สูตรแมกนีเซียมไฮไดรด์โครงสร้างทางเคมีและคุณสมบัติ

แมกนีเซียมไฮไดรด์ (แมสซาชู₂ ของสูตรโมเลกุล) เป็นสารประกอบทางเคมีที่มีปริมาณไฮโดรเจน 7.66% และพบได้ในธรรมชาติในรูปของผลึกแข็งสีขาว ส่วนใหญ่จะใช้ในการเตรียมสารเคมีอื่น ๆ แม้ว่ามันจะได้รับการศึกษาเป็นสื่อกลางในการจัดเก็บที่มีศักยภาพสำหรับไฮโดรเจน.

มันเป็นของครอบครัวของ hydrides น้ำเกลือ (หรือไอออนิก) ที่กำหนดโดย H-ion ประจุลบ ไฮไดรด์เหล่านี้ถือว่าเป็นสารที่เกิดขึ้นจากโลหะอัลคาไลน์และโลหะอัลคาไลน์เอิร์ท แต่ในกรณีของแมกนีเซียม (และเบริลเลียม) มีพันธะโควาเลนต์นอกเหนือจากไอออนิกที่มีลักษณะของตระกูลไฮไดรด์.

ดัชนี

• 1 การเตรียมการและสูตร
• 2 โครงสร้างทางเคมี
• 3 คุณสมบัติทางกายภาพและทางเคมี
  • 3.1 ทางกายภาพ
  • 3.2 เคมีภัณฑ์
• 4 ใช้
  • 4.1 การจัดเก็บไฮโดรเจน
  • 4.2 ปฏิกิริยาของไฮโดรจิเนชันและดีไฮโดรจีเนชัน
  • 4.3 โคลน
  • 4.4 เซลล์เชื้อเพลิง
  • 4.5 การขนส่งและพลังงาน
  • 4.6 Alkylation
• 5 ความเสี่ยง
  • 5.1 ปฏิกิริยากับน้ำ
  • 5.2 เป็น pyrophoric
• 6 อ้างอิง

การเตรียมและสูตร

แมกนีเซียมไฮไดรด์เกิดขึ้นจากการไฮโดรจิเนชันโดยตรงของโลหะแมกนีเซียม (Mg) ภายใต้สภาวะความดันและอุณหภูมิสูง (200 บรรยากาศ 500 500C) ด้วยตัวเร่งปฏิกิริยา MgI₂. ปฏิกิริยาของมันจะเทียบเท่ากับ:

Mg + H₂→ MgH₂

การผลิต MgH ก็ถูกตรวจสอบเช่นกัน₂ ที่อุณหภูมิต่ำกว่าด้วยการใช้แมกนีเซียม nanocrystalline ผลิตในโรงงานผลิตลูก.

นอกจากนี้ยังมีวิธีการเตรียมอื่น ๆ แต่พวกเขาเป็นตัวแทนของปฏิกิริยาทางเคมีที่ซับซ้อนมากขึ้น (การไฮโดรจิเนชันของแมกนีเซียม - แอนทราซีน, ปฏิกิริยาระหว่างไดเอทิลแมกนีเซียมกับลิเธียม - อลูมิเนียมไฮไดรด์และเป็นผลิตภัณฑ์ของ MgH คอมเพล็กซ์₂).

โครงสร้างทางเคมี

อะตอมนี้มีโครงสร้างของ rutile ที่อุณหภูมิห้องโดยมีโครงสร้างผลึก tetragonal มันมีรูปแบบที่แตกต่างกันอย่างน้อยสี่รูปแบบภายใต้สภาวะความดันสูงและยังมีการสังเกตโครงสร้างที่ไม่ใช่ปริมาณสารสัมพันธ์กับการขาดไฮโดรเจน หลังเกิดขึ้นในอนุภาคที่มีขนาดเล็กมากเท่านั้นเมื่อเกิดขึ้น.

ดังกล่าวข้างต้นพันธะที่มีอยู่ในโครงสร้าง rutile มีคุณสมบัติโควาเลนต์บางส่วนแทนที่จะเป็นไอออนิกล้วนๆเช่นเดียวกับเกลือไฮไดรด์อื่น.

สิ่งนี้ทำให้อะตอมแมกนีเซียมมีรูปร่างเป็นทรงกลมซึ่งเป็นไอออนโดยสิ้นเชิง แต่ไฮไดรด์ไอออนจะมีโครงสร้างที่ยืดออก.

คุณสมบัติทางกายภาพและทางเคมี

กายภาพ

• ลักษณะ: คริสตัลสีขาว.
• มวลกราม: 26.3209 กรัม / โมล
• ความหนาแน่น: 1.45 g / cm³
• จุดหลอมเหลว: 285 ° C สลายตัว
• การละลาย: ในน้ำจะสลายตัว.

