumière brillante, blanche, éblouissante caractéristique). En mécanique il est utilisé principalement comme composant dans les alliages d'aluminium-magnésium (parfois appelés magnalium). Le magnésium est moins dense que l'aluminium et l'alliage est apprécié pour sa légèreté et sa résistance plus grande (mécanique et chimique).
Le magnésium est le onzième élément le plus abondant en masse dans le corps humain. Il est essentiel à toutes les cellules et à quelque , en tant que cofacteur notamment. Les ions magnésium interagissent avec des composés polyphosphates tels que l'ATP, l'ADN et l'ARN. Les composés de magnésium sont utilisés de manière médicale en tant que laxatifs, antiacides (par exemple le lait de magnésie) et pour stabiliser l'excitation anormale des nerfs ou le spasme des vaisseaux sanguins dans des conditions telles que l'éclampsie"Dietary Supplement Fact Sheet: magnésium", Bureau des compléments alimentaires, les Instituts nationaux de la santé, 11 février 2016. Consulté le 13 octobre 2016..
Histoire Le nom magnésium provient du nom grec d'un district de Thessalie appelé MagnésieLe nom du manganèse, un autre élément chimique, dérive aussi de « Magnésie ».. 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 d’oxyde de magnésium MgO et d'oxyde de mercure HgO.
Isotopes
Le magnésium possède connus, avec un nombre de masse variant entre 19 et 40. Trois d'entre eux sont stables, Mg, Mg, et Mg, et présents dans la nature dans les proportions 79/10/11, approximativement. On attribue au magnésium une masse atomique standard de . Parmi les connus du magnésium, Mg a la durée de vie la plus longue avec une demi-vie de , suivi de Mg avec une demi-vie de . Tous les autres isotopes ont une demi-vie inférieure à une minute, et la plupart d'entre eux inférieure à une seconde.
Usages Le magnésium est utilisé en mécanique pour sa masse volumique faible (la plus faible des métaux structuraux) notamment dans le domaine de l’automobile où il permet de réaliser des économies de carburant supérieures de 75 % à celles que permet l’aluminium grâce à cette légèreté, mais aussi à ses bonnes propriétés mécaniques (notamment pour la réduction des vibrations). Il entraînerait également des gains environnementaux importants dans le domaine de l’aviation..
Sa production et son recyclage sont par contre difficiles, énergivores et polluants (voir Gisement et production du métal)..
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 de Grignard. Il est inflammable et servait comme combustible dans les flashs photographiques. Pour le soudage à l'aluminothermie, c'est un ruban de magnésium qui sert de mèche pour enflammer le mélange de poudres hématite – aluminium. 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 Mg(OH)2, carbonate de magnésium, MgO, MgCl2)
Mécanique Le magnésium est l'un des métaux les plus faciles à usiner, et certains de ses alliages sont recyclables par laminage.. Laminé, usiné ou moulé, il peut servir à fabriquer une multitude d’objets de grande consommation spécialisée (carrosserie, petites mallettes résistantes, boîtiers d'ordinateurs portables ou d'appareils photographiques haut de gamme, jumelles haut de gamme, pièces de vélo, etc.).
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 (le lanthane et le cérium)..
Un autre usage courant est la protection contre la corrosion des autres métaux immergés, principalement du fer, on parle alors d'anode sacrificielle (son utilisation est courante pour la protection de coques des bateaux ou de ballons d'eau chaude).
Projet de batteries
Le caractère stable, abondant, non-toxique, non-corrosif du magnésium, qui en outre ne produit pas de dendrites comme le fait le lithium ionique des batteries au lithium rechargeablesZhao-Karger, Z., Bardaji, M. E. G., Fuhr, O., & Fichtner, M. (2017) A new class of non-corrosive, highly efficient electrolytes for rechargeable magnesium batteries. Journal of Materials Chemistry A, 5(22), 10815-10820. en fait un matériau attractif pour de nouvelles piles rechargeables au magnésium-soufre (Mg/S). L'ion magnésium est testé en tant que support de charge, alors que le magnésium-métal est utilisé pour les anodes et le soufre comme cathodeZhou, X., Tian, J., Hu, J., & Li, C. (2018) High rate magnesium–sulfur battery with improved cyclability based on metal–organic framework derivative carbon host. Advanced Materials, 30(7), 1704166 |résumé. En 2019, cette technologie est encore émergente, mais porteuse d'espoirZhao-Karger, Zhirong; Fichtner, Maximilian (September 2017). "Magnesium–sulfur battery: its beginning and recent progress". MRS Communications. 