El Tamiz

Continuamos hoy nuestro recorrido por la tabla periódica en la serie Conoce tus elementos, en la que tratamos de describir, al estilo de El Tamiz, algunas características interesantes o curiosas de cada uno de los elementos químicos. Tras hablar del elemento de once protones (el sodio) hoy nos dedicaremos al de doce protones: el magnesio.

Puesto que el magnesio tiene doce protones en el núcleo (además de doce, trece o catorce neutrones dependiendo del isótopo), se comporta de una manera similar al berilio, del que ya hemos hablado en la serie. Cuando el átomo de magnesio es neutro, los primeros dos electrones completan la primera capa, los siguientes ocho completan la segunda capa electrónica, y quedan otros dos en la última capa (la tercera), de modo que el magnesio tiene “dos electrones de más” y su número de oxidación es +2, como el del berilio. Al igual que aquel elemento, el magnesio es un metal — esos electrones “de sobra” le dan el carácter metálico.

De hecho, si alguna vez has visto magnesio puro y “nuevo” (ahora explico a qué me refiero con eso) tiene una apariencia claramente metálica:

Magnesio (la barra grisácea).

Sin embargo, el magnesio es suficientemente reactivo como para que no sea probable que lo hayas visto puro. Para empezar, no existe puro en la naturaleza: aunque es muy abundante (el noveno más común en el Universo en masa, y un 2% de la corteza terrestre), en cuanto puede reacciona con algún elemento dispuesto a aceptar esos dos electrones, para tener todas las capas completas.

De hecho, si recuerdas los metales de los que hemos hablado hasta ahora en la serie, algunos, como el litio, eran tan extraordinariamente reactivos que había que guardarlos en recipientes sellados y sumergidos en algún hidrocarburo. El magnesio no es tan extremo, pero en contacto con el aire se oxida con relativa rapidez: se forma una fina capa (una pátina) de óxido de color negruzco sobre su superficie, de modo que pierde el brillo metálico muy rápido. Por otro lado, esta capa de óxido protege al interior del metal del aire, de modo que por debajo de ella sigue habiendo magnesio puro: no se oxida todo como lo haría el litio.

La cuestión es que el magnesio de la corteza terrestre ha estado en algún momento fundido, y cuando se encuentra en ese estado no se puede formar una “capa protectora”, de modo que todo el magnesio que existe a nuestro alrededor está combinado con otros elementos. Muchísimas rocas contienen magnesio, como la dolomita, el olivino o el talco. Al contrario que otros metales menos reactivos el magnesio tardó muchísimo tiempo en ser aislado de sus compuestos.

La obtención de magnesio puro sucedió, como tantas otras, en la “fiebre” del siglo XIX, en la que un puñado de químicos aislaron multitud de elementos, atacando cualquier cosa que se ponía a su alcance con diversos métodos. Uno de los más eficaces para obtener elementos puros dio la solución en el caso del magnesio: la electrólisis. El químico responsable en este caso (como en muchos otros) fue Sir Humphry Davy, que obtuvo el magnesio de una mezcla de óxido de magnesio (MgO) y un óxido de mercurio (HgO) en 1808.

El óxido de magnesio se conocía entonces como magnesia, pues era muy abundante en esa región de Tesalia, en Grecia. De modo que Davy propuso inicialmente el nombre de magnio para el nuevo metal, aunque finalmente se decidió utilizar el actual, magnesio, que la verdad es que es más fiel a la región de origen.

Durante muchísimo tiempo, la forma más extendida de obtener magnesio fue precisamente la electrólisis, aunque no de la magnesia. La cuestión es que los químicos del XIX descubrieron el magnesio en una roca porque se dedicaban precisamente a eso: a determinar qué minerales eran compuestos, y de qué elementos estaban formados. Pero el lugar más fácil para encontrar millones de toneladas de magnesio listo para ser utilizado no es otro que el agua del mar.

Sí, la sal más abundante en el océano es el cloruro de sodio (NaCl), pero hay otras muchas, y el cloruro de magnesio (MgCl₂) es también muy abundante. De modo que es posible realizar la electrólisis del cloruro de magnesio fundido (obtenido del agua de mar) para obtener cloro en un electrodo y magnesio en el otro. Durante muchos años, este sistema fue empleado por los Estados Unidos para suministrar casi la mitad del magnesio empleado en el mundo entero.

Sin embargo, en los últimos tiempos China se ha convertido en el principal exportador del metal, y los chinos emplean un sistema algo diferente y más complicado en el que no tiene lugar el agua de mar, sino las rocas que contienen MgO: el proceso de Pidgeon, en el que se hace reaccionar silicio con el óxido de magnesio a una temperatura elevadísima para obtener magnesio gaseoso (sí, así de caliente se pone la cosa). China suministra hoy el 60% del magnesio utilizado en el mundo.

Y se utiliza para multitud de cosas: la más famosa, por supuesto, es para producir una luz brillante. Seguro que has visto las imágenes de fotógrafos del siglo XIX utilizando magnesio pulverizado como flash en sus fotografías. La razón es que, como hemos dicho, el magnesio no reacciona demasiado con oxígeno, sino que forma una capa de óxido, pero la cosa cambia mucho si aumentamos la temperatura: en ese caso la reacción se acelera mucho. Más aún si no se tiene un bloque de magnesio, sino limaduras o polvo, pues la superficie de reacción es muchísimo más grande. De ahí que se utilice para encender fuegos, como si fuera pedernal (pero es muchísimo más eficaz, por supuesto):

Crédito: Wikipedia (GPL).

