Carbonato di magnesio

Il carbonato di magnesio è un sale di magnesio dell’acido carbonico e ha formula MgCO₃. Questo sale è presente in natura nella magnesite che si forma durante l’alterazione di rocce ricche di magnesio o carbonatiche per metamorfismo o a causa di agenti atmosferici e nella dolomite dove è presente sotto forma di carbonato doppio di calcio e magnesio CaMg(CO₃)₂.

Il carbonato di magnesio può trovarsi anche in altri minerali come la barringtonite dove si presenta in forma biidrata, la nesquehonite dove si presenta in forma tridrata o la lansfordite dove si presenta in forma tridrata mentre nell’idromagnesite si trova sotto forma di magnesio idrossido carbonato tetraidrato Mg₅(CO₃)₄(OH)₂·4(H₂O)

In forma anidra (AMC) è un materiale multifunzionale con potenziali applicazioni in cosmetica, medicina, cibo, nell’industria della gomma e può anche agire come un eccellente ritardante di fiamma perché è termicamente stabile avendo una temperatura di decomposizione di circa 500-600 °C.

Solubilità del carbonato di magnesio

Il carbonato di magnesio ha una scarsa solubilità a causa della sua elevata energia reticolare infatti il valore del prodotto di solubilità è pari a 3.5 ·10^–8

L’equilibrio eterogeneo di dissoluzione del carbonato di magnesio è:

MgCO_3(s) ⇄ Mg²⁺ _(aq) + CO₃^2-_(aq)

L’espressione del prodotto di solubilità è:
K_ps = [Mg²⁺] [CO₃^2-]

Detta x la solubilità all’equilibrio si ha: [Mg²⁺]= [CO₃^2-]
sostituendo nell’espressione del prodotto di solubilità si ha:
K_ps = 3.5 ·10^–8= (x)(x) = x²

Da cui x = solubilità molare = √3.5 ·10^–8 = 1.9 · 10^-4 mol/L

Ricordando che la massa molecolare del carbonato di magnesio è pari a  84.3139 g/mol la solubilità, espressa in g/L è pari a (1.9 · 10^-4 mol/L)( 84.3139 g/mol) = 0.016 g/L

Sintesi

Per applicazioni industriali il carbonato di magnesio è ottenuto dai minerali e, in particolare, dalla magnesite. Stante la sua scarsa solubilità può essere ottenuto per precipitazione partendo da un sale di magnesio solubile e da un sale solubile contenente lo ione carbonato.

Ad esempio può essere ottenuto dalla reazione tra:

cloruro di magnesio e bicarbonato di sodio secondo la reazione:
MgCl_2(aq) + 2 NaHCO_3(aq) → MgCO_3(s) +2 NaCl_(s) + CO_2(g) + H₂O_(l)

solfato di magnesio e carbonato di sodio secondo la reazione:
MgSO_4(aq) + Na₂CO_3(aq)→ MgCO_3(s) + Na₂SO_4(s)

nitrato di magnesio e carbonato di sodio secondo la reazione:
Mg(NO₃)_{2 (aq)} + Na₂CO_3(aq)→ MgCO_3(s) + 2 NaNO_3(s)

Il carbonato di magnesio precipitato viene ulteriormente idrolizzato, filtrato, lavato e asciugato e i grumi, dopo essiccazione vengono quindi polverizzati. Dopo il completamento di questa fase, il prodotto finale sarà ottenuto sotto forma di polvere bianca.

Un recente metodo sintetico prevede la carbonatazione dei minerali che combina la sfida globale del cambiamento climatico con lo sviluppo dei materiali. Pertanto si possono utilizzare materiali con elevata composizione di ossido di metallo per formare carbonato di metallo chimicamente stabile e insolubile.

