Magnesium

Magnesium () on alkuaine, jonka järjestysluku on 12, kemiallinen merkki Mg ja CAS-numero 7439-95-4. Magnesium on kevyt, kirkkaan hopeanvalkoinen maa-alkalimetalli, joka on ihmisille ja eläimille välttämätön kivennäisaine ja josta voi valmistaa esimerkiksi alumiini-magnesium-seosmetalleja.

Esiintyminen 

Magnesium on kahdeksanneksi yleisin alkuaine maankuoressa. Sitä ei esiinny luonnossa vapaana alkuaineena vaan ainoastaan yhdisteinä, jotka yleensä ovat ioniyhdisteitä. Ioneina magnesiumia on paljon myös meriveteen liuenneena, etupäässä sulfaattina ja kloridina. Magnesiumia on myös useissa mineraaleissa, erityisesti dolomiitissa (sekakarbonaatti CaCO3·MgCO3) ja magnesiitissa (MgCO3). Asbesti sekä talkki ovat myös magnesiumin yhdisteitä. 

Maankuoressa magnesiumia on 23,3 kg/t ja merivedessä 1,35 kg/m3. Magnesiumin merkittävimmät esiintymisalueet ovat Ukraina, Kiina, Pohjois-Korea, Venäjä ja Australia.

Ominaisuudet
Magnesium on pehmeä ja yleisessä käytössä olevista metalleista kevyin. Magnesium painaa 30 prosenttia vähemmän kuin alumiini ja vain neljänneksen teräksestä. Magnesium on kemiallisesti aktiivinen – se reagoi helposti heikkojenkin happojen, jopa veden, muttei fluorivetyhappojen eikä emästen kanssa. Reaktio viileän veden kanssa on erittäin hidas, mutta kiehuvassa vedessä se tapahtuu nopeasti. Ilmassa magnesium peittyy oksidikerroksella. Sen elektronegatiivisuus on 1,31 ja ensimmäinen ionisoitumisenergia 736 kJ/mol. 

Yhdisteinä magnesiumia on yhteyttämisen kannalta tärkeässä klorofyllissä, ja se on tärkeä myös ihmisen elintoiminnoille. Magnesium toimii eräiden entsyymien aktivaattorina fotosynteesissä, soluhengityksessä ja nukleiinihappojen valmistuksessa. Magnesiumia tarvitaan erityisesti sydän- ja verenkiertoelimistössä ja se edistää A- ja E-vitamiinien sekä muiden mineraalien ja hivenaineiden hyväksikäyttöä. Magnesiumin on havaittu olevan keskeisessä roolissa ihmisen vuorokausirytmin säätelijänä, sillä solujen magnesiumpitoisuus vaihtelee vuorokaudenajan mukaan. Magnesiumin määrä solussa vaikuttaa myös siihen, miten tehokkaasti solu pystyy polttamaan saamaansa ravintoa energiaksi.

Valmistus
Magnesiumia valmistetaan teollisesti merivedestä. Kalsiumkarbonaatti (CaCO3, kalkki) kuumennetaan kalsiumoksidiksi (CaO, poltettu kalkki), joka edelleen veden kanssa reagoi kalsiumhydroksidiksi (Ca(OH)2, sammutettu kalkki). Kalsiumhydroksidia tarvitaan luovuttamaan hydroksidi-ioni OH− meriveteen liuenneille Mg2+-ioneille, jolloin muodostuu magnesiumhydroksidisakka Mg(OH)2. Magnesiumhydroksidi reagoi vetykloridihapon HCl kanssa magnesiumkloridiksi MgCl2 ja vedeksi. Vesi haihdutetaan ja kidevedellinen MgCl2 kuumennetaan n. 720 °C:een, jolloin kidevesi poistuu ja saadaan sulaa MgCl2. Edelleen elektrolyysi:
 katodi: Mg2+ + 2e− → Mg
 anodi: 2Cl− → Cl2 + 2e−

Käyttö

Metallina 

Magnesiumia käytetään pelkistimenä valmistettaessa muita metalleja (titaani, zirkonium, hafnium, beryllium). Lisäksi se on ainesosana monissa metalliseoksissa, kuten duralumiinissa, magnaliumissa ja elektronissa. Magnesium kestää korroosiota hyvin bensiinissä ja monissa öljyissä, mutta ei kloridipitoisissa liuoksissa eikä mineraalihapoissa. Myös magnesium­seosten korroosionkesto on heikko, joten ne on suojattava pinnoitteella. Muiden metallien rinnalla magnesiummetallit toimivat anodeina.

Seostamalla magnesiumin sekaan muita metalleja saadaan parannettua sen lujuusominaisuuksia. Hyvin magnesiumpitoisissa metalliseoksissa yhdistyvät lujuus ja keveys, ja siksi ne ovat tärkeitä esimerkiksi lentokoneteollisuudessa sekä monissa instrumenteissa. Magnesiumia on käytetty keveyttä ja lujuutta vaativissa rakenteissa, kuten etenkin 1950-luvun jälkeen nopeissa sotilaslentokoneissa ja ohjuksissa. 