Cuando se calienta el magnesio lo suficiente la reacción con el oxígeno es muy rápida: se forma óxido de magnesio en una reacción muy exotérmica, que libera ingentes cantidades de energía. El fuego de magnesio es muy peligroso, porque tiene una temperatura elevadísima, unos 2.200 °C. La luz desprendida es muy brillante y muy blanca, de ahí que se utilizase para fotografías. El problema (aunque esto no lo sabían los fotógrafos del XIX) es que una parte considerable de la radiación emitida es ultravioleta, y si tiene la suficiente intensidad y duración puede dañar la retina permanentemente.

Pero el fuego de magnesio es peligroso por otra razón, además de las graves quemaduras que puede producir y el daño en la retina: es dificilísimo de apagar, como todos los demás fuegos de metales. El problema es el habitual, y hemos hablado de él en entradas anteriores de la serie: el magnesio reacciona con agua (lentamente a temperatura ambiente, muy deprisa a altas temperaturas, como en un fuego), de modo que añadir agua a un fuego de magnesio es como añadirle combustible (lo verás en uno de los vídeos al final del artículo). Pero es que ni siquiera un extintor de CO₂ sirve: ¡el magnesio reacciona exotérmicamente con el dióxido de carbono para dar óxido de magnesio y carbono!

Aquí tienes un ejemplo de lo que acabo de decir. En el vídeo se muestran limaduras de magnesio sobre una placa de hielo seco (es decir, CO₂ en estado sólido). Se inicia la combustión del magnesio -fíjate en que el metal no reacciona espontáneamente con el oxígeno del aire hasta que se le aplica la llama- y se cubre con más hielo seco. Al final se muestran el óxido de magnesio (blanco) y el carbono (negro) producidos. ¡Tela marinera!

Los extintores adecuados son los denominados de clase D, que utilizan diversas sales (como la sal común, NaCl) y nitrógeno. Al pulverizar sobre el fuego de magnesio, el calor hace que la sal forme una especie de “corteza” sobre el magnesio, evitando que entre oxígeno y haciendo que el fuego, al cabo de poco tiempo, se apague. Aunque no creo que te veas involucrado en un fuego de magnesio, la otra opción es cubrirlo con arena (el magnesio no reacciona con la sílice). Pero, en cualquier caso, los fuegos de magnesio no son cosa de broma.

Sin embargo, esta alta temperatura y brillante luz en los fuegos de magnesio sigue siendo útil en la época actual: las bengalas de emergencia de los barcos y aviones tienen magnesio, como lo tienen también los fuegos artificiales. Desgraciadamente, también lo contienen artilugios como las bombas incendiarias — cuando quieres matar a alguien quemándolo, ¿qué mejor que una sustancia que arde aún mejor si la mojas? Los humanos somos así.

La mayor parte de los usos industriales del magnesio, por otro lado, no tienen que ver con su combustibilidad: se emplea en multitud de aleaciones. La cuestión es que, cuando está puro, forma una pátina de óxido como hemos dicho antes, pero no necesariamente si está aleado con otros metales. Por ejemplo, muchas latas de refresco están hechas de una aleación de aluminio y magnesio. Se emplea (como el aluminio) como parte de muchos motores de aviones y coches, por su enorme ligereza comparado con otros metales. Al ser ligero, abundante y fácil de obtener, es un componente fundamental de muchísimas aleaciones.

Independientemente de su importancia industrial, el magnesio es también un elemento esencial para los seres vivos. Para empezar, la molécula de clorofila tiene un átomo de magnesio, de modo que sin este metal no podría producirse la fotosíntesis. Pero, además, toma parte en tantos procesos biológicos en plantas y animales que sería ridículo enumerarlas todas: al ser un ión metálico tan común en la Tierra (y especialmente en el agua de mar), los organismos del planeta han evolucionado haciendo gran uso de él. Baste decir que muchas reacciones enzimáticas necesitan de magnesio, como también la síntesis de los ácidos nucleicos.

De hecho, es un problema no consumir suficiente magnesio en la dieta, y la deficiencia grave de magnesio tiene incluso nombre propio: hipomagnesemia. Afortunadamente es abundante en muchos alimentos, pero si tienes dudas echa mano del sentido común: la clorofila tiene magnesio, de modo que si comes suficientes verduras con hojas verdes, estás servido. Las espinacas tienen gran cantidad de magnesio, por ejemplo.

Para terminar, otro de vídeo más de un fuego de magnesio. Aunque me repita, quiero recordar una vez más que la radiación ultravioleta emitida en estos fuegos puede quemar la retina (como lo hace mirar al Sol). Naturalmente, la radiación ultravioleta no se mantiene al grabar la imagen y emitirla por la pantalla de tu ordenador, de modo que no tiene peligro que mires estos vídeos, pero nunca jamás mires un fuego intenso de magnesio sin un filtro ultravioleta (como el de unas buena máscara de soldadura). Los del vídeo se ríen bastante y me da la impresión de que no saben demasiado del asunto:

En la próxima entrada de la serie, un elemento no demasiado diferente del de hoy: hablaremos del aluminio.

El texto de Conoce tus elementos - el magnesio , por Pedro Gómez-Esteban, salvo donde se mencione explícitamente, está publicado bajo Creative Commons Attribution-Noncommercial-No Derivative Works 2.5 Spain License.