สารประกอบทางเคมีนี้มีน้ำหนักโมเลกุล 26,321 g / mol ความหนาแน่น 1.45 g / cm3 และมีจุดหลอมเหลว 327 ° C.

สารเคมี

• สารตั้งต้นสำหรับการผลิตสารเคมีอื่น ๆ.
• การจัดเก็บไฮโดรเจนเป็นแหล่งพลังงานที่เป็นไปได้.
• ตัวรีดิวซ์ในการสังเคราะห์สารอินทรีย์.

มันเป็นสิ่งสำคัญที่จะระบุว่าสารนี้ไม่สามารถนำไปสู่สถานะของเหลวและเมื่อมันถูกดำเนินการหรือจุดหลอมเหลวของมันหรือนำมาลงในน้ำมันสลายตัว ไฮไดรด์นี้ไม่ละลายในอีเธอร์.

มันเป็นสารที่มีปฏิกิริยาสูงและไวไฟสูงและเป็น pyrophoric นั่นคือมันสามารถติดไฟได้เองในอากาศ เงื่อนไขทั้งสามนี้แสดงถึงความเสี่ยงด้านความปลอดภัยที่จะกล่าวถึงในส่วนสุดท้ายของบทความนี้. 

การใช้งาน

การจัดเก็บไฮโดรเจน

แมกนีเซียมไฮไดรด์ทำปฏิกิริยากับน้ำได้ง่ายเพื่อสร้างก๊าซไฮโดรเจนผ่านปฏิกิริยาทางเคมีต่อไปนี้:

MGH₂+2H₂O → 2H₂+Mg (OH)₂

นอกจากนี้สารนี้สลายตัวที่อุณหภูมิ 287 ° C และความดัน 1 บาร์ดังต่อไปนี้:

MGH₂→ Mg + H₂

ดังนั้นจึงมีการนำเสนอการใช้แมกนีเซียมไฮไดรด์เป็นสื่อกลางในการจัดเก็บไฮโดรเจนสำหรับการใช้งานและการขนส่ง.

การไฮโดรจิเนชันและดีไฮโดรจีเนชันของแมกนีเซียมโลหะจำนวนหนึ่งถูกเสนอเป็นวิธีการขนส่งปริมาณก๊าซไฮโดรเจนดังนั้นจึงมั่นใจได้ว่าไม่มีการรั่วไหลของการขนส่งและเป็นวิธีที่ปลอดภัยกว่าและใช้งานได้จริงมากกว่าการใช้ภาชนะแรงดันสูง.

ปฏิกิริยาไฮโดรจิเนชันและดีไฮโดรจีเนชัน

ถึงแม้ว่าอุณหภูมิการสลายตัวของแมกนีเซียมไฮไดรด์จะเป็นปัจจัย จำกัด สำหรับการใช้งาน แต่มีการเสนอวิธีในการปรับปรุงจลนพลศาสตร์ของปฏิกิริยาไฮโดรจิเนชันและปฏิกิริยาไฮโดรจีเนชัน หนึ่งในนั้นคือการลดขนาดของอนุภาคแมกนีเซียมด้วยการใช้โรงสีลูก. 

โคลน

นอกจากนี้ยังมีการนำเสนอระบบที่ผลิตแมกนีเซียมไฮไดรด์ในรูปแบบของโคลน (สามารถจัดการได้และปลอดภัยกว่าในผงหรืออนุภาคของแข็งอื่น ๆ ) ซึ่งจะทำปฏิกิริยากับน้ำเพื่อให้ได้ไฮโดรเจนที่ต้องการ.

มีการประมาณว่ากากตะกอนที่มีชื่อก่อนหน้านี้จะเกิดขึ้นจาก hydride พื้นดินอย่างประณีตได้รับการปกป้องด้วยชั้นป้องกันของน้ำมันและแขวนอยู่ในสารกระจายเพื่อให้แน่ใจว่ามันจะคงความมั่นคงโดยไม่สูญเสียวัสดุและไม่ดูดซับความชื้นจากสิ่งแวดล้อม.

กากตะกอนนี้มีข้อได้เปรียบที่สามารถสูบฉีดผ่านดีเซลทั่วไปน้ำมันเบนซินหรือปั๊มน้ำทำให้ข้อเสนอทางเศรษฐกิจเช่นนี้มีประสิทธิภาพ.

เซลล์เชื้อเพลิง

แมกนีเซียมไฮไดรด์สามารถนำไปใช้ในการผลิตเซลล์เชื้อเพลิงขั้นสูงและในการสร้างแบตเตอรี่และการจัดเก็บพลังงาน. 

