Formuła wodorku magnezu, struktura chemiczna i właściwości

The wodorek magnezu (MgH₂ o wzorze cząsteczkowym), jest związkiem chemicznym o zawartości wagowej wodoru 7,66% i występuje w naturze jako biała krystaliczna substancja stała. 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), zdefiniowanych przez ujemnie naładowany jon jonowy. Te wodorki są uważane za te, które są utworzone z metali alkalicznych i metali ziem alkalicznych, ale w przypadku magnezu (i berylu) mają wiązania kowalencyjne, oprócz tych jonowych, które charakteryzują tę rodzinę wodorków.

Indeks

• 1 Przygotowanie i formuła
• 2 Struktura chemiczna
• 3 Właściwości fizyczne i chemiczne
  • 3.1 Fizyczne
  • 3.2 Chemikalia
• 4 zastosowania
  • 4.1 Przechowywanie wodoru
  • 4.2 Reakcje uwodornienia i odwodornienia
  • 4.3 Błoto
  • 4.4 Ogniwa paliwowe
  • 4.5 Transport i energia
  • 4.6 Alkilowanie
• 5 Zagrożenia
  • 5.1 Reakcja z wodą
  • 5.2 Jest piroforyczny
• 6 referencji

Przygotowanie i formuła

Wodorek magnezu powstaje w wyniku bezpośredniego uwodornienia metalu magnezu (Mg) w warunkach wysokiego ciśnienia i temperatury (200 atmosfer, 500 ° C) za pomocą katalizatora MgI₂. Jego reakcja jest równoważna:

Mg + H₂→ MgH₂

Zbadano również produkcję MgH₂ w niższych temperaturach 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 MgH)₂).

Struktura chemiczna

Atom ten ma strukturę rutylu w temperaturze pokojowej, z tetragonalną strukturą krystaliczną. Ma on 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 sferyczny, 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.
• Magazynowanie 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 transportowania 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 uwodorniania 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 wymieniony osad byłby utworzony przez drobno zmielony wodorek, zabezpieczony ochronną warstwą olejów i zawieszony w środkach dyspergujących, aby zapewnić jego konsystencję bez utraty materiału i nie wchłaniał wilgoci z otoczenia..

Ten osad ma tę zaletę, że może być pompowany przez dowolną zwykłą pompę oleju napędowego, benzyny lub wody, 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 ciągu ostatnich dziesięcioleci rozważano wykorzystanie wodoru jako źródła energii. Wszczepienie wodoru jako paliwa wymaga znalezienia bezpiecznych i odwracalnych systemów przechowywania oraz wysokich pojemności objętościowych (ilość wodoru na jednostkę objętości) i grawimetrycznych (ilość wodoru na jednostkę masy).

Alkilacja

Alkilowanie (dodanie grup alkilowych CH₃R) związków organicznych w środowisku zasadowym, gdzie występuje grupa -OH przy niskich stężeniach i temperaturach wyższych niż temperatura topnienia wodorku.

W tym przypadku wodory obecne w wodorku magnezu (MgH₂), połącz grupy -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 przy 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 i tworzy tlenek magnezu i wodę.

Jego inhalacja nie jest zalecana w stanie stałym lub w kontakcie z oparami: substancja w stanie naturalnym i produkty jej rozkładu mogą spowodować poważne obrażenia, a nawet śmierć.

Może generować żrące roztwory w kontakcie z wodą i zanieczyszczeniem jej. 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 należy unikać pracy 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. 

Referencje

1. Zumdahl, S. S. (1998). Encyklopedia Britannica. Zrobione z britannica.com.
2. PubChem. (2005). PubChem Open Chemistry Database. Zaczerpnięte z pubchem.ncbi.nlm.nih.gov.
3. Bezpieczny wodór, L. (2006). Kongres Zielonych Samochodów. Zrobione z greencarcongress.com.
4. Chemikalia, C. (n.d.). Cameo Chemicals. Zaczerpnięto z cameochemicals.noaa.gov.
5. Services, N. J. (1987). Departament Zdrowia i Senior Services w New Jersey. Zaczerpnięto z nj.gov.