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Magnèsio.

Elemento chimico di numero atomico 12, peso atomico 24,312 e simbolo Mg. Nella tavola periodica degli elementi si colloca nel II gruppo, sottogruppo A (quello dei metalli alcalino-terrosi) fra il berillio e il calcio. Il m. fu identificato come nuovo elemento da J. Black nel 1775; nel 1808 Sir H. Davy lo preparò come metallo partendo da ossido di m. (la cosiddetta magnesia usta). Secondo alcuni la prima preparazione di m. metallico puro è da attribuire al francese B. Bussy, che lo preparò dal cloruro per riduzione con potassio metallico. Nel 1833 M. Faraday lo preparò per elettrolisi del cloruro fuso, secondo il metodo oggi universalmente in uso (su scala industriale). Questa elettrolisi fu poi perfezionata da R. Hunsen nel 1852: benché vi fossero degli ottimi presupposti, la produzione industriale non iniziò fino al 1916. ║ Stato naturale: il m. è uno degli elementi più abbondanti nella crosta terrestre della quale costituisce il 2,09% in peso (è l'ottavo elemento per ordine di abbondanza). Anche nell'universo abbonda: si stima che ne esistano circa 0,91 atomi per ogni atomo di silicio. Nel corpo umano è presente in quantità sensibili: ne costituisce infatti lo 0,05% circa. Presenta tre isotopi stabili, precisamente (tra parentesi le abbondanze relative): il 2⁴Mg (78,60%), il 2⁵Mg (10,11%) e il 2⁶Mg (11,29%). Il suo nome deriva dal nome di una regione della Tessaglia, detta Magnesia, dalla quale veniva da tempo importato il suo ossido, detto per questo magnesia. In natura non è mai presente allo stato nativo ma sempre combinato in forma di sali, particolarmente carbonati, cloruri, silicati e solfati. I principali minerali sono la magnesite o carbonato di m. MgCO₃ e la dolonite o carbonato di calcio e m. CaCO₃ · MgCO₃; questo secondo minerale è presente in quantità enormi in molte regioni del mondo: in Italia è il costituente principale delle Dolomiti, da cui prende il nome. Il m. poi è alquanto diffuso in tutti i terreni e in quasi tutte le rocce; la sua presenza è essenziale per la vita vegetale superiore. Altri suoi minerali sono: olivina, asbesto, talco, amianto, steatite, serpentino, ecc. Nei depositi salini che costituiscono i cosiddetti sali di Stassfurt sono poi presenti altri minerali che hanno minor importanza dal punto di vista estrattivo, e precisamente: la bischoffite, cloruro di m. idrato MgCl₂ · 6H₂O, la kieserite, solfato di m. idrato MgSO₄ · H₂O, la carnallite MgCl₂ · KCl · 6H₂O, che è un cloruro doppio di m. e potassio, la schoenite o solfato doppio di m. e potassio idrato MgSO₄ · K₂ SO₄ · 6H₂O, la astrakanite o solfato doppio di sodio e potassio idrato MgSO₄ · Na₂SO₄ · 4H₂O, la kainite o cloruro di potassio e solfato di m. idrato MgSO₄ · KCl · 3H₂O, la polianite K₂SO₄ · MgSO₄ · 2CaSO₄ · 2H₂O, che è solfato complesso di m., calcio e potassio, e così via. Il m. presente nel terreno deriva da disgregazione delle rocce; esso viene in parte assorbito dalle piante e da queste passa negli animali, uomo compreso, fissandosi soprattutto nelle ossa. In concentrazioni elevate è però tossico per le piante. I suoi sali sono in generale ben solubili; ne consegue che esso viene sciolto dalle acque di superficie e da queste passa poi nel mare nel quale si va accumulando. La concentrazione media di m. nei mari e oceani del nostro globo è di circa 1,56 g/l, pari a un contenuto di 1.560.000 tonnellate di questo metallo per chilometro cubo di acqua marina. Dato che la maggior parte del m. oggi prodotto è estratto dall'acqua di mare, si capisce come nel caso di questo elemento la disponibilità sia virtualmente infinita. Data la grande solubilità dei suoi sali, esso si concentra nelle acque madri delle saline, dalle quali in certi casi può essere recuperato. Una piccola parte è sempre presente nel cloruro sodico anche per uso alimentare in forma di cloruro MgCl₂ · 6H₂O; la presenza di questo composto, molto igroscopico, rende pure igroscopico il sale da cucina. D'altra parte il m. non ha nessuna tossicità per l'uomo (anzi è necessario in piccole quantità) onde è tollerato. ║ Proprietà fisiche: il m. è un metallo di colore bianco-argento, abbastanza simile all'alluminio: è molto leggero: a 20 °C ha peso specifico 1,738 (l'alluminio ha peso specifico 2,70). Fonde a 650 °C e bolle a 1.107 °C. Altre sue proprietà fisiche sono raccolte nella seguente tabella:

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A proposito di questa tabella occorre osservare alcune proprietà particolari. Il calore di combustione è molto elevato: il m. brucia facilmente con una fiamma molto viva ed è spesso utilizzato per questo scopo (lampadine per flash fotografici, bengala, ecc.). La conducibilità elettrica è il 38,6% dello IACS, cioè del campione internazionale di rame ricotto: è un valore molto elevato, la tensione normale di idrogeno è tale per cui è impossibile elettrodepositare m. da soluzione acquose in quanto si produrrebbe unicamente l'elettrolisi dell'acqua (che avviene a una tensione nominale di 1,23 Volt, poco più della metà di quella necessaria per ridurre lo ione Mg²+ a metallo). L'elettrolisi per produrre m. deve per forza essere fatta in sale fuso. La riflettanza è molto alta; essa però si abbassa facilmente per l'ossidazione superficiale del m. La sezione di cattura di neutroni termici è molto bassa, cosa abbastanza normale per un elemento tanto leggero. La struttura cristallina è esagonale closed packed, cioè ad alto impaccamento, tipica di molti altri metalli (zinco, cadmio, cobalto, ecc.). ║ Proprietà meccaniche: queste proprietà si riferiscono a un m. commercialmente puro (99,80 ÷ 99,98%); i valori dati sono da intendersi come puramente orientativi. La durezza del m. è di circa 35 Brinell per un estruso; può giungere a 47 Brinell per un laminato: un laminato dopo invecchiamento ha durezza sui 40 Brinell. Il carico di rottura (R) e l'allungamento (A%) è molto diverso secondo la storia che ha subito il pezzo in prova. R va da circa 10 kg/mm² per un pezzo colato in sabbia a circa 20 kg/mm² per un laminato invecchiato e a circa 23 kg/² per un laminato crudo. Contemporaneamente l'allungamento A% ha i seguenti valori: da 2 ÷ 6% al 3 ÷ 15% e al 2 ÷ 10%. La lavorabilità è molto elevata: il m. puro ha un indice pari a 500 (ottone da torneria posto =100). La temperatura di rinvenimento o di invecchiamento è molto bassa (circa 100 °C). La temperatura di colata è di 700 ÷ 750 °C. Il ritiro di solidificazione è di circa il 4,2%. La temperatura di lavorazione a caldo è inferiore ai 490 °C: per il m. al 99,98% può scendere fino a 100 °C circa; per quello al 99,80% può scendere fino a 180 °C. La fusione del m. va fatta in atmosfera inerte (tipo SO₂ o meglio BF₃) oppure sotto la protezione di un flussante bassofondente. Il m. fuso non attacca: ferro, carbonio, mobildeno, tungsteno, tantalio, carburo di silicio ecc., i crogioli possono quindi essere costruiti con uno qualsiasi di questi elementi. Comunemente si usano in acciaio non legato al nichel. La lavorazione all'utensile può rappresentare un pericolo per la possibilità di incendio degli sfridi metallici: si devono quindi utilizzare utensili affilati e adottare norme antincendio. La polvere di m. e gli sfridi sottili vanno tenuti asciutti e lontani da sorgenti di forte calore. ║ Proprietà chimiche: il m. è un metallo molto reattivo; all'aria si ricopre in breve tempo di uno strato di ossido che però è facilmente dilavabile in quanto passa a idrato in presenza di umidità: se scaldato si ossida velocemente formando ossido di m., detto anche magnesia usta. MgO: in carenza di ossigeno si ha formazione anche di azoturo Mg₃N₂; la formazione di questo è prevalente alle alte temperature (600 °C o più). Il m. in tornitura fresca e sgrassata decompone l'acqua liberando idrogeno, anche se lentamente; la reazione è rapida all'ebollizione. In polvere o nastro sottile brucia vivacemente con una fiamma molto luminosa e ricca di radiazioni ultraviolette: è utilizzato in questa forma per flash fotografici, come già detto. È un energetico riducente: è in grado di ridurre la silice SiO₂ a silicio metallico e, una volta acceso, continua a bruciare anche in assenza di ossigeno, purché in presenza di un composto (ad es. SO₂, CO₂, H₂O, vapore, ecc.) cui possa sottrarre ossigeno, Allo stato di polvere o tornitura fresca agisce con molti composti organici alogenati (in particolare con i bromuri) dando i cosiddetti composti organo-magnesiaci (V. OLTRE) che sono utilizzati anche in sintesi industriali. ║ Resistenza alla corrosione: il m. è un metallo di bassissima nobiltà, onde sarebbe facilmente aggredibile in tantissimi ambienti, soprattutto in presenza di acqua. La resistenza alla corrosione però è buona in molti casi in quanto proprio la sua facile ossidabilità superficiale permette un rapido sviluppo di una pellicola superficiale di ossido che in certe condizioni lo preserva da ogni ulteriore attacco (si tratta di una passivazione V. CORROSIONE). Lo sviluppo di questo film protettivo, come pure la sua consistenza e quindi l'entità della passivazione, dipende fortemente dalla purezza del metallo e anche dal tipo di impurezze presenti. I dati seguenti si riferiscono a un m. commerciale (99,80% minimo di purezza) contenente i seguenti tenori massimi di impurezze: Mn 0,15%; Cu 0,02%; Ni 0,01%; Sn 0,01%; Pb 0,01%; altri elementi 0,05 ciascuno. In assenza di accoppiamenti con altri metalli più nobili che possono generare delle forti coppie di corrosione galvanica, il m. presenta una buona resistenza agli agenti atmosferici e anche ad ambienti molto più aggressivi quali quelli marini o addirittura l'acqua di mare. In atmosfere marine o industriali, nelle condizioni dette e in assenza di abrasione la resistenza del m. è persino superiore a quella di un acciaio al carbonio; lo stesso dicasi in acqua dolce stagnante. Il comportamento di fronte alle soluzioni acquose, sempre in assenza di coppie di corrosione, dipende moltissimo dagli ioni presenti. Le soluzioni anche neutre di sali di metalli pesanti lo attaccano rapidamente. In ambienti alcalini il comportamento è ottimo; come pure in presenza di cromati, nitrati, fluoruri e fosfati. La resistenza agli acidi minerali è in generale bassissima; è buona invece nei confronti degli acidi fluoridrico e cromico. Anche gli acidi organici, eccetto quelli grassi, lo attaccano rapidamente, soprattutto in presenza di acqua. I composti organici hanno in generale scarsa aggressività sul m.; ciò vale per alcoli (escluso il metanolo), eteri, chetoni, idrocarburi alifatici e aromatici, ecc.; si ha invece corrosione da idrocarburi clorurati specialmente a caldo e in presenza di acqua. ║ Produzione industriale: nonostante i suoi innumerevoli usi pacifici, il m. è un metallo di preminente interesse bellico. La sua produzione che nel 1938 era di circa 23.000 t/anno aumentò vertiginosamente con lo scoppio del secondo conflitto mondiale fino a raggiungere un massimo di 237.000 t/anno nel 1943, mentre nel 1946 scese a livelli insignificanti. La produzione mondiale attuale è di circa 150.000 t/anno, ma la maggior parte degli impianti non lavora a piena capacità. Il maggior uso del m. durante la guerra era la fabbricazione di involucri di bombe e parti di aerei; l'interesse militare di questo metallo risalta anche dal fatto che alcuni dei trattati di pace che posero fine alla II guerra mondiale contenevano una clausola sulla produzione di m. Fu appunto la necessità di grandi quantità di questo metallo accanto a una difficoltà di commercio dei minerali tradizionali (quali la carnallite e la magnesite) a stimolare la nascita di processi che sfruttavano per la produzione di m. una miniera dalla disponibilità illimitata: il mare. Vediamo i principali processi produttivi del m.: 1) Processo Hansgirg. È ormai in disuso, ma fu impiegato durante l'ultimo conflitto mondiale. Materia prima è l'ossido di m., prodotto ad es. per calcinazione della magnesite. Questa viene mescolata con un'aliquota opportuna di un adatto carbone fossile e caricata in un forno ad arco che raggiunge una temperatura di circa 2.000 °C. Il carbone riduce l'ossido di m. a metallo secondo la reazione:

MgO + C ◊ Mg + CO

Il m. alla temperatura del forno evapora ed esce insieme con l'ossido di carbonio; dato che la reazione scritta è reversibile, occorre però provvedere un brusco raffreddamento (o quenching) all'uscita del forno, per portare i gas da circa 2.000 °C a circa 200 °C. Di solito questa operazione era fatta iniettando nella corrente gassosa del gas naturale o dell'olio polverizzato. Il m. era raccolto come polvere fine, sintetizzato e purificato per distillazione sotto vuoto. 2) Processo Pidgeon o al ferro-silicio. Questo processo ebbe una discreta diffusione durante l'ultimo conflitto mondiale in quanto utilizza un impianto più semplice di quello elettrolitico e meno legato a fonti energetiche nobili (come l'energia elettrica); oggi è pressoché in disuso. Materia prima era la magnesite o la dolomite e il ferro-silicio (V. SILICIO). Il ferro-silicio era finemente macinato e brichettato in rapporto opportuno con l'ossido di m. ottenuto per calcinazione dei minerali. Quanto ottenuto veniva poi caricato in storte, generalmente orizzontali, simili a quelle in uso per la produzione di zinco. Il processo è discontinuo: caricata la storta si riscalda fino a circa 1.150 °C; si ha riduzione dell'ossido di m. a metallo che distilla e si raccoglie nel condensatore posto vicino alla bocca della storta. Dopo un certo tempo si interrompe il riscaldamento, si recupera il m., si svuota la storta e la si ricarica come detto sopra per un nuovo ciclo. Questo metodo ha anche lo svantaggio di una elevata manualità. 3) Processo elettrolitico. È questo il metodo usato pressocché universalmente, già fin dall'inizio della produzione industriale del m. Materia prima per questo processo è il cloruro di m. MgCl₂ puro e anidro. Questo veniva preparato per varie vie, ad es. dalla carnallite, dalla magnesite, dalla dolomite, da salamoie della preparazione della potassa caustica, ecc.: oggi il metodo usato quasi universalmente parte da acqua di mare. In certi casi al posto di questa è usata acqua di saline, che è più ricca di m. Come si è detto il tenore di questo metallo nell'acqua di mare è mediamente di 1,56 g/litro, ma in alcuni mari chiusi e con forte evaporazione può anche essere molto superiore. Il processo di recupero del m. dall'acqua di mare è molto interessante in quanto è il primo caso di un elemento di forte produzione industriale estratto da acqua marina (un altro caso analogo è il bromo). In questa il m. è contenuto come ione Mg²⁺ o, se si vuole, come cloruro di m. MgCl² ionizzato in Mg²⁺ e due Cl^-; non è però possibile precipitare direttamente il cloruro in quanto questo è estremamente solubile. L'acqua marina viene quindi pompata in grandi cisterne nelle quali viene trattata con latte di calce, cioè una sospensione in acqua di idrossido di calcio Ca(OH)₂. Avviene la seguente reazione di scambio:

Mg²⁺ + Ca (OH) ₂ ◊ Ca²⁺ +Mg (OH) ₂

con passaggio in soluzione di ioni calcio e precipitazione del m. in forma di idrossido. Questo viene filtrato ed essiccato, dopo di che viene trasformato in cloruro mediante attacco con acido cloridrico, secondo la reazione:

Mg(OH) ₂ + 2HCl ◊ MgCl₂ + 2H₂O

Questo metodo richiede acido cloridrico: un altro processo opera invece una calcinazione dell'idrato di m. a ossido, secondo la reazione:

Mg(OH) ₂ ◊ MgO + H₂O

Successivamente si opera la trasformazione dell'ossido in cloruro in forno a tino, caricandolo con del carbone e insufflando cloro; avviene la reazione:

MgO + C + Cl₂◊ MgCl₂ + CO

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MgCl₂ ◊ Mg + Cl₂

è di 2,5 Volt: in pratica le celle solo alimentate con circa 6÷7 Volt. Il consumo pratico di energia elettrica per la reazione scritta è di circa 22 kWh per kg di m. metallico prodotto. Le perdite di cloro, teoricamente nulle, sono abbastanza basse; spesso comunque gli impianti di produzione di m. sono vicini a quelli di produzione di sodio o soda caustica in modo da aver disponibile cloro a basso prezzo. È stata anche sperimentata una elettrolisi diretta dell'ossido di m. MgO sciolto in un bagno di fluoruri; questo processo è stato abbandonato in quanto i fluoruri fusi pongono dei gravi problemi di corrosione e di pericolosità di ambienti. ║ Composti: Nei suoi composti il m. manifesta sempre grado di ossidazione +2. I principali composti sono i seguenti: l'ossido di m. MgO, detto comunemente magnesia usta, esiste anche in natura come periclasio, cristallizzato nel sistema cubico, con peso specifico 3,65. Si ottiene per calcinazione dell'idrato o del carbonato, e si presenta come una polvere bianchissima, pochissimo solubile in acqua fredda ma solubile a caldo con formazione dell'idrato. Fonde a 2.800 °C e bolle a circa 3.600 °C: per queste sue proprietà è spesso usata, da sola o in miscela con altre sostanze, per la fabbricazione di rivestimenti refrattari. È utilizzata anche in medicina come eccipiente per pillole, antiacido e lassativo blando. L'idrato di m., presente anche in natura come brucite, cristallizzato nel sistema trigonale con peso specifico 2,4: è una polvere bianca pochissimo solubile in acqua e ben solubile negli acidi anche diluiti e nelle soluzioni di sali di ammonio. Benché colori in blu il tornasole, è una base debole, a differenza di quelle degli altri elementi del gruppo del m. Per riscaldamento si decompone in acqua e MgO. Il cloruro di m. MgCl₂ se anidro o MgCl₂ · 6H₂O se idrato, esiste in natura nelle due forme, rispettivamente come clorocalcite (bianca, cristallizzata nel sistema esagonale, peso specifico 2,325) e come bischoffite (bianca, deliquescente, cristallizzata nel sistema monometrico, peso specifico 1,56). Il cloruro idrato per riscaldamento si decompone a 118 °C perdendo l'acqua di cristallizzazione e trasformandosi nel sale anidro, il quale fonde a 712 °C e bolle a 1.412 °C. La solubilità in acqua è abbastanza alta per entrambi i sali: 100 g di questa a 0 °C sciolgono 52,8 g di anidro e 281 g di idrato; a 100 °C sciolgono invece 73 g di anidro e ben 918 di idrato. È usato per la preparazione del metallo e per la fabbricazione di mole, come legante. Il solfato di m. MgSO₄ esiste sia anidro che idrato con una, due o sette molecole di acqua; il sale più comune (l'unico che si trova in commercio) è l'eptaidrato MgSO₄ · 7H₂O presente anche in natura come epsomite, incolore, cristallizzata nel sistema ortorombico con peso specifico 1,68. È molto noto col nome di sale inglese o sale amaro col quale viene utilizzato in medicina come purgante. È usato anche nelle industrie del raion viscosa e tessile in genere. Scaldato a 70 °C si decompone perdendo l'acqua di cristallizzazione fino a divenire anidro; in questo stato fonde a 1.185 °C. È molto solubile in acqua: 100 g di questa ne sciolgono 72,4 di solfato eptaidrato a 0 °C e 178 a 40 °C. Il carbonato anidro di m. MgCO₃ esiste in natura come magnesite, bianca, cristallizzata nel sistema trigonale, con peso specifico 3,307. È molto diffusa in Austria, negli USA e in alcune località della Toscana e del Piemonte; in Grecia l'isola di Eubea è un'enorme massa di magnesite. Per trattamento di una soluzione di un sale solubile di m. con carbonato di sodio oppure per ebollizione del bicarbonato di m. Mg(HCO₃)₂ non si ha precipitazione del carbonato neutro ma di un carbonato basico idrato di formula Mg(OH) ₂ · 3MgCO₃ · 3H₂O detto comunemente magnesia o magnesia effervescente o magnesia alba, e presente anche in natura come idromagnesite bianca, ortorombica, avente peso specifico 2,16. Questo sale è utilizzato in miscela con bicarbonato di sodio e acido citrico o tartarico per preparare polveri effervescenti utilizzate in farmacia come lassativi. Fra i composti organici del m. ricordiamo i cosiddetti composti organo-magnesiaci misti o reattivi di Grignard che sono una vastissima classe di composti, sovente utilizzati anche su scala industriale, aventi formula generale R-Mg-X, ove R- è un radicale alchilico e X è un atomo di alogeno (Cl, Br o I). Questi composti si preparano normalmente per azione di tornitura fresca e pulita di m. su una alogenuro alchilico che diremo R-X. La reazione è la seguente:

R-X + Mg ◊ R-Mg-X

e avviene molto meglio in soluzione di etere. La reazione è quasi completa col cloro (soprattutto se catalizzata con un poco di iodio) e col bromo; è più veloce ma meno completa con lo iodio. Generalmente si utilizza proprio cloro o bromo. I composti di Grignard sono estremamente reattivi e vengono utilizzati in varie sintesi. Partendo da uno di questi composti, che indicheremo sempre genericamente con R-Mg-X, si può preparare il corrispondente alcool R-OH per azione di un ossidante, l'idrocarburo R-H per azione di acqua, idrocarburi superiori per azione di un alogenuro alchilico o arilico, composti organometallici per azione di alogenuri metallici (reazioni generali per preparare organo-composti) e così via. Inoltre i composti di Grignard possono essere usati per preparare orto-esteri, per allungare la catena di un alcool, per preparare alcoli secondari o terziari, acidi tiocarbossilici e tiolcarbosilici. ║ Usi: il m. è un metallo dagli usi alquanto svariati; i principali sono la fabbricazione di leghe e la raffinazione di altri metalli. Gli impieghi strutturali, cioè come materiale da costruzione, non sono tanto del m. di per sé quanto delle sue leghe (V. OLTRE) che sono preziose non tanto per la resistenza (non eccezionalmente elevata) ma per il bassissimo peso specifico, tanto che si parla comunemente di leghe ultraleggere a proposito di certi materiali a base di m. Queste leghe trovano applicazioni soprattutto in quelle di costruzioni in cui il peso è un fattore determinante: tipico uso delle leghe di m. è infatti la fabbricazione di parte di aerei e missili, che da sola assorbe più della metà delle leghe di m. Anche altre industrie, come ad es. la fabbricazione di macchine per l'industria tessile, hanno delle esigenze analoghe: infatti se si hanno dei pezzi in rapido movimento, la loro leggerezza ha un'importanza determinante per le forze di inerzia che entrano in gioco. Sempre come materiale da costruzione, il m. è usato anche in elettrotecnica ed elettronica: circa il 3,5% del m. usato nel mondo è utilizzato in questo modo. La resistenza non molto buona del m. alla corrosione e la facile ossidabilità superficiale oltre che la difficoltà che si ha nella saldatura dolce ne limitano l'uso. I materiali a base di m. sono sovente usati negli utensili portatili, dove una buona resistenza va accoppiata a un peso leggero; anche certe valigie di buona qualità hanno un'armatura in lega di m. La regolarità con cui si può operare la fotoincisione su certe leghe di m. le fa preferire a quelle tradizionali per cliché di stampa; le arti grafiche assorbono circa lo 0,7% del m. materiale non di costruzione, il principale è la metallurgia di metalli non ferrosi, che assorbe oltre il 40% del m. consumato nel mondo. Questo metallo viene usato nella fabbricazione di altri metalli come disossidante e desolforante (industria del nichel e del rame) o come agente riduttore (industria del titanio, zirconio, ecc.) oppure per tutti e due questi motivi. Sovente se ne aggiunge un eccesso, e una parte del m. resta nel prodotto finito del quale costituisce un elemento bassolegante (es. per l'alluminio). Un altro consumo di questo tipo è la fabbricazione di anodi solubili per la protezione catodica di manufatti in altri metalli (normalmente acciaio), interrati, dalla corrosione. Si consideri ad es. il caso di un oleodotto interrato a contatto con il terreno. Anche in assenza di correnti vaganti (derivanti da linee elettriche ad alta tensione, rotaie ferroviarie, ecc.) che darebbero una forte corrosione, la differenza di composizione del terreno o della tubazione (ad es. per la presenza di saldature) provoca la nascita di pile locali che porterebbero una zona della tubazione a essere anodica rispetto a un'altra e quindi a sciogliersi nel terreno. Per rimediare a questo si ricorre sovente al metodo degli anodi sacrifiziali interrando presso la tubazione dei blocchi di m. opportunamente distanziati fra loro (ad es. qualche centinaio di metri o anche qualche chilometro) collegati elettricamente alla tubazione. Questi blocchi si comportano da anodi solubili, consumandosi lentamente nel tempo, rendendo però anodica tutta la tubazione, che non subisce quindi corrosione alcuna. Dopo un certo numero di anni si provvede alla sostituzione di quanto resta dei blocchi di m. Altri usi del m. sono la fabbricazione di prodotti chimici, specialmente organici, la fabbricazione di polveri, per sinterizzazione, la fabbricazione di pile a secco, di fuochi d'artificio e così via. ║ Leghe: le leghe di m. hanno proprietà molto diverse secondo gli elementi alliganti presenti: i più comuni fra questi sono l'alluminio, il manganese, lo zinco; si hanno però anche leghe speciali che possono contenere altri metalli quali: torio, terre rare, litio, calcio, stagno, zirconio, e così via. Le loro caratteristiche meccaniche non sono eccellenti: carico di rottura fra 15 e 40 kg/mm², durezza da 40 a 80 Brinell, allungamento a rottura su barretta lunga dal 2 al 20%. In compenso offrono diverse proprietà uniche, quali il peso specifico bassissimo (1,7 ÷ 1,85 per la maggior parte, ma ve ne sono anche con peso specifico 1,4), la costanza del modulo elastico, la facile lavorabilità, la possibilità (per alcune) di essere indurite per trattamento termico, e così via. Alcune leghe speciali sono poi adatte anche a elevate temperature di esercizio. Le leghe di m. sono classificabili in due grandi classi: leghe da getti o da fonderia e leghe da lavorazione plastica. Le due classi potrebbero poi essere a loro volta suddivise per leghe bonificabili e non bonificabili. Per la designazione delle leghe di m. anche in Italia è generalmente usata quella standardizzata dalla ASTM (American Society for Testing of Materials) che consiste in una sigla composta da quattro parti, cioè del tipo:

XXxxX-Xxx

nella quale con X si sono indicate lettere (maiuscole) dell'alfabeto e con x le cifre da 0 a 9. Le prime due lettere di questa sigla (indicate con XX) indicano in codice i due principali elementi di alligazione in ordine di importanza percentuale o in o betico se le percentuali dei due elementi sono uguali. Il codice utilizzato è il seguente: A = alluminio, B = bismuto, C = rame, D = cadmio, E = terre rare, F = ferro, H = torio, K = zirconio, L = berillio, M = manganese, N = nichel, P = piombo, Q = argento, R = cromo, S = silicio, T = stagno e Z = zinco. Il m., che con questa sigla non compare, sarebbe indicato con G. La seconda parte della sigla, indicata con xx, è composta da due cifre che indicano le percentuali arrotondate dei due principali elementi di alligazione, nell'ordine con cui si sono indicati con le due lettere precedenti. Le percentuali vengono arrotondate a cifre intere. La terza parte della sigla, indicata con X genericamente, è una lettera maiuscola dell'alfabeto, escluse la I e la O, che differenzia leghe uguali come percentuali dei due elementi presenti in maggior quantità ma diverse per altri elementi alliganti. La quarta parte della sigla, indicata con -Xxx, è composta da una lettera maiuscola e eventualmente da una o due cifre; essa indica in codice lo stato del materiale. La simbologia è la seguente: F = come si trova al termine della lavorazione; O = rinvenuto; H10, H11 = leggermente incrudito; H23, H24 e H26 = incrudito e parzialmente rinvenuto; T4 = che ha subito trattamento di solubilizzazione; T5 = invecchiato; T6 = solubilizzato e invecchiato. Questa parte della sigla può anche mancare allorché lo stato di lavorazione non è importante ai fini della definizione del materiale. Come esempio citiamo la sigla HZ32A - T5: si tratta di una lega che contiene circa il 3% di torio e il 2% di zinco, nello stato invecchiato. Notiamo che nella sigla sopra riportata nulla indica esplicitamente che si tratti di una lega di m. È quindi in uso anche un altro tipo di sigla, comunemente accettato nel campo commerciale. La composizione della sigla è analoga alla precedente, ma semplificata; essa è:

GXxXx ove: X = lettera e x = cifra

La prima lettera della sigla è sempre G, per indicare che si tratta di una lega di m. La seconda indica, col codice già citato, quale è l'elemento alligante più abbondante: la cifra che segue riporta la percentuale arrotondata di questo stesso elemento. La lettera che segue riporta il secondo elemento alligante con il solito codice; la cifra che segue (e può anche mancare) è la percentuale relativa arrotondata. Questa formula permette anche una descrizione più completa della lega: se si vuole si può riportare anche il terzo elemento per importanza percentuale indicandolo di seguito con relativa sigla e cifra che rappresenta la percentuale arrotondata. Di solito si indicano solo gli elementi che sono presenti per l'1% o più: in ogni caso se ne riportano almeno due. Esempio: la sigla GA6Z3 indica una lega di m. al 6% circa di alluminio e 3% di zinco. Esaminiamo qui di seguito le principali leghe di m., le loro caratteristiche più importanti e gli usi più comuni. Come d'uso si indicherà con R il carico di rottura a trazione (in kg/mm²), con A l'allungamento percentuale a rottura e con HB o HV la durezza in unità Brinell o Vickers rispettivamente. A) Leghe da fonderia. Sono utilizzate per colate in getti in conchiglia o in sabbia oppure per pressofusioni. Sovente contengono zirconio per affinare il grano, accanto all'alluminio che migliora la resistenza meccanica e al manganese che migliora le caratteristiche di resistenza alla corrosione. Le leghe più comuni sono le seguenti: 1) Lega AM100A. Contiene Al 9,3 ÷ 10,7%, Mn 0,1% min, 0,3% max per Zn e per Si. Ha una R=25 e A%=2 (colata in sabbia, T4); la E (modulo di elasticità) è circa 4.500 kg/mm². È una lega di impiego generico, adatta per colate in sabbia e conchiglia. 2) Lega AZ63A. Composizione nominale: Al 6%, ZN 3% e Mn 0,2%, resto Mg. È una lega generica per colate di sabbia, che accoppia buona resistenza meccanica con un'elevata duttilità. Peso specifico: 1,84; temperatura di solidus: 455 °C; conducibilità elettrica: 12 ÷ 15% dello lACS (campione internazionale di rame ricotto) secondo lo stato. Proprietà meccaniche nello stato T4: R = 28, A = 12%, HB = 66. La temperatura di colata in sabbia è di 750 ÷ 850 °C. 3) Lega AZ81A. Composizione nominale: Al 7,5%; Zn 0,7%; Mn 0,15%, resto Mg. È detta anche Atesia T. È un tipo simile alla precedente, adatta per gli stessi usi: la minor tendenza alla microfessurazione la rende più adatta per getti a tenuta. Si usa prevalentemente allo stato solubilizzato (trattamento termico di omogeneizzazione). 4) Leghe AZ91A, AZ91B e AZ91C, dette anche Atesia P. Queste leghe presentano una conducibilità elettrica del 10 ÷ 12% IACS, una R di circa 25, e una A del 2 ÷ 3%, e una durezza di 60 ÷ 65 HB allo stato F. Il tipo A è adatto a colate generiche, il tipo B è simile, ma sono ammesse più impurezze, il tipo C ha proprietà meccaniche leggermente migliori degli altri due. Possono essere colate in sabbia o in conchiglia, anche a pressione: in questo caso si aggiunge un po' di berillio (0,001% circa). 5) Lega AZ92A. Composizione nominale: Al 9%; Zn 2% e Mn 0,1%; Mg resto. È una lega simile alle precedenti, adatta per colate a pressione. 6) Lega HK31A. Composizione nominale: torio 3,25%, zirconio 0,7%, resto m. È una lega adatta anche per lavorazione plastica, che presenta buone caratteristiche anche fino a 350 °C circa; può essere trattata termicamente. Nello stato T6 ha le seguenti proprietà meccaniche: a 20 °C, R = 22 e A = 6%; a 315 °C, R = 9 e A = 22% (valori orientativi). È molto usata in vari campi. 7) Lega HZ32A. Composizione nominale: torio 3,25%, zinco 2%, zirconio 0,75% e resto m. È una lega adatta a colate in sabbia, che possiede ottime caratteristiche meccaniche anche a temperature relativamente elevate (sopra i 250 °C). È la lega di m. che presenta la massima resistenza al creep (V.); la conducibilità termica è buona (0,26 cal/cm · sec · °C) come pure quella elettrica (26,5% dello IACS circa). Nello stato T5 ha le seguenti proprietà meccaniche: a 20 °C, R + = 21, e A = 6% e Hb = 55; a 260 °C, R = 10 e A = 33%. Le proprietà sono molto sensibili alla contaminazione da alluminio, che deve essere mantenuto inferiore allo 0,005% in peso. 8) Lega ZH42. Composizione nominale: zinco 4%, torio 2%, zirconio 0,5%, resto m. È una lega leggermente più pesante delle precedenti (peso specifico 1,86), di impiego simile a quello della precedente. È molto usata per parti di aerei e missili, comprese parti dei motori. 9) Lega ZH62A. Composizione nominale: zinco 5,7%, torio 1,8%, zirconio 0,7%, resto m. Le proprietà e gli usi sono simili a quelli delle leghe precedenti: ha caratteristiche meccaniche leggermente migliori. 