การขนส่งและพลังงาน

ในช่วงทศวรรษที่ผ่านมาการใช้ไฮโดรเจนเป็นแหล่งพลังงานได้รับการพิจารณา การปลูกถ่ายไฮโดรเจนเป็นเชื้อเพลิงต้องการการค้นหาระบบจัดเก็บข้อมูลที่ปลอดภัยและสามารถย้อนกลับได้และมีความจุปริมาตรสูง (จำนวนไฮโดรเจนต่อหน่วยปริมาตร) และ gravimetric (ปริมาณไฮโดรเจนต่อหน่วยมวล).

alkylation

Alkylation (เพิ่มกลุ่ม CH alkyl₃R) สารประกอบอินทรีย์ในตัวกลางพื้นฐานที่มีกลุ่ม -OH ที่ความเข้มข้นต่ำและอุณหภูมิสูงกว่าจุดหลอมเหลวของไฮไดรด์.

ในกรณีนี้ไฮโดรเจนมีอยู่ในแมกนีเซียมไฮไดรด์ (MgH)₂) เข้าร่วมกลุ่ม -OH สร้างน้ำ แมกนีเซียมฟรีสามารถรับฮาโลเจนซึ่งมักจะมาพร้อมกับโมเลกุลอัลคิลที่มีจุดประสงค์เพื่อผูกกับโซ่ไฮโดรคาร์บอน.

ความเสี่ยง

ปฎิกิริยากับน้ำ

ดังที่ได้กล่าวไปแล้วแมกนีเซียมไฮไดรด์เป็นสารที่ทำปฏิกิริยากับน้ำได้ง่ายและรุนแรงมากซึ่งแสดงถึงความสามารถในการระเบิดที่ความเข้มข้นสูงกว่า.

สิ่งนี้เกิดขึ้นเพราะปฏิกิริยาคายความร้อนจะสร้างความร้อนมากพอที่จะจุดแก๊สไฮโดรเจนที่ปล่อยออกมาในปฏิกิริยาการสลายตัวซึ่งนำไปสู่ปฏิกิริยาลูกโซ่ที่ค่อนข้างอันตราย.

มันเป็น pyrophoric

แมกนีเซียมไฮไดรด์ยังเป็นไพโรฟอริกซึ่งหมายความว่ามันสามารถจุดติดไฟได้เองในที่ที่มีอากาศชื้นและทำให้เกิดแมกนีเซียมออกไซด์และน้ำ.

ไม่แนะนำให้สูดดมในสถานะของแข็งหรือเมื่อสัมผัสกับไอของสาร: สารในสภาวะธรรมชาติและผลิตภัณฑ์จากการสลายตัวสามารถทำให้เกิดการบาดเจ็บสาหัสหรือเสียชีวิตได้.

มันสามารถสร้างสารละลายที่มีฤทธิ์กัดกร่อนเมื่อสัมผัสกับน้ำและการปนเปื้อนของมัน ไม่แนะนำให้สัมผัสกับผิวหนังและดวงตาและยังทำให้เกิดการระคายเคืองในเยื่อเมือก.

มันไม่ได้แสดงให้เห็นว่าแมกนีเซียมไฮไดรด์สามารถสร้างผลกระทบต่อสุขภาพเรื้อรังเช่นโรคมะเร็งข้อบกพร่องการสืบพันธุ์หรือผลกระทบทางร่างกายหรือจิตใจอื่น ๆ แต่ขอแนะนำให้ใช้อุปกรณ์ป้องกันเมื่อจัดการกับมัน (โดยเฉพาะเครื่องช่วยหายใจหรือมาสก์ ตัวละครฝุ่นละเอียด).

เมื่อทำงานกับสารนี้ความชื้นของอากาศจะต้องอยู่ในระดับต่ำดับแหล่งกำเนิดประกายไฟทั้งหมดและส่งไปยังถังหรือภาชนะบรรจุอื่น.

คุณควรหลีกเลี่ยงการทำงานกับสารนี้ในปริมาณมากเมื่อสามารถหลีกเลี่ยงได้เนื่องจากความเป็นไปได้ของการระเบิดจะลดลงอย่างมีนัยสำคัญ.

หากเกิดการรั่วไหลของแมกนีเซียมไฮดรอกไซด์ควรแยกพื้นที่ทำงานและฝุ่นที่เก็บรวบรวมด้วยเครื่องดูดฝุ่น คุณไม่ควรใช้วิธีการกวาดแบบแห้ง เพิ่มโอกาสในการเกิดปฏิกิริยากับไฮไดรด์. 

การอ้างอิง

1. Zumdahl, S. S. (1998) สารานุกรมบริแทนนิกา นำมาจาก britannica.com.
2. PubChem (2005) PubChem ฐานข้อมูลเคมีแบบเปิด นำมาจาก pubchem.ncbi.nlm.nih.gov.
3. ไฮโดรเจนปลอดภัย, L. (2006) สภาคองเกรสกรีนคาร์ นำมาจาก greencarcongress.com.
4. เคมีภัณฑ์, C. (n.d. ) จี้เคมี นำมาจาก cameochemicals.noaa.gov.
5. บริการ, N. J. (1987) กรมสุขภาพและบริการอาวุโสแห่งรัฐนิวเจอร์ซีย์ นำมาจาก nj.gov.