แมกนีเซียมไฮไดรด์: สูตรโครงสร้างