Magnesiumhydrid: Formel, chemische Struktur und Eigenschaften

Magnesiumhydrid (MgH ₂ der Molekülformel) ist eine chemische Verbindung mit einem Gewichtsanteil an Wasserstoff von 7, 66% und liegt in der Natur als weißer kristalliner Feststoff vor. Es wird hauptsächlich zur Herstellung anderer chemischer Substanzen verwendet, obwohl es auch als potentielles Speichermedium für Wasserstoff untersucht wurde.

Es gehört zur Familie der salzhaltigen (oder ionischen) Hydride, die durch ein negativ geladenes H-Ion definiert sind. Diese Hydride werden als solche angesehen, die aus den Alkali- und Erdalkalimetallen gebildet werden, aber im Fall von Magnesium (und Beryllium) zusätzlich zu den Ionen, die diese Familie von Hydriden charakterisieren, kovalente Bindungen aufweisen.

Vorbereitung und Formel

Magnesiumhydrid entsteht durch direkte Hydrierung von Magnesium (Mg) -Metall unter hohen Druck- und Temperaturbedingungen (200 Atmosphären, 500 ºC) mit einem MgI & sub2; -Katalysator. Seine Reaktion ist äquivalent zu:

Mg + H ₂ → MgH ₂

Die Herstellung von MgH ₂ bei niedrigeren Temperaturen wurde auch unter Verwendung von nanokristallinem Magnesium untersucht, das in Kugelmühlen hergestellt wurde.

Es gibt auch andere Herstellungsverfahren, die jedoch komplexere chemische Reaktionen darstellen (Hydrierung von Magnesium-Anthracen, Reaktion zwischen Diethylmagnesium mit Lithiumaluminiumhydrid und als Produkt eines MgH ₂ -Komplexes).

Chemische Struktur

Dieses Atom hat bei Raumtemperatur eine Rutilstruktur mit einer tetragonalen Kristallstruktur. Es weist unter Hochdruckbedingungen mindestens vier verschiedene Formen auf, und es wurde auch eine nichtstöchiometrische Struktur mit Wasserstoffmängeln beobachtet; Letzteres tritt bei der Bildung nur in sehr geringen Mengen von Partikeln auf.

Wie oben erwähnt, haben die Bindungen, die in der Rutilstruktur existieren, teilweise kovalente Eigenschaften, anstatt wie andere Salzhydride rein ionisch zu sein.

Dies bewirkt, dass das Magnesiumatom eine kugelförmige Form aufweist, die vollständig ionisiert ist, aber sein Hydridion eine längliche Struktur aufweist.

Physikalische und chemische Eigenschaften

Körperlich

• Aussehen: Weiße Kristalle.
• Molmasse: 26, 3209 g / mol
• Dichte: 1, 45 g / cm³
• Schmelzpunkt: 285 ° C zersetzt sich
• Löslichkeit: In Wasser zersetzt es sich.

Diese chemische Verbindung hat ein Molekulargewicht von 26 321 g / mol, eine Dichte von 1, 45 g / cm³ und einen Schmelzpunkt von 327ºC.

Chemikalien

• Vorstufe zur Herstellung anderer chemischer Substanzen.
• Wasserstoffspeicher als mögliche Energiequelle.
• Reduktionsmittel in der organischen Synthese.

Es ist wichtig anzuzeigen, dass diese Verbindung nicht in einen flüssigen Zustand gebracht werden kann, und wenn sie getragen wird oder ihren Schmelzpunkt hat oder in Wasser eingebracht wird, zersetzt sie sich. Dieses Hydrid ist in Äther unlöslich.

Es ist ein hochreaktiver und leicht entzündlicher Stoff und pyrophor, dh es kann sich in der Luft spontan entzünden. Diese drei Bedingungen stellen Sicherheitsrisiken dar, die im letzten Abschnitt dieses Artikels erwähnt werden.

Verwendet

Wasserstoffspeicher

Magnesiumhydrid reagiert leicht mit Wasser unter Bildung von Wasserstoffgas durch die folgende chemische Reaktion:

MgH ₂ + 2H ₂ O → 2H ₂ + Mg (OH) ₂

Darüber hinaus zersetzt sich dieser Stoff bei einer Temperatur von 287 ° C und einem Druck von 1 bar wie folgt:

MgH ₂ → Mg + H ₂

Daher wurde die Verwendung von Magnesiumhydrid als Wasserstoffspeichermedium für dessen Verwendung und Transport vorgeschlagen.

Die Hydrierung und Dehydrierung einer Menge metallischen Magnesiums wird als Transportmethode für gasförmige Wasserstoffmengen vorgeschlagen, wodurch sichergestellt wird, dass bei ihrem Transport keine Undichtigkeiten auftreten, und sie ist sicherer und praktischer als die Verwendung von Hochdruckbehältern. .

