Occurrence, propriétés et utilisations
Connu à l’origine à travers des composés tels que les sels d’Epsom (le sulfate), la magnésie ou magnesia alba (l’oxyde) et la magnésite (le carbonate), l’élément blanc argenté lui-même n’existe pas à l’état libre dans la nature. Il a été isolé pour la première fois en 1808 par Sir Humphry Davy, qui a évaporé le mercure d’un amalgame de magnésium obtenu par électrolyse d’un mélange de magnésie humide et d’oxyde mercurique. Le nom de magnésium vient de Magnesia, un district de Thessalie (Grèce) où le minéral magnesia alba a été trouvé pour la première fois.
Le magnésium est le huitième élément le plus abondant dans la croûte terrestre (environ 2,5 %) et est, après l’aluminium et le fer, le troisième métal structurel le plus abondant. Son abondance cosmique est estimée à 9,1 × 105 atomes (sur une échelle où l’abondance du silicium = 106 atomes). On le trouve sous forme de carbonates – magnésite, MgCO3, et dolomite, CaMg(CO3)2- et dans de nombreux silicates courants, dont le talc, l’olivine et la plupart des types d’amiante. On le trouve également sous forme d’hydroxyde (brucite), de chlorure (carnallite, KMgCl3∙6H2O) et de sulfate (kiesérite). Il est distribué dans des minéraux tels que la serpentine, la chrysolite et le meerschaum. L’eau de mer contient environ 0,13 pour cent de magnésium, principalement sous forme de chlorure dissous, qui lui confère son goût amer caractéristique.
Le magnésium est produit commercialement par électrolyse de chlorure de magnésium fondu (MgCl2), traité principalement à partir de l’eau de mer et par la réduction directe de ses composés avec des agents réducteurs appropriés – par exemple, à partir de la réaction de l’oxyde de magnésium ou de la dolomite calcinée avec le ferrosilicium (le procédé Pidgeon). (Voir traitement du magnésium.)
A une époque, le magnésium était utilisé pour le ruban et la poudre de flash photographique, car sous forme finement divisée, il brûle dans l’air avec une lumière blanche intense ; il trouve encore des applications dans les dispositifs explosifs et pyrotechniques. En raison de sa faible densité (seulement deux tiers de celle de l’aluminium), il a été largement utilisé dans l’industrie aérospatiale. Cependant, comme le métal pur a une faible résistance structurelle, le magnésium est principalement utilisé sous forme d’alliages – principalement avec 10 % ou moins d’aluminium, de zinc et de manganèse – pour améliorer sa dureté, sa résistance à la traction et sa capacité à être coulé, soudé et usiné. Les techniques de moulage, de laminage, d’extrusion et de forgeage sont toutes employées avec les alliages, et la fabrication ultérieure de la feuille, de la plaque ou de l’extrusion résultante est effectuée par des opérations normales de formage, d’assemblage et d’usinage. Le magnésium est le métal structurel le plus facile à usiner et a souvent été utilisé lorsqu’un grand nombre d’opérations d’usinage sont nécessaires. Les alliages de magnésium ont de nombreuses applications : ils sont utilisés pour des pièces d’avions, d’engins spatiaux, de machines, d’automobiles, d’outils portables et d’appareils ménagers.
La conductivité thermique et électrique du magnésium et son point de fusion sont très similaires à ceux de l’aluminium. Alors que l’aluminium est attaqué par les alcalis mais résiste à la plupart des acides, le magnésium est résistant à la plupart des alcalis mais est facilement attaqué par la plupart des acides pour libérer de l’hydrogène (les acides chromique et fluorhydrique sont des exceptions importantes). À des températures normales, il est stable dans l’air et dans l’eau en raison de la formation d’une fine peau protectrice d’oxyde, mais il est attaqué par la vapeur. Le magnésium est un puissant agent réducteur et est utilisé pour produire d’autres métaux à partir de leurs composés (par exemple, le titane, le zirconium et le hafnium). Il réagit directement avec de nombreux éléments.
Le magnésium est présent dans la nature sous forme d’un mélange de trois isotopes : magnésium-24 (79,0 %), magnésium-26 (11,0 %) et magnésium-25 (10,0 %). Dix-neuf isotopes radioactifs ont été préparés ; le magnésium-28 a la demi-vie la plus longue, soit 20,9 heures, et est un émetteur bêta. Bien que le magnésium-26 ne soit pas radioactif, il est le nucléide fille de l’aluminium-26, qui a une demi-vie de 7,2 × 105 ans. Des niveaux élevés de magnésium-26 ont été trouvés dans certaines météorites, et le rapport entre magnésium-26 et magnésium-24 a été utilisé pour déterminer leur âge.
Les principaux producteurs de magnésium par la deuxième décennie du 21e siècle comprenaient la Chine, la Russie, la Turquie et l’Autriche.