7 (4): 770–784. . , notamment parce que le couple Mg/S peut fournir une densité d'énergie théorique de avec une tension d'environ 1,7 V ; il pourrait être une alternative économique sûre et peu coûteuse aux piles lithium-ion, particulièrement pour les véhicules électriques (en stockant plus d'électricité). Elles pourraient aussi bénéficier de cathodes à haute capacité, fonctionnant éventuellement sous haute tension, dont le matériau (à base de soufre, avec le Borohydrure de magnésiumMohtadi, R., Matsui, M., Arthur, T. S., & Hwang, S. J. (2012). Magnesium borohydride: from hydrogen storage to magnesium battery. Angewandte Chemie International Edition, 51(39), 9780-9783., le borate de magnésiumDu, A., Zhang, Z., Qu, H., Cui, Z., Qiao, L., Wang, L.,... & Xu, H. (2017). An efficient organic magnesium borate-based electrolyte with non-nucleophilic characteristics for magnesium–sulfur battery. Energy & Environmental Science, 10(12), 2616-2625. ou le sulfure de magnésium par exempleZhao-Karger, Z., Zhao, X., Wang, D., Diemant, T., Behm, R. J., & Fichtner, M. (2015) Performance Improvement of Magnesium Sulfur Batteries with Modified Non-Nucleophilic Electrolytes. Advanced Energy Materials, 5(3), 1401155.Zhao-Karger, Z., Liu, R., Dai, W., Li, Z., Diemant, T., Vinayan, B. P.,... & Ruben, M. (2018). Toward highly reversible magnesium–sulfur batteries with efficient and practical Mg [B (hfip) 4] 2 electrolyte. ACS Energy Letters, 3(8), 2005-2013 (résumé).) permettrait une densité d'énergie plus élevée qu'avec les accumulateurs lithium-ionZhang, Z., Dong, S., Cui, Z., Du, A., Li, G., & Cui, G. (2018) Rechargeable Magnesium Batteries using Conversion-Type Cathodes: A Perspective and Minireview. Small Methods, 2(10), 1800020 (résumé). La conductivité de la cathode de soufre peut être dopée par du carbone (composite cathodique semi-organique).
Alliages À résistance égale, les pièces réalisées en alliages de magnésium permettent d'obtenir un important gain de poids. Les alliages magnésium/manganèse contiennent 2 % de manganèse. Ils améliorent la résistance à la corrosion et s'utilisent en forgeage, laminage, soudage ; terminé par un recuit à . En tôles, il fait des carénages ou des réservoirs de carburant (bonne soudabilité). Les alliages magnésium/aluminium/zinc : 3 % à 10 % d'aluminium, 0,5 % à 3 % de zinc, 0,35 % à 0,5 % de manganèse et contiennent au moins 90 % de magnésium pur. On distingue : G-A9 (alliage de fonderie) ; G-A9Z1 (alliage de magnésium comprenant 9 % d'aluminium et 1 % de zinc) employé en fonderie ; G-A7Z1 (alliage de forge), les alliages de forge sont moins utilisés en aéronautique ; G-A9 est utilisé pour les carters moteurs, les stators compresseurs, les roues d'avion, les sièges, les boîtiers d'instruments de bord. Il existe également des alliages magnésium/zinc/métaux spécifiques. Le zirconium et le cérium permettent ainsi d'améliorer les caractéristiques mécaniques et la résistance à chaud : G-TR3 Z2 Zr (2 % de zinc, 0,7 % de zirconium, 2,5 % de cérium), (TR pour métal de la famille des terres rares). Le thorium améliore la résistance au fluage (utilisés comme alliages de fonderie, ils servent à fabriquer les pièces volumineuses des réacteurs : carter central, carter compresseur) : G-Th3 Z2 Zr (3 % de thorium, 2 % de zinc, 0,7 % de zirconium) ; G-Z5 Th Zr (5 % de zinc, 1,8 % de thorium, 0,7 % de zirconium).
Alimentation L'apport quotidien recommandé est estimé à de magnésium par jour pour les femmes et de magnésium par jour pour les hommes (le double pour les femmes enceintes et les sportifs) ou encore par kg de masse corporelleR. W. Bielinski, Magnésium et activité physique Revue Médicale Suisse, 2, , 26 juillet 2006.. Des études épidémiologiques en Europe et en Amérique du Nord ont montré que le régime alimentaire occidental était de 30 à 50 % plus pauvre en magnésium que l'apport quotidien recommandé. Elles suggèrent que l'apport journalier a diminué au cours des 100 dernières années, passant de 500 à environ par jour. Cette évolution est attribuée à l'usage croissant d'engrais et à la consommation croissante de nourriture transformée Gröber U., Schmidt J., Kisters K. Magnesium in Prevention and Therapy. Nutrients. 2015;7:8199–8226. .
Sources alimentaires de magnésium thumb|Exemples de sources alimentaires de magnésium (dans le sens des aiguilles d'une montre à partir du haut à gauche) : muffins au son, graines de courge, orge, farine de sarrasin, yaourt maigre à la vanille, mélange étudiant, filets de flétan, pois chiches, haricots de Lima, soja et épinards
Le cacao, les fruits secs, les céréales et les légumes à feuilles vertes tels que les épinards sont de riches sources de magnésium.
Les boissons riches en magnésium sont le café, le thé et le cacao.
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) Il est donc recommandé de consommer des aliments peu transformés pour couvrir ses besoins journaliers en magnésium.
Pour une portion de , les aliments suivants contiennent : le sel de Nigari, un extrait naturel de sel marin : ,