Hydrierungs- und Dehydrierungsreaktionen

Obwohl die Zersetzungstemperatur von Magnesiumhydrid einen begrenzenden Faktor für seine Verwendung darstellt, wurden Verfahren vorgeschlagen, um die Kinetik von Hydrierungs- und Dehydrierungsreaktionen zu verbessern. Eine davon ist die Verringerung der Größe der Magnesiumpartikel unter Verwendung von Kugelmühlen.

Schlamm

Zusätzlich wurde ein System vorgeschlagen, das ein Magnesiumhydrid in Form von Schlamm erzeugt (handlicher und sicherer als das in Pulver oder anderen festen Partikeln), das mit Wasser umgesetzt werden würde, um den gewünschten Wasserstoff zu erhalten.

Es wird geschätzt, dass der zuvor genannte Schlamm durch ein fein gemahlenes Hydrid gebildet wird, das mit einer Schutzschicht aus Ölen geschützt und in Dispergiermitteln suspendiert ist, um sicherzustellen, dass es seine Konsistenz ohne Materialverlust beibehält und keine Feuchtigkeit aus der Umwelt aufnimmt.

Dieser Schlamm hat den Vorteil, dass er durch jede gängige Diesel-, Benzin- oder Wasserpumpe gepumpt werden kann, was diesen wirtschaftlichen Vorschlag ebenso effizient macht.

Brennstoffzellen

Magnesiumhydrid kann bei der Herstellung fortschrittlicher Brennstoffzellen sowie bei der Erzeugung von Batterien und Energiespeichern eingesetzt werden.

Transport und Energie

In den letzten Jahrzehnten wurde die Verwendung von Wasserstoff als Energiequelle in Betracht gezogen. Die Implementierung von Wasserstoff als Kraftstoff erfordert das Auffinden sicherer und reversibler Speichersysteme mit hohen Volumenkapazitäten (Wasserstoffmenge pro Volumeneinheit) und gravimetrischen Kapazitäten (Wasserstoffmenge pro Masseneinheit).

Alkylierung

Alkylierung (Addition von CH ₃ R -Alkylgruppen) organischer Verbindungen in basischem Medium, wobei -OH-Gruppen in geringen Konzentrationen und Temperaturen vorhanden sind, die über dem Schmelzpunkt des Hydrids liegen.

In diesem Fall binden die im Magnesiumhydrid (MgH ₂ ) enthaltenen Wasserstoffatome an die -OH-Gruppen und bilden Wasser. Freies Magnesium kann das Halogen erhalten, das häufig das Alkylmolekül begleitet, das an die Kohlenwasserstoffkette binden soll.

Risiken

Reaktion mit Wasser

Wie bereits erwähnt, ist Magnesiumhydrid ein Stoff, der sehr leicht und heftig mit Wasser reagiert und in höheren Konzentrationen explodieren kann.

Dies geschieht, weil seine exotherme Reaktion genügend Wärme erzeugt, um das bei der Zersetzungsreaktion freigesetzte Wasserstoffgas zu entzünden, was zu einer ziemlich gefährlichen Kettenreaktion führt.

Es ist pyrophor

Magnesiumhydrid ist auch pyrophor, was bedeutet, dass es sich in Gegenwart von feuchter Luft spontan entzünden und Magnesiumoxid und Wasser bilden kann.

Das Einatmen in festem Zustand oder der Kontakt mit seinen Dämpfen wird nicht empfohlen: Der Stoff in seinem natürlichen Zustand und seine Zersetzungsprodukte können schwere Verletzungen oder sogar den Tod verursachen.

Es kann bei Kontakt mit Wasser und Verschmutzung korrosive Lösungen erzeugen. Kontakt mit Haut und Augen wird nicht empfohlen und führt auch zu Reizungen der Schleimhäute.

Es wurde nicht nachgewiesen, dass Magnesiumhydrid chronische Auswirkungen auf die Gesundheit wie Krebs, Fortpflanzungsstörungen oder andere physische oder psychische Folgen haben kann. Es wird jedoch empfohlen, beim Umgang mit Magnesiumhydrid Schutzausrüstung (insbesondere Atemschutzmasken) zu verwenden Feinstaubcharakter).

Bei der Arbeit mit diesem Stoff muss die Luftfeuchtigkeit niedrig gehalten, alle Zündquellen gelöscht und in Fässern oder anderen Containern transportiert werden.

Arbeiten Sie immer mit großen Konzentrationen dieses Stoffes, wenn dies vermieden werden kann, da die Explosionsgefahr erheblich abnimmt.

Wenn Magnesiumhydrid verschüttet wird, muss der Arbeitsbereich isoliert und der Staub mit einem Staubsauger gesammelt werden. Verwenden Sie niemals die Trockenfeger-Methode. erhöht die Wahrscheinlichkeit einer Reaktion mit Hydrid.