10) Lega ZK51A. Composizione nominale: zinco 4,5%, zirconio 0,7%, resto m. È una lega adatta a colate in sabbia, che combina un'ottima resistenza meccanica con un'elevata duttilità. Ha peso specifico 0,81 ed è usata per particolari semplici molto sollecitati. 11) Lega ZE41A. Composizione nominale: zinco 4,25%, terre rare (come mixmetal) 1,25%, zirconio 0,5%, resto m. È una lega dalle buone caratteristiche meccaniche da colata in sabbia. È usata per getti a tenute e anche altri pezzi, dato che è ben saldabile. Per la saldatura si deve operare con elio o argo, utilizzando come metallo d'apporto la lega EZ33A e con successiva distensione in forno. 12) Lega EZ33A. Composizione nominale: terre rare 3% (limiti: 2,5 ÷ 4,0%), zinco 2,7%, zirconio 0,5% resto m. È una lega per colate in sabbia e in conchiglia che presenta una bassa porosità (onde è adatta per getti a tenuta) e buone proprietà meccaniche anche a temperature abbastanza alte. Il peso specifico è 1,83 e la conducibilità elettrica è pari al 25% dello IACS. È saldabile come la precedente. 13) Leghe EK30A ed EK41A. Composizione nominale: per la prima 3% di terre rare e 0,2% di zirconio, resto m.; per la seconda 4% di terre rare e 0,6 di zirconio, resto m. Sono leghe adatte per colate in sabbia, che presentano buone proprietà meccaniche fino a 250 °C circa. B) Leghe da lavorazione plastica. Sono leghe disponibili sul mercato in lamiere, barre, billette, fili e semilavorati, ecc. Rispetto alle precedenti, presentano delle proprietà meccaniche non molto differenti, ma sono molto più lavorabili sia a caldo che a freddo e in generale sono anche meglio saldabili. Spesso possono addirittura essere saldate con fiamma ossiacetilenica o a resistenza. Le principali sono le seguenti. 1) Lega M1A. Composizione nominale: m. 1,2%, calcio 0,09%, resto m. È una lega di caratteristiche meccaniche medie, ma che ha una ottima lavorabilità a freddo e a caldo e una buona resistenza alla corrosione. La saldabilità è molto buona. peso specifico: 1,76; conducibilità elettrica: 34,5% dello IACS. 2) Lega A3A. È una lega che contiene oltre a m. solo il 2,5 ÷ 3,5% di alluminio, con tenori bassissimi di elementi pesanti (come impurezze). È utilizzata soprattutto dall'industria nucleare in quanto ha una bassissima sezione di cattura di neutroni termici. 3) Lega AZ31A o lega PE. Composizione nominale: alluminio 3,25%, zinco 1,2%, resto m. È la lega di m. più usata nelle arti grafiche come materiale per fotoincisioni. 4) Lega AZ31B. Composizione nominale: alluminio 3%, zinco 1%, manganese 0,2%, resto m. È una lega a basso prezzo, adatta per impieghi generali, dotata di buona resistenza meccanica e alla corrosione, e di facile lavorabilità. 5) Lega AZ61A. Composizione nominale: alluminio 5,5%, zinco 1%, manganese 0,2%, resto m. È una lega simile alla precedente, con un costo un po' maggiore ma dotata di proprietà migliori. 6) Leghe ZK60A e ZK60B. La composizione nominale è la stessa (Zn 5,5%, Zr 0,5%, resto m.), ma la differenza sta nei limiti ammessi per lo zinco. Sono leghe ad alta resistenza e buona duttilità, che possono essere facilmente saldate a resistenza e trattate termicamente. 7) Lega ZE10A. Composizione nominale: zinco 1,25%, terre rare 0, 17%, resto m. Di impiego generale e costo moderato, ha una saldabilità eccellente. 8) Lega HM21A. Composizione nominale: torio 2%, manganese 0,5%, resto m. Adatta per usi alle temperature elevate (350 °C o anche più), è dotata di discreta saldabilità. 9) Lega HM31A. Composizione nominale: torio 3%, manganese 1,2%, resto m. È simile alla precedente. 10) Lega ZK20A. Composizione nominale: zinco 2,3%, zirconio 0,55%, resto m. Non ha elevate caratteristiche meccaniche, ma ha un costo relativamente modesto e una buona saldabilità. È di uso generale per parti non molto sollecitate. Le leghe qui riportate sono solo una parte di quelle a elevato contenuto di m. Vi sono poi numerosissime leghe, alcune anche di grande diffusione, in cui il m. è presente non come metallo base ma come elemento alligante in percentuali che possono anche superare il 10%. Una serie numerosissima è costituita dalle leghe alluminio-m., che sono una delle principali applicazioni del m. Citiamo fra queste la lega 2218 (1,5% di Mg), la lega 5005 (0,8% di Mg), la lega 5050 (1,2% di Mg), la lega 5052 (2,5% di Mg), la lega 5056 (5,2% di Mg), la lega 5083 (4,5% di Mg), la lega 5086 (4% di Mg), la lega 5456 (5% di Mg), la lega 214 (3,8% di Mg) e la lega 220 (10% di Mg).

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