Wodorek magnezu: formuła, struktura chemiczna i właściwości
Wodorek magnezu (MgH 2 o wzorze cząsteczkowym) jest związkiem chemicznym o zawartości wagowej wodoru 7, 66% i występuje w naturze jako białe krystaliczne ciało stałe. Stosuje się go głównie do przygotowania innych substancji chemicznych, chociaż badano go również jako potencjalny nośnik dla wodoru.
Należy do rodziny wodorków solnych (lub jonowych), które są zdefiniowane przez ujemnie naładowany jon jonowy. Te wodorki są uważane za wodorki utworzone z metali alkalicznych i metali ziem alkalicznych, ale w przypadku magnezu (i berylu) mają wiązania kowalencyjne, oprócz jonowych, które charakteryzują tę rodzinę wodorków.
Przygotowanie i formuła
Wodorek magnezu powstaje w wyniku bezpośredniego uwodornienia magnezu (Mg) metalu w warunkach wysokiego ciśnienia i temperatury (200 atmosfer, 500 ° C) z katalizatorem MgI 2 . Jego reakcja jest równoważna:
Mg + H 2 → MgH 2
Produkcję MgH 2 w niższych temperaturach badano również przy użyciu nanokrystalicznego magnezu wytwarzanego w młynach kulowych.
Istnieją również inne metody przygotowania, ale reprezentują one bardziej złożone reakcje chemiczne (uwodornienie magnezu-antracenu, reakcja między dietylomagnezem z wodorkiem litowo-glinowym i jako produkt kompleksu MgH2).
Struktura chemiczna
Atom ten ma strukturę rutylu w temperaturze pokojowej, z tetragonalną strukturą krystaliczną. Ma co najmniej cztery różne postacie w warunkach wysokiego ciśnienia i zaobserwowano również niestechiometryczną strukturę z niedoborami wodoru; ten ostatni występuje tylko w bardzo małych ilościach cząstek po uformowaniu.
Jak wspomniano powyżej, wiązania występujące w strukturze rutylu mają właściwości częściowo kowalencyjne zamiast czysto jonowe, podobnie jak inne wodorki solanki.
Powoduje to, że atom magnezu ma kształt kulisty, całkowicie zjonizowany, ale jego jon wodorkowy ma wydłużoną strukturę.
Właściwości fizyczne i chemiczne
Fizyczne
- Wygląd: Białe kryształy.
- Masa molowa: 26, 3209 g / mol
- Gęstość: 1, 45 g / cm3
- Temperatura topnienia: 285 ° C rozkłada się
- Rozpuszczalność: W wodzie rozkłada się.
Ten związek chemiczny ma masę cząsteczkową 26 321 g / mol, gęstość 1, 45 g / cm3 i ma temperaturę topnienia 327 ° C.
Chemikalia
- Prekursor do produkcji innych substancji chemicznych.
- Przechowywanie wodoru, jako możliwe źródło energii.
- Środek redukujący w syntezie organicznej.
Ważne jest, aby wskazać, że tego związku nie można doprowadzić do stanu ciekłego, a gdy zostanie przeniesiony lub jego temperatura topnienia lub wprowadzony do wody, rozkłada się. Ten wodorek jest nierozpuszczalny w eterze.
Jest to substancja wysoce reaktywna i wysoce łatwopalna, a także jest piroforyczna, to znaczy może zapalić się samorzutnie w powietrzu. Te trzy warunki stanowią zagrożenia bezpieczeństwa, które zostaną wymienione w ostatniej części tego artykułu.
Używa
Przechowywanie wodoru
Wodorek magnezu łatwo reaguje z wodą, tworząc gazowy wodór, poprzez następującą reakcję chemiczną:
MgH2 + 2H2O → 2H2 + Mg (OH) 2
Ponadto substancja ta rozkłada się w temperaturze 287 ° C i pod ciśnieniem 1 bar, w następujący sposób:
MgH2 → Mg + H2
Dlatego zaproponowano zastosowanie wodorku magnezu jako medium magazynującego wodór do jego stosowania i transportu.