Per accelerare la carbonatazione minerale, sono necessari alcuni processi di pretrattamento costituiti da riscaldamento a microonde, macinazione, setacciatura e separazione. A causa dell’elevata disponibilità di minerali e materiali secondari l’ossido di magnesio costituisce il precursore della carbonatazione che avviene secondo la reazione esotermica:
MgO_(s) + CO_{2(g) )}→ MgCO_3(s)

Reazioni

Come tutti i carbonati dei metalli alcalino-terrosi reagisce con gli acidi come acido cloridrico, acido nitrico e acido solforico per dare un sale di magnesio, biossido di carbonio e acqua:

MgCO_3(s) + 2 HCl_(aq) → MgCl_2(aq) + CO_2(g) + H₂O_(l)
MgCO_3(s) + H₂SO_4(aq) → MgSO_4(aq) + CO_2(g) + H₂O_(l)
MgCO₃+ 2 HNO_3(aq) → Mg(NO₃)_2(aq + CO_2(g) + H₂O_(l)

Alla temperatura di 350 °C dà luogo a una reazione di decomposizione termica con formazione di ossido di magnesio e biossido di carbonio:
MgCO_3(s)→ MgO_(s) + CO_2(g)

Usi

Il carbonato di magnesio trova utilizzo nella produzione di refrattari in grado di resistere a temperature estremamente elevate e per tipi speciali di cemento e polveri utilizzati nell’industria farmaceutica e della carta per rendere la carta più bianca, lucida e liscia.

L’applicazione medica primaria del carbonato di magnesio è quella di alleviare i sintomi associati all’ulcera peptica, alla malattia da reflusso gastroesofageo e ad altre condizioni in cui è necessaria la soppressione dell’acidità per la sua capacità di neutralizzare l’acido gastrico costituito da acido cloridrico.  Aumentando il pH del contenuto dello stomaco, il carbonato di magnesio fornisce un sollievo sintomatico e promuove un ambiente più favorevole per la guarigione in caso di ulcere peptiche.

Viene generalmente utilizzato nell’industria della gomma e della plastica come riempitivo e per rendere la gomma leggera e migliorarne la resistenza alla trazione. Nella plastica viene utilizzato per migliorare le proprietà ignifughe, rendendo i prodotti più sicuri per l’uso in varie applicazioni di consumo.

Nel settore dello sport e del fitness è utilizzato dagli atleti in sport come la ginnastica, l’arrampicata su roccia e il sollevamento pesi per migliorare la presa assorbendo il sudore dalle mani e fornendo una presa sicura. Le sue proprietà atossiche e naturali lo rendono una scelta ideale per gli atleti che richiedono un miglioramento affidabile delle prestazioni senza effetti collaterali chimici.

Trova utilizzo in campo alimentare nei prodotti da forno in cui agisce come agente rinforzante, lievitante e stabilizzante, nelle bevande quale regolatore di acidità e agente carbonatante, nel sale da cucina quale agente antiagglomerante e adsorbente.

Per i suoi effetti leganti e rinforzanti sul glutine e per la sua proprietà di aumentare la resistenza dell’impasto è usato nella panificazione. L’aggiunta di carbonato di magnesio all’acqua modifica il modo in cui le forze elettrostatiche agiscono sul glutine, con conseguente modifica della reologia dell’impasto. La maggiore compattezza conferita al glutine dal sale gli consente di trattenere meglio acqua e gas, consentendo all’impasto di espandersi senza rompersi.

In campo agricolo viene impiegato per migliorare la salute del suolo. Agisce come agente neutralizzante per i terreni acidi, aumentando i livelli di pH del terreno e migliorando le rese delle colture. La presenza di magnesio, un nutriente essenziale per le piante, migliora la crescita delle colture supportando la produzione di clorofilla.

Può essere utilizzato nei processi che riducono le emissioni di anidride solforosa dalle centrali elettriche, agendo come scrubber nella desolforazione dei gas di combustione. Questa applicazione aiuta a ridurre al minimo il rilascio di gas nocivi nell’atmosfera, contribuendo a un’aria più pulita e alla sostenibilità ambientale.

In campo cosmetico per la sua capacità di assorbire l’umidità è usato in prodotti come ciprie, deodoranti e articoli per la cura della pelle. Viene spesso utilizzato come agente di carica e inoltre aiuta a regolare il contenuto di umidità, migliorando la consistenza e la sensazione dei prodotti.