MAGNESIUMHYDRIDE: FORMULE, STRUCTUUR EN EIGENSCHAPPEN - CHEMIE - 2026

Het magnesiumhydride ( molecuulformule MgH ₂ ) is een chemische verbinding met een gewicht van 7,66% waterstof en wordt in de natuur aangetroffen als een witte kristallijne vaste stof. Het wordt voornamelijk gebruikt om andere chemische stoffen te bereiden, hoewel het ook is onderzocht als een potentieel opslagmedium voor waterstof.

Het behoort tot de familie van zoute (of ionische) hydriden, die worden gedefinieerd door een negatief geladen H-ion. Deze hydriden worden beschouwd als die welke zijn gevormd uit alkalimetalen en aardalkalimetalen, maar in het geval van magnesium (en beryllium) hebben ze covalente bindingen, naast de ionische bindingen die deze familie van hydriden kenmerken.

Eenheidscelmodel van magnesiumhydride, MgH2.

Voorbereiding en formule

Magnesiumhydride wordt gevormd door de directe hydrogenering van metallisch magnesium (Mg) onder hoge druk en temperatuur (200 atmosfeer, 500 ° C) met een MgI _2- katalysator . Uw reactie is gelijk aan:

Mg + H ₂ → MgH ₂

Ook de productie van MgH ₂ bij lagere temperaturen met behulp van nanokristallijn magnesium geproduceerd in kogelmolens is onderzocht .

Er zijn ook andere bereidingsmethoden, maar deze vertegenwoordigen meer complexe chemische reacties (hydrogenering van magnesiumantraceen; de reactie tussen diethylmagnesium met lithium-aluminiumhydride; en als een product van een MgH _2- complex ).

Chemische structuur

Dit atoom heeft bij kamertemperatuur een rutielstructuur met een tetragonale kristallijne structuur. Het heeft ten minste vier verschillende vormen onder hoge druk, en er is ook een niet-stoichiometrische structuur met waterstofgebrek waargenomen; dit laatste komt alleen voor in zeer kleine hoeveelheden deeltjes wanneer het wordt gevormd.

Zoals hierboven vermeld, hebben de bindingen die bestaan ​​in de rutielstructuur gedeeltelijk covalente eigenschappen in plaats van puur ionisch te zijn zoals andere zouthydriden.

Hierdoor heeft het magnesiumatoom een ​​bolvorm, volledig geïoniseerd, maar het hydride-ion heeft een langwerpige structuur.

Fysische en chemische eigenschappen

Fysiek

• Uiterlijk: witte kristallen.
• Molaire massa: 26,3209 g / mol
• Dichtheid: 1,45 g / cm ³
• Smeltpunt: 285 ° C ontleedt
• Oplosbaarheid: in water ontleedt het.

Deze chemische verbinding heeft een molecuulgewicht van 26,321 g / mol, een dichtheid van 1,45 g / cm3 en heeft een smeltpunt van 327 ºC.

Chemisch

• Voorloper voor de vervaardiging van andere chemische stoffen.
• Waterstofopslag, als mogelijke energiebron.
• Reductiemiddel bij organische synthese.

Het is belangrijk erop te wijzen dat deze verbinding niet in vloeibare toestand kan worden gebracht, en wanneer deze op zijn smeltpunt wordt gebracht of in water wordt gebracht, valt hij uiteen. Dit hydride is onoplosbaar in ether.

Het is een zeer reactieve en licht ontvlambare stof en het is ook pyrofoor, dat wil zeggen dat het spontaan in lucht kan ontbranden. Deze drie voorwaarden vertegenwoordigen beveiligingsrisico's die in het laatste deel van dit artikel worden vermeld.

Toepassingen

Waterstofopslag

Magnesiumhydride reageert gemakkelijk met water om waterstofgas te vormen, door de volgende chemische reactie:

MgH ₂ + 2H ₂ O → 2H ₂ + Mg (OH) ₂

Verder ontleedt deze stof bij een temperatuur van 287 ° C en een druk van 1 bar als volgt:

MgH ₂ → Mg + H ₂

Daarom is het gebruik van magnesiumhydride voorgesteld als een opslagmedium voor waterstof voor het gebruik en transport ervan.

De hydrogenering en dehydrogenering van een hoeveelheid metallisch magnesium wordt voorgesteld als een manier om hoeveelheden gasvormige waterstof te transporteren, waardoor wordt gewaarborgd dat deze tijdens het transport niet lekt en een veiligere en praktischer manier is dan bij het gebruik van hogedrukvaten. .

