Magiê hydride: công thức, cấu trúc hóa học và tính chất
Magiê hydride (MgH 2 có công thức phân tử), là một hợp chất hóa học có hàm lượng trọng lượng trong hydro là 7, 66% và được tìm thấy trong tự nhiên dưới dạng chất rắn tinh thể màu trắng. Nó được sử dụng chủ yếu để điều chế các chất hóa học khác, mặc dù nó cũng đã được nghiên cứu như một phương tiện lưu trữ tiềm năng cho hydro.
Nó thuộc họ hydrua muối (hoặc ion), được xác định bởi một ion H tích điện âm. Các hydrua này được coi là những chất được hình thành từ các kim loại kiềm và kim loại kiềm thổ, nhưng trong trường hợp magiê (và beryllium) có liên kết cộng hóa trị, ngoài ra còn có các ion đặc trưng cho họ hydrua này.
Chuẩn bị và công thức
Magiê hydride được hình thành thông qua quá trình hydro hóa trực tiếp kim loại magiê (Mg) trong điều kiện áp suất và nhiệt độ cao (200 atm, 500 ºC) với chất xúc tác MgI 2 . Phản ứng của nó tương đương với:
Mg + H 2 → MgH 2
Việc sản xuất MgH 2 ở nhiệt độ thấp hơn cũng đã được nghiên cứu với việc sử dụng magiê tinh thể nano được sản xuất trong các nhà máy bóng.
Ngoài ra còn có các phương pháp điều chế khác, nhưng chúng đại diện cho các phản ứng hóa học phức tạp hơn (hydro hóa magiê-anthracene, phản ứng giữa diethylmagiê với hydrua nhôm-nhôm và là sản phẩm của phức hợp MgH 2 ).
Cấu trúc hóa học
Nguyên tử này có cấu trúc rutile ở nhiệt độ phòng, với cấu trúc tinh thể tứ giác. Nó có ít nhất bốn dạng khác nhau trong điều kiện áp suất cao, và cấu trúc không cân bằng hóa học với sự thiếu hụt hydro cũng đã được quan sát thấy; thứ hai chỉ xảy ra với số lượng rất nhỏ các hạt khi hình thành.
Như đã đề cập ở trên, các liên kết tồn tại trong cấu trúc rutile có tính chất cộng hóa trị một phần thay vì hoàn toàn là ion, như các hydrua muối khác.
Điều này khiến nguyên tử magiê có hình dạng hình cầu, bị ion hóa hoàn toàn, nhưng ion hydride của nó có cấu trúc kéo dài.
Tính chất hóa lý
Vật lý
- Ngoại hình: Tinh thể trắng.
- Khối lượng mol: 26.3209 g / mol
- Mật độ: 1, 45 g / cm3
- Điểm nóng chảy: 285 ° C bị phân hủy
- Độ hòa tan: Trong nước nó bị phân hủy.
Hợp chất hóa học này có trọng lượng phân tử 26.321 g / mol, mật độ 1, 45 g / cm3 và có nhiệt độ nóng chảy 327 ° C.
Hóa chất
- Tiền chất để sản xuất các chất hóa học khác.
- Lưu trữ hydro, như một nguồn năng lượng có thể.
- Chất khử trong tổng hợp hữu cơ.
Điều quan trọng là chỉ ra rằng hợp chất này không thể được đưa đến trạng thái lỏng, và khi nó được mang hoặc điểm nóng chảy của nó hoặc đưa vào nước, nó bị phân hủy. Hydride này không hòa tan trong ether.
Nó là một chất có tính phản ứng cao và rất dễ cháy, và cũng là chất gây cháy, nghĩa là nó có thể tự bốc cháy trong không khí. Ba điều kiện này thể hiện các rủi ro bảo mật sẽ được đề cập trong phần cuối của bài viết này.
Công dụng
Lưu trữ hydro
Magiê hydride phản ứng dễ dàng với nước để tạo thành khí hydro, thông qua các phản ứng hóa học sau đây:
MgH 2 + 2H 2 O → 2H 2 + Mg (OH) 2
Ngoài ra, chất này bị phân hủy ở nhiệt độ 287 ° C và áp suất 1 bar, như sau:
MgH 2 → Mg + H 2
Do đó, việc sử dụng magiê hydride làm phương tiện lưu trữ hydro để sử dụng và vận chuyển đã được đề xuất.
Quá trình hydro hóa và khử hydro của một lượng magiê kim loại được đề xuất như một cách vận chuyển lượng khí hydro, do đó đảm bảo rằng không có sự rò rỉ trong quá trình vận chuyển của nó và thể hiện một cách an toàn và thiết thực hơn so với việc sử dụng bình áp lực cao. .
Phản ứng hydro hóa và khử hydro
Mặc dù nhiệt độ phân hủy của magiê hydride đại diện cho một yếu tố hạn chế cho việc sử dụng nó, các phương pháp đã được đề xuất để cải thiện động học của các phản ứng hydro hóa và khử hydro. Một trong số đó là việc giảm kích thước của hạt magiê bằng việc sử dụng máy nghiền bi.
Bùn
Ngoài ra, một hệ thống đã được đề xuất tạo ra magiê hydrua dưới dạng bùn (dễ quản lý và an toàn hơn so với dạng bột hoặc các hạt rắn khác), sẽ được phản ứng với nước để thu được hydro mong muốn.
Người ta ước tính rằng bùn được đặt tên trước đó sẽ được hình thành bởi hydrua mịn, được bảo vệ bằng một lớp dầu bảo vệ và lơ lửng trong các chất phân tán để đảm bảo rằng nó duy trì tính nhất quán mà không làm mất vật liệu và không hấp thụ độ ẩm từ môi trường.
Bùn này có lợi thế là nó có thể được bơm qua bất kỳ máy bơm diesel, xăng hoặc nước thông thường nào, làm cho đề xuất kinh tế này cũng như hiệu quả.
Pin nhiên liệu
Magiê hydride có thể được thực hiện trong việc sản xuất pin nhiên liệu tiên tiến, và cũng trong việc tạo ra pin và lưu trữ năng lượng.
Giao thông vận tải và năng lượng
Trong những thập kỷ qua, việc sử dụng hydro làm nguồn năng lượng đã được xem xét. Việc thực hiện hydro làm nhiên liệu đòi hỏi phải tìm ra các hệ thống lưu trữ an toàn và có thể đảo ngược với công suất thể tích cao (lượng hydro trên một đơn vị thể tích) và khối lượng (lượng hydro trên một đơn vị khối lượng).
Kiềm hóa
Sự kiềm hóa (thêm các nhóm alkyl CH 3 R) của các hợp chất hữu cơ trong môi trường cơ bản, trong đó có sự hiện diện của các nhóm -OH ở nồng độ thấp và nhiệt độ cao hơn nhiệt độ nóng chảy của hydrua.
Trong trường hợp này, hydrogens có trong magiê hydride (MgH 2 ), liên kết với các nhóm -OH để tạo thành nước. Magiê tự do có thể nhận được halogen, thường đi kèm với phân tử alkyl được dự định liên kết với chuỗi hydrocarbon.
Rủi ro
Phản ứng với nước
Như đã đề cập, magiê hydride là một chất phản ứng rất dễ dàng và dữ dội với nước, thể hiện khả năng phát nổ ở nồng độ cao hơn.
Điều này xảy ra bởi vì phản ứng tỏa nhiệt của nó tạo ra đủ nhiệt để đốt cháy khí hydro được giải phóng trong phản ứng phân hủy, dẫn đến phản ứng dây chuyền khá nguy hiểm.
Nó là thảm họa
Magiê hydride cũng là pyrophoric, có nghĩa là nó có thể tự bốc cháy khi có không khí ẩm, tạo thành magiê oxit và nước.
Không nên hít vào ở trạng thái rắn hoặc tiếp xúc với hơi của nó: chất ở trạng thái tự nhiên và các sản phẩm phân hủy của nó có thể gây thương tích nghiêm trọng hoặc thậm chí tử vong.
Nó có thể tạo ra các giải pháp ăn mòn tiếp xúc với nước và ô nhiễm của nó. Tiếp xúc với da và mắt không được khuyến khích, và cũng tạo ra kích ứng trong màng nhầy.
Người ta đã không chứng minh rằng magiê hydride có thể tạo ra các ảnh hưởng sức khỏe mãn tính, như ung thư, dị tật sinh sản hoặc các hậu quả về thể chất hoặc tinh thần khác, nhưng nên sử dụng thiết bị bảo vệ khi xử lý nó (đặc biệt là mặt nạ phòng độc hoặc mặt nạ nhân vật bụi mịn).
Khi làm việc với chất này, độ ẩm của không khí phải được giữ ở mức thấp, dập tắt tất cả các nguồn gây cháy và vận chuyển nó trong trống hoặc các thùng chứa khác.
Luôn luôn làm việc với nồng độ lớn của chất này khi có thể tránh được, vì khả năng vụ nổ giảm đáng kể.
Nếu xảy ra sự cố tràn magiê hydride, khu vực làm việc nên được cách ly và bụi được thu gom bằng máy hút bụi. Bạn không bao giờ nên sử dụng phương pháp quét khô; làm tăng cơ hội phản ứng với hydride.
