Idruro di magnesio: formula, struttura chimica e proprietà
L'idruro di magnesio (MgH 2 di formula molecolare), è un composto chimico con un contenuto in peso di idrogeno del 7, 66% e si trova in natura come un solido cristallino bianco. È usato principalmente per preparare altre sostanze chimiche, sebbene sia stato anche studiato come potenziale mezzo di stoccaggio per l'idrogeno.
Appartiene alla famiglia di idruri salini (o ionici), quelli definiti da uno ione H caricato negativamente. Questi idruri sono considerati quelli che si formano dai metalli alcalini e dai metalli alcalino-terrosi, ma nel caso del magnesio (e del berillio) hanno legami covalenti, oltre a quelli ionici che caratterizzano questa famiglia di idruri.
Preparazione e formula
L'idruro di magnesio si forma attraverso l'idrogenazione diretta del metallo di magnesio (Mg) in condizioni di alta pressione e temperatura (200 atmosfere, 500 ºC) con un catalizzatore MgI 2 . La sua reazione è equivalente a:
Mg + H 2 → MgH 2
La produzione di MgH 2 a temperature più basse è stata studiata anche con l'uso di magnesio nanocristallino prodotto in mulini a palle.
Esistono anche altri metodi di preparazione, ma rappresentano reazioni chimiche più complesse (idrogenazione di magnesio-antracene, la reazione tra dietilstagno e idruro di litio-alluminio e come prodotto di un complesso di MgH 2 ).
Struttura chimica
Questo atomo ha una struttura di rutilo a temperatura ambiente, con una struttura cristallina tetragonale. Ha almeno quattro diverse forme in condizioni di alta pressione, ed è stata osservata anche una struttura non stechiometrica con carenze di idrogeno; quest'ultimo si verifica solo in quantità molto piccole di particelle quando formato.
Come menzionato sopra, i legami che esistono nella struttura del rutilo hanno proprietà parzialmente covalenti invece di essere puramente ionici, come altri idruri salini.
Ciò fa sì che l'atomo di magnesio abbia una forma sferica, totalmente ionizzata, ma il suo ione idruro ha una struttura allungata.
Proprietà fisiche e chimiche
fisico
- Aspetto: cristalli bianchi.
- Massa molare: 26.3209 g / mol
- Densità: 1, 45 g / cm3
- Punto di fusione: 285 ° C si decompone
- Solubilità: in acqua si decompone.
Questo composto chimico ha un peso molecolare di 26.321 g / mol, una densità di 1, 45 g / cm3 e ha un punto di fusione di 327 ° C.
chimico
- Precursore per la fabbricazione di altre sostanze chimiche.
- Stoccaggio dell'idrogeno, come possibile fonte di energia.
- Agente riducente in sintesi organica.
È importante indicare che questo composto non può essere portato allo stato liquido, e quando viene trasportato o il suo punto di fusione o introdotto nell'acqua, si decompone. Questo idruro è insolubile in etere.
È una sostanza altamente reattiva e altamente infiammabile, ed è anche piroforica, cioè può accendersi spontaneamente nell'aria. Queste tre condizioni rappresentano i rischi per la sicurezza che verranno citati nell'ultima sezione di questo articolo.
applicazioni
Stoccaggio dell'idrogeno
L'idruro di magnesio reagisce facilmente con l'acqua formando gas idrogeno, attraverso la seguente reazione chimica:
MgH 2 + 2H 2 O → 2H 2 + Mg (OH) 2
Inoltre, questa sostanza si decompone alla temperatura di 287 ° C e alla pressione di 1 bar, come segue:
MgH 2 → Mg + H 2
Pertanto, è stato proposto l'uso di magnesio idruro come mezzo di stoccaggio dell'idrogeno per il suo uso e il suo trasporto.
L'idrogenazione e la deidrogenazione di una quantità di magnesio metallico è proposta come mezzo per trasportare quantità di idrogeno gassoso, assicurando così che non vi siano perdite nel suo trasporto e rappresentino un modo più sicuro e più pratico rispetto all'uso di recipienti ad alta pressione. .
