Beim Erhitzen an der Luft verbrennt Magnesium oberhalb von 500 °C mit blendend weißer Flamme zu Magnesiumoxid und teilweise auch zu Magnesiumnitrid, da es bei diesen Temperaturen mit dem Stickstoff der Luft reagiert:   

Brennendes Magnesium erreicht Temperaturen über 2500 °C. Magnesiumbrände dürfen nicht mit Wasser gelöscht werden. Das Wasser wird dabei teilweise zersetzt, und es erfolgt eine fast explosionsartige Reaktion, da Wasserstoff entsteht. Zum Löschen verwendet man am besten Sand.

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Hält man ein brennendes Magnesiumband in Wasserdampf oder in Alkoholdampf, dann brennt es weiter, da es mit dem chemisch gebundenen Sauerstoff reagiert. Aufgrund dieser Eigenschaft brennen Magnesiumfackeln unter Wasser und können als Unterwasserlicht bei Tauchgängen eingesetzt werden. Magnesium brennt auch in Schwefeldioxid oder in Kohlenstoffdioxid: 

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Laugen greifen Magnesium nicht an. Mit den Halogenen reagiert Magnesium heftig. Verbrennt man beispielsweise ein Magnesiumband in Bromdämpfen, erhält man Magnesiumbromid: 

Magnesium als Bioelement ist für alle Lebewesen essenziell. Im Chlorophyll-Molekül der Pflanzen ist ein Magnesium-Atom in zentraler Stellung enthalten, bei Magnesiummangel gehen die grünen Pflanzen ein. Im menschlichen Körper sind Magnesium-Ionen für den Energiestoffwechsel von Bedeutung, sie sind wie die Calcium-Ionen am Aufbau der Knochen und der Zähne beteiligt. Beim Herzmuskel sind sie Gegenspieler zu den Calcium-Ionen. Beim Transport von Natrium- und Kalium-Ionen aus und in die Zelle fungieren sie als Regelelement. Außerdem regulieren sie das Zusammenziehen und Erschlaffen der Muskeln. Bei Mangel treten Symptome wie Muskelkrämpfe, Migräne, Konzentrationsstörungen, Müdigkeit bis hin zu Herz-Rhythmus-Störungen auf. Als besonders magnesiumreich gelten Vollkornbrot und Körner aller Art, bestimmte Mineralwässer, Fisch und Geflügel, Milch, Spinat, Kohlrabi, Kartoffeln, Beerenfrüchte, sowie Orangen und Bananen. 

Häufigkeit   sehr häufig

Magnesium ist mit 1,9 Prozent Massenanteil ein sehr häufiges Element in der Erdhülle. In elementarer Form kommt es in der Natur nicht vor. Die häufigsten Magnesiumverbindungen finden sich in den Silicaten, so auch im Olivin oder im Serpentin. Zu den bedeutenden Magnesiumerzen gehören Carnallit, Magnesit und Dolomit. Bedeutende Förderländer für Magnesit sind China, die Türkei, Russland, Brasilien, Österreich, Australien und die Slowakei. Die weltweit größten Reserven besitzen Russland, Nordkorea und China. Weitere Magnesiummineralien sind zum Beispiel Periklas, Spinell und Talk.

In den Meeren machen die Magnesiumsalze wie Magnesiumchlorid etwa 15 Prozent des Salzgehalts aus. Manche Mineralquellen führen gelöstes Magnesiumsulfat, das früher als „Bittersalz“ bekannt war. Magnesiumsalze spielen vor allem bei den Pflanzen im Stoffwechsel eine bedeutende Rolle. Sie dienen zum Aufbau des Chlorophylls und ermöglichen so die Fotosynthese.  

Magnesiumverbindungen sind schon lange bekannt und werden seit dem Altertum verwendet. Bittersalz ist zum Beispiel ein altbekanntes Abführmittel, Magnesium alba wurde schon im Altertum in Pudern eingesetzt. Der Name Magnesia geht auf die Halbinsel Magnisia im antiken Griechenland zurück. Ursprünglicher Namensgeber – unter anderem auch für das Wort Magnet – war Magnes, eine Gestalt der griechischen Mythologie.

Der schottische Chemiker Joseph Black (1728–1799) experimentierte in Edinburgh mit Magnesia alba (heute: basisches Magnesiumcarbonat) und beschrieb diese Arbeiten in seiner 1754 erschienen Doktorarbeit De humore acido a cibis orto, et magnesia alba. 1755 übergab er der Philosophical Society of Edinburgh die Schrift Experiments upon Magnesia alba, Quicklime, and Some Other Alcaline Substances. Darin wurden die Ergebnisse weiterer Experimente beschrieben: Die Magnesia alba verhielt sich wie Kalk, wenn man eine Säure zugab, es entstand ein Gas. Übrig blieb die Magnesia usta (heute: Magnesiumoxid), die wie Branntkalk mit Säuren nicht sprudelte, aber im Gegensatz dazu nicht ätzend und auch nicht wasserlöslich war. Black leistete eine wichtige Vorarbeit zur Entdeckung des Magnesiums. [Lit. 137, 138]

Sir Humphry Davy führte 1808 eine Schmelzfluss-Elektrolyse an einem Gemisch aus Magnesiumoxid und Magnesiumhydroxid durch. Da er dabei Quecksilberelektroden einsetzte, erhielt er nur ein Magnesiumamalgam. Mit seinen Experimenten zeigte er auf, dass Magnesia (Magnesiumoxid), das Oxid des neuen Elements ist, das er zunächst Magnium benannte. Später entwickelte sich daraus der heutige Namen für Magnesium.

Der französische Chemiker Antoine Bussy (1794–1882) war der erste, der 1828 reines Magnesium aus Magnesiumchlorid und Kalium darstellen konnte. Michael Faraday führte 1833 eine Schmelzflusselektrolyse von trockenem Magnesiumchlorid durch. Dieses Verfahren wurde durch Robert Wilhelm Bunsen (1811–1899) verfeinert und legte die Grundlage für die großtechnische Herstellung des Leichtmetalls. Erst ab 1886 erfolgte die industrielle Produktion von Magnesium durch Schmelzflusselektrolyse aus dem Mineral Carnallit.

Victor Grignard (1871–1935) erhielt 1912 den Nobelpreis für Chemie. Der französische Chemiker hatte die Herstellung einer metallorganischen Verbindung mit Magnesium und die möglichen Anwendungen bereits 1901 in seiner Doktorarbeit beschrieben. Die Grignard-Verbindungen spielen heute in der chemischen Industrie eine bedeutende Rolle bei organischen Synthesen.

Zur Herstellung von reinem Magnesium existieren mehrere Verfahren. Eine Möglichkeit ist die Schmelzflusselektrolyse von wasserfreiem Magnesiumchlorid, das nach dem DOW-Verfahren aus Meerwasser gewonnen wird. Durch Zugabe von Kalkmilch fällt aus dem Meerwasser unlösliches Magnesiumhydroxid aus. Dieses wird dann mit Salzsäure zu Magnesiumchlorid umgewandelt:    

Die nachfolgende Schmelzflusselektrolyse des getrockneten Magnesiumchlorids erfolgt in Downs-Zellen bei etwa 750 °C unter Zusatz von Kaliumchlorid und Calciumchlorid zur Schmelzpunkterniedrigung. Die Spannung beträgt etwa sieben Volt, dabei können Ströme von bis zu 200000 Ampere fließen. Die Herstellung ist energieaufwändig, für ein Kilogramm Magnesium werden 18 Kilowattstunden Energie benötigt. An den Graphit-Anoden entsteht Chlor. An den Eisen-Kathoden sammelt sich flüssiges Magnesium, das abgesaugt wird. Die Gesamtreaktion der Elektrolyse stellt sich so dar:    

    
Nach dem Pidgeon-Prozess wird gebrannter Dolomit mit Ferrosilicium im Vakuum auf 1150 °C erhitzt. Dabei entsteht gasförmiges Magnesium, das außerhalb des Ofens kondensiert und Kristalle bildet. Dieses ursprünglich in Kanada entwickelte Verfahren ist heute das bedeutendste, es wird vor allem in China eingesetzt. Ein Teil des wirtschaftlich benötigten Magnesiums wird auch durch Recycling aus Altmetallschrott gewonnen.  

Reines Magnesium findet in der Technik aufgrund der geringen Härte und der hohen Korrosionsanfälligkeit kaum Verwendung. Magnesiumlegierungen, beispielsweise mit Aluminium, zeichnen sich durch ihre geringe Dichte, ihre hohe Festigkeit und ihre Korrosionsbeständigkeit aus. Sie werden zum Bau von Kraftfahrzeugen, Flugzeugen, Schiffen und Maschinenbauteilen häufig eingesetzt. Die NASA verwendete für die Saturn-V-Rakete eine Magnesiumlegierung mit 84,75% Magnesium, 14% Lithium und 1,25% Aluminium. Das Leichtmetall findet sich auch in den Legierungen von hochwertigen Kameras, Fotostativen, Smartphones oder Laptopgehäusen. Einige Bleistiftspitzer bestehen aus reinem Magnesium.

Früher diente Magnesiumpulver in einem Gemisch mit Kaliumpermanganat zur Herstellung von Blitzlichtpulver. Heute wird es noch in Feuerwerkskörpern, in Leuchtmunition und in Warnfackeln zur Erzeugung von sehr hellem, weißem Licht eingesetzt. Magnesium eignet sich auch in besonderem Maße als Reduktionsmittel zur Herstellung von Metallen aus ihren Oxiden oder Halogeniden, so auch bei der Herstellung von Titan oder Uran. In der organischen Chemie benötigt man Magnesium zur Herstellung der metallorganischen Grignard-Verbindungen.

  

Feuerstarter mit Magnesiumblock

In den Magnesiumblock ist ein Feuerstahlstab eingearbeitet. Das Sägeblatt dient zum Reiben daran. Das Magnesium wird mit einem Messer abgeschabt und durch die Funken vom Feuerstahl entzündet.

Im Campingbedarf sind Feuerstarter-Sets erhältlich, die einen Magnesiumblock und einen Stab aus Feuerstahl enthalten. Mit einem Messer schabt man Magnesiumspäne ab, die durch schnelles Schaben des gerillten Plättchens am Feuerstahl entzündet werden. Feuerstarter ohne Magnesium enthalten nur einen Stab mit Feuerstahl und Zundermaterial. Feuerstahl ist eine Legierung aus Eisen, Kohlenstoff, Cer oder anderen Lanthaniden. In den 1950er-Jahren wurde Magnesium in Unterwasser-Fackeln eingesetzt.