Hydrogenerings- en dehydrogeneringsreacties

Hoewel de ontledingstemperatuur van magnesiumhydride een beperking vormt voor het gebruik ervan, zijn er methoden voorgesteld om de kinetiek van hydrogenerings- en dehydrogeneringsreacties te verbeteren. Een daarvan is het verkleinen van de grootte van het magnesiumdeeltje met behulp van kogelmolens.

Modder

Verder is een systeem voorgesteld dat een magnesiumhydride produceert in de vorm van slib (beter beheersbaar en veiliger dan dat in poeder of andere vaste deeltjes), dat zou reageren met water om de gewenste waterstof te verkrijgen.

Geschat wordt dat het bovengenoemde slib wordt gevormd door een fijngemalen hydride, beschermd met een beschermende laag van oliën en gesuspendeerd in dispergeermiddelen om ervoor te zorgen dat het zijn consistentie behoudt zonder materiaalverlies en dat het geen vocht uit de omgeving opneemt.

Dit slib heeft het voordeel dat het door elke gangbare diesel-, benzine- of waterpomp kan worden gepompt, waardoor dit voorstel zowel economisch als efficiënt is.

Brandstofcellen

Magnesiumhydride kan worden toegepast bij de productie van geavanceerde brandstofcellen, maar ook bij het maken van batterijen en energieopslag.

Transport en energie

De afgelopen decennia is er nagedacht over het gebruik van waterstof als energiebron. De introductie van waterstof als brandstof vereist het vinden van veilige en omkeerbare opslagsystemen met hoge volumetrische capaciteiten (hoeveelheid waterstof per volume-eenheid) en gravimetrisch (hoeveelheid waterstof per massa-eenheid).

Alkylering

Alkylering (toevoegen CH ₃ R alkylgroepen ) van organische verbindingen in een basisch milieu, waarbij -OH groepen aanwezig in lage concentraties en bij temperaturen boven het smeltpunt van het hydride is.

In dit geval binden de waterstofatomen die aanwezig zijn in het magnesiumhydride (MgH ₂ ) zich aan de -OH-groepen en vormen ze water. Vrij magnesium kan het halogeen ontvangen dat vaak gepaard gaat met het alkylmolecuul dat bedoeld is om aan de koolwaterstofketen te binden.

Risico's

Reactie met water

Zoals eerder vermeld, is magnesiumhydride een stof die heel gemakkelijk en heftig reageert met water, waardoor het in hogere concentraties kan exploderen.

Dit gebeurt omdat de exotherme reactie voldoende warmte genereert om het waterstofgas dat vrijkomt bij de ontledingsreactie te ontsteken, wat leidt tot een nogal gevaarlijke kettingreactie.

Het is pyrofoor

Magnesiumhydride is ook pyrofoor, wat betekent dat het spontaan kan ontbranden in aanwezigheid van vochtige lucht, waarbij magnesiumoxide en water worden gevormd.

Inademing in vaste toestand of contact met zijn dampen wordt niet aanbevolen: de stof in zijn natuurlijke staat en zijn afbraakproducten kunnen ernstig letsel of zelfs de dood veroorzaken.

Het kan bijtende oplossingen genereren in contact met water en zijn verontreiniging. Contact met de huid en ogen wordt niet aanbevolen, en het veroorzaakt ook irritatie van de slijmvliezen.

Van magnesiumhydride is niet aangetoond dat het chronische gezondheidseffecten veroorzaakt, zoals kanker, reproductieve defecten of andere fysieke of mentale gevolgen, maar het gebruik van beschermende uitrusting wordt aanbevolen bij het hanteren ervan (vooral ademhalingstoestellen of maskers, vanwege de fijn poeder karakter).

Houd bij het werken met deze stof de luchtvochtigheid laag, doof alle ontstekingsbronnen en vervoer het in vaten of andere containercontainers.

Werken met grote concentraties van deze stof moet altijd worden vermeden wanneer dit kan worden vermeden, omdat de kans op een explosie aanzienlijk wordt verminderd.

Mocht er magnesiumhydride worden gemorst, dan moet het werkgebied worden geïsoleerd en moet stof worden verzameld met een stofzuiger. Gebruik nooit de droge veegmethode; verhoogt de kans op enige reactie met het hydride.

Referenties

1. Zumdahl, SS (1998). Encyclopedia Britannica. Genomen van britannica.com.
2. PubChem. (2005). PubChem Open Chemistry Database. Ontleend aan pubchem.ncbi.nlm.nih.gov.
3. Safe Hydrogen, L. (2006). Green Car Congress. Genomen van greencarcongress.com.
4. Chemicals, C. (nd). Cameo Chemicals. Ontleend aan cameochemicals.noaa.gov.
5. Services, NJ (1987). Ministerie van Volksgezondheid en Senior Services van New Jersey. Ontleend aan nj.gov.