Reazioni di idrogenazione e deidrogenazione
Sebbene la temperatura di decomposizione dell'idruro di magnesio rappresenti un fattore limitante per il suo utilizzo, sono stati proposti metodi per migliorare la cinetica delle reazioni di idrogenazione e deidrogenazione. Uno di questi è con la riduzione della dimensione della particella di magnesio con l'uso di mulini a palle.
fango
Inoltre, è stato proposto un sistema che produce un idruro di magnesio sotto forma di fango (più maneggevole e sicuro di quello in polvere o altre particelle solide), che verrebbe fatto reagire con acqua per ottenere l'idrogeno desiderato.
Si stima che il fango precedentemente denominato sarebbe formato da un idruro finemente macinato, protetto con uno strato protettivo di oli e sospeso in agenti disperdenti per garantire che mantenga la sua consistenza senza perdita di materiale e che non assorba l'umidità dall'ambiente.
Questo fango ha il vantaggio di poter essere pompato attraverso qualsiasi comune diesel, benzina o pompa dell'acqua, rendendo questa proposta economica oltre che efficiente.
Celle a combustibile
L'idruro di magnesio può essere implementato nella produzione di celle a combustibile avanzate e anche nella creazione di batterie e accumulo di energia.
Trasporto ed energia
Negli ultimi decenni è stato preso in considerazione l'uso dell'idrogeno come fonte di energia. L'implementazione dell'idrogeno come combustibile richiede la ricerca di sistemi di stoccaggio sicuri e reversibili con elevate capacità volumetriche (quantità di idrogeno per unità di volume) e gravimetrica (quantità di idrogeno per unità di massa).
alchilazione
Alchilazione (aggiungere gruppi alchilici CH 3 R) di composti organici in terreno basico, dove vi è presenza di gruppi -OH in basse concentrazioni e temperature superiori al punto di fusione dell'idruro.
In questo caso gli idrogeni presenti nell'idruro di magnesio (MgH 2 ) si legano ai gruppi -OH per formare acqua. Il magnesio libero può ricevere l'alogeno, che spesso accompagna la molecola di alchile che è destinata a legarsi alla catena di idrocarburi.
rischi
Reazione con acqua
Come già accennato, l'idruro di magnesio è una sostanza che reagisce molto facilmente e violentemente con l'acqua, presentando la capacità di esplodere in concentrazioni più elevate.
Ciò si verifica perché la sua reazione esotermica genera abbastanza calore per accendere il gas idrogeno rilasciato nella reazione di decomposizione, portando a una reazione a catena piuttosto pericolosa.
È piroforico
L'idruro di magnesio è anche piroforico, il che significa che può accendersi spontaneamente in presenza di aria umida, formando ossido di magnesio e acqua.
Si sconsiglia l'inalazione allo stato solido o il contatto con i suoi vapori: la sostanza nel suo stato naturale e i suoi prodotti di decomposizione possono provocare lesioni gravi o addirittura la morte.
Può generare soluzioni corrosive a contatto con l'acqua e la sua contaminazione. Il contatto con la pelle e gli occhi non è raccomandato e genera anche irritazione nelle mucose.
Non è stato dimostrato che l'idruro di magnesio possa generare effetti cronici sulla salute, come cancro, difetti riproduttivi o altre conseguenze fisiche o mentali, ma si raccomanda l'uso di dispositivi di protezione durante la manipolazione (in particolare respiratori o maschere, per carattere di polvere fine).
Quando si lavora con questa sostanza, l'umidità dell'aria deve essere mantenuta a livelli bassi, spegnere tutte le fonti di ignizione e trasportarla in fusti o altri contenitori.
Lavorare sempre con grandi concentrazioni di questa sostanza quando può essere evitata, poiché la possibilità di un'esplosione diminuisce significativamente.
Se si verifica una fuoriuscita di idruro di magnesio, l'area di lavoro deve essere isolata e la polvere raccolta con un aspirapolvere. Non si dovrebbe mai usare il metodo di spazzamento a secco; aumenta le possibilità di una reazione con idruro.