Seostamalla magnesiumiin piikarbidia on tutkimuksissa saatu aikaan metallinanokomposiitiksi kutsuttavaa seosta, jonka lujuus, jäykkyys, plastisuus ja lämmönkestävyys ovat huomattavasti parantuneet.

Valokuvauksen alkuaikoina magnesiumia käytettiin salamavalona, sillä nopeasti palaessaan se tuottaa hetkellisesti suuren valotehon. Samasta syystä sitä käytetään myös ilotulitusvälineissä.

Yhdisteinä 
Magnesiumin yhdisteistä tärkeimpiä ovat sulfaatit, oksidit ja karbonaatit. Kidevedellisistä magnesium- ja kalsiumkarbonaateista muodostuvaa dolomiittia käytetään jossain määrin ainakin maataloudessa maanparannusaineena. Kidevedellistä magnesiumsulfaattia, magnesiumoksidin vesilietettä ja magnesiumhydroksidia käytetään lääkeaineina. 

Monet lannoitteet sisältävät magnesiumia, sillä se on tärkeä kasviravinne. Magnesiumin puute näkyy värin vähenemisenä kasvin lehtisuonten väleissä.

Eläinlääkinnässä magnesiumilla on suuri merkitys. Sen puute aiheuttaa karjalle ja hevosille laidunhalvausta.

Magnesium ihmisen ravitsemuksessa
Magnesium on kasvien ja eläinten välttämätön ravintoaine ja luonnollinen ainesosa hedelmissä, vihanneksissa, viljassa, lihassa ja meriruoissa. Se on ihmiskehon neljänneksi runsain kationi ja toiseksi runsain solunsisäinen kationi. Keskimäärin 60 kg painava ihmiskeho sisältää noin 24 g magnesiumia, josta noin puolet on luussa.

Vaikutukset
Magnesium on ihmisille ja eläimille välttämätön kivennäisaine, joka osallistuu lihasten ja hermoston toiminnan ja verensokerin sekä verenpaineen säätelyyn. Magnesiumia tarvitaan myös valkuaisaineiden, luuston ja DNA:n muodostamiseen.  
Magnesium aktivoi entsyymejä.
60 prosenttia elimistön magnesiumista on luustossa. 
Runsaasta magnesiumin saannista voi olla hyötyä rappeutumissairauksissa, kuten kuulonalenemassa ja tinnituksessa, sekä neurologisissa häiriöissä, kuten autismissa, ylivilkkausoireyhtymässä ja Touretten oireyhtymässä. 
Magnesiumin puute saattaa edistää muun muassa joitakin syöpälajeja, lisätä PMS-oireita ja masennusta.
Levottomat jalat ja suonenveto saattavat korjaantua magnesium- ja kalkkilisällä. Pitkäaikaista käyttöä ei kuitenkaan suositella.

Rytmihäiriöiden ja astmakohtausten on tutkimusten mukaan todettu helpottuvan magnesiumruiskeilla.

Urheilu ja krampit
Moni käyttää magnesiumia estääkseen suonenvetoja. Magnesiumin tehoa kramppien hoidossa on kuitenkin tutkittu vain vähän. Tutkimusten mukaan magnesiumin vanhusväestön öisiä lihaskouristuksia ehkäisevä vaikutus on vähäistä. Tutkimuksista saatu näyttö tästä on kohtalaista. Raskaana olevilla naisilla tehdyt kokeet ovat sen sijaan antaneet ristiriitaisia tuloksia.

Saanti ja suositukset

Yhdysvaltojen kansallinen terveysinstituutti suosittelee naisten magnesiumin päiväsaanniksi 310–320 milligrammaa ja miesten 400–420 milligrammaa. Suomen valtion ravitsemusneuvottelukunnan suositus naisille on keskimäärin noin 280 mg/vrk ja miehille 350 mg/vrk. Lasten tarve riippuu iästä. Yhdysvaltojen kansallisen terveysinstituutin mukaan magnesiumia ei saisi ottaa ravintolisistä yli 350 milligrammaa päivässä.

Työikäiset suomalaiset naiset saavat magnesiumia keskimäärin noin 340 mg/vrk ja miehet 428 mg/vrk, nuoret enemmän kuin vanhat.. Finravinto 2017 -tutkimuksen mukaan 12–15 prosenttia suomalaisista saa ravinnostaan liian vähän magnesiumia.

Soijapavussa ja mantelissa on erityisen runsaasti magnesiumia. Magnesiumia on runsaasti myös pähkinöissä ja suklaassa sekä tattarista, kaurasta ja muista kokojyväviljoista valmistetuissa ruoissa. Esimerkiksi sata grammaa ruisleipää sisältää 61 milligrammaa magnesiumia. Myös muut pavut, herne, liha, kala, banaani ja peruna (24 mg) ovat hyviä magnesiumin lähteitä. Lihan magnesiumpitoisuus on noin 19, lohen 16 ja seidin 14 mg. 

Magnesium imeytyy parhaiten eläinkunnan tuotteista. Etenkin tärkkelyspitoisten kasvikunnan tuotteiden nauttiminen heikentää myös lihassa esiintyvän magnesiumin imeytymistä. Tämä johtuu siitä, että kasvikunnan tuotteissa esiintyvä fytaatti vähentää runsaasti nautittuna jopa 60 prosentilla magnesiumin imeytymistä ja myös oksalaatti heikentää imeytymistä.

Proteiinin runsas nauttiminen lisää magnesiumin imeytymistä ja kasvikunnan tuotteissa esiintyvän kuidun runsas saanti vähentää sitä. Myös runsas kalkin, fosforin, sinkin ja eläinrasvan saanti vähentää magnesiumin imeytymistä ja hyväksikäyttöä. Kalkkia ja magnesiumia ei suositella siksi otettavaksi yhtä aikaa. Toisaalta runsas ylimääräisen magnesiumin saanti häiritsee muiden hivenaineiden imeytymistä. Magnesiumia sisältävien ravinnelisien runsasta ja pitkäaikaista käyttöä ei siksi suositella.

Apteekeissa markkinoidaan magnesiumpitoisia ihosuihkeita, mutta magnesiumin imeytyminen ihon läpi on hyvin yksilöllistä.

Puutos

Ravinnosta johtuva magnesiumin puutos on Suomessa harvinainen, koska sitä on lähes kaikissa elintarvikkeissa. Magnesiumia kannattaa silti nauttia runsaasti, koska sitä runsaasti saavilla on todettu vähemmän diabetesta}.

Magnesiumin puutosta voi ilmetä esimerkiksi suoliston imeytymishäiriöiden, kuten vaikean keliakian, yhteydessä tai niillä diabeetikolla, joiden virtsaneritys on runsasta. Magnesiumin puutetta elimistössä mitataan helpoiten ja yleisimmin verikokeella. On olemassa kuitenkin viitteitä, että verikoe ei aina antaisi luotettavaa kuvaa mahdollisen puutoksen esiintymisestä. Verikokeella diagnosoinnin ongelmana on se, että vain noin 1 % elimistön magnesiumista on verenkierrossa, 60 % ollessa luissa, 20 % lihaksissa ja 19 % muissa pehmytkudoksissa. Tämän lisäksi keho pystyy siirtämään puutoksen aikana magnesiumia soluista verenkiertoon, joka voi estää puutteen havaitsemisen pelkällä verikokeella.

Edellä mainittujen seikkojen takia muun muassa tieteellisissä tutkimuksissa mitataan usein veren punasolujen magnesiumpitoisuus, sillä se antaa paremman kuvan magnesiumin pitoisuuksista solujen sisällä. Sekään ei kuitenkaan ole aina luotettava mittari, sillä tutkimuksissa on havaittu magnesiumin puutosta myöskin normaalit magnesiumin veren punasoluarvot omaavilla koehenkilöillä. 

Puutosta voidaan etsiä myöskin muilla keinoin, muun muassa hiuksista ja hampaista, virtsanäytteestä, lihasten solunäytteistä sekä magnesiumin ioneja löytävillä elektrodeilla. Selvää ei kuitenkaan ole, mikä näistä testeistä olisi kaikkein luotettavin, sillä niissä kaikissa on omat sokeat kohtansa, jotka tekevät puutoksen havainnoimisesta varmasti hyvin haastavaa.

Magnesiumin yhdisteitä 
 Magnesiumarsenaatti (AsH3O4 • xMg), CAS-numero 10103-50-1
 Magnesiumfosfidi (Mg3P2 / Mg=P-Mg-P=Mg ), CAS-numero 12057-74-8
 Magnesiumkarbonaatti (MgCO3), CAS-numero 546-93-0
 Magnesiumhydroksidi (Mg(OH)2), CAS-numero 1309-42-8
 Magnesiumkloridi (MgCl2), CAS-numero 7786-30-3
 Magnesiumnitraatti (Mg(NO3)2), CAS-numero 10377-60-3
 Magnesiumoksidi (MgO), CAS-numero 1309-48-4
 Magnesiumstearaatti (C36H70MgO4 / Mg(C18H35O2)2), CAS-numero 557-04-0
 Magnesiumsulfaatti (MgSO4), CAS-numero 7487-88-9

Lähteet

Aiheesta muualla

Magnesiumin vaikutukset ja kliininen nykykäyttö (pdf-tiedosto)
Fineli: Magnesiumin lähteet ruoka-aineissa
Helsingin Sanomat, Marko Hamilo, Alkuaineet: Magnesium 
Tietoa magnesium-valmisteesta: Magnesium
Periodictable: Technical data for Magnesium 
DrugBank: Magnesium 
Human Metabolome Database: Magnesium 
KEGG: Magnesium 
ChemBlink: Magnesium 

https://phytochem.nal.usda.gov/phytochem/chemicals/show/57594 Dr. Duke's Phytochemical and Ethnobotanical Databases: Magnesium] 

Alkuaineet
Luonnonvarat
Seulonnan keskeiset artikkelit