Uwodornienie i odwodornienie pewnej ilości metalicznego magnezu proponuje się jako sposób transportu ilości gazowego wodoru, zapewniając w ten sposób, że nie ma wycieków w jego transporcie i stanowią one bezpieczniejszy i bardziej praktyczny sposób niż przy użyciu zbiorników wysokociśnieniowych.,
Reakcje uwodornienia i odwodornienia
Chociaż temperatura rozkładu wodorku magnezu stanowi czynnik ograniczający jego zastosowanie, zaproponowano sposoby poprawy kinetyki reakcji uwodornienia i odwodornienia. Jednym z nich jest zmniejszenie wielkości cząstki magnezu za pomocą młynów kulowych.
Błoto
Ponadto zaproponowano system, który wytwarza wodorek magnezu w postaci błota (łatwiejszy w zarządzaniu i bezpieczny niż w proszku lub innych stałych cząstkach), który reagowałby z wodą w celu uzyskania pożądanego wodoru.
Szacuje się, że wcześniej nazwane błoto zostanie utworzone przez drobno zmielony wodorek, zabezpieczony ochronną warstwą olejów i zawieszone w środkach dyspergujących, aby zapewnić zachowanie jego konsystencji bez utraty materiału i że nie wchłania wilgoci ze środowiska.
Ten osad ma tę zaletę, że może być pompowany przez dowolną zwykłą pompę diesla, benzynową lub wodną, dzięki czemu ta propozycja ekonomiczna jest równie skuteczna.
Ogniwa paliwowe
Wodorek magnezu może być stosowany w produkcji zaawansowanych ogniw paliwowych, a także w tworzeniu akumulatorów i magazynowaniu energii.
Transport i energia
W ostatnich dziesięcioleciach rozważano wykorzystanie wodoru jako źródła energii. Zastosowanie wodoru jako paliwa wymaga znalezienia bezpiecznych i odwracalnych systemów magazynowania o dużych pojemnościach objętościowych (ilość wodoru na jednostkę objętości) i grawimetrycznych (ilość wodoru na jednostkę masy).
Alkilacja
Alkilowanie (dodanie grup CH3R alkilowych) związków organicznych w środowisku zasadowym, w którym występują grupy -OH w niskich stężeniach i temperaturach wyższych niż temperatura topnienia wodorku.
W tym przypadku wodory obecne w wodorku magnezu (MgH2) wiążą się z grupami -OH tworząc wodę. Wolny magnez może otrzymać halogen, który często towarzyszy cząsteczce alkilu, która ma wiązać się z łańcuchem węglowodorowym.
Ryzyko
Reakcja z wodą
Jak już wspomniano, wodorek magnezu jest substancją, która reaguje bardzo łatwo i gwałtownie z wodą, wykazując zdolność do wybuchu w wyższych stężeniach.
Dzieje się tak, ponieważ jego reakcja egzotermiczna wytwarza wystarczającą ilość ciepła do zapalenia gazowego wodoru uwolnionego w reakcji rozkładu, co prowadzi do dość niebezpiecznej reakcji łańcuchowej.
Jest piroforyczny
Wodorek magnezu jest również piroforyczny, co oznacza, że może zapalić się samorzutnie w obecności wilgotnego powietrza, tworząc tlenek magnezu i wodę.
Nie zaleca się wdychania w stanie stałym lub kontaktu z oparami: substancja w stanie naturalnym i produkty jej rozkładu mogą spowodować poważne obrażenia, a nawet śmierć.
Może powodować powstawanie żrących roztworów w kontakcie z wodą i zanieczyszczenie go. Kontakt ze skórą i oczami nie jest zalecany, a także powoduje podrażnienie błon śluzowych.
Nie wykazano, że wodorek magnezu może generować przewlekłe skutki zdrowotne, takie jak rak, wady rozrodcze lub inne fizyczne lub psychiczne konsekwencje, ale podczas obchodzenia się z nim zaleca się stosowanie sprzętu ochronnego (zwłaszcza respiratorów lub masek) drobny pył).
Podczas pracy z tą substancją wilgotność powietrza musi być utrzymywana na niskim poziomie, gasić wszystkie źródła zapłonu i transportować ją w beczkach lub innych pojemnikach.
Zawsze pracuj z dużymi stężeniami tej substancji, gdy można jej uniknąć, ponieważ możliwość wybuchu znacznie się zmniejsza.
W przypadku rozlania wodorku magnezu należy oddzielić miejsce pracy i zebrać pył za pomocą odkurzacza. Nigdy nie należy używać metody zamiatania na sucho; zwiększa szanse na reakcję z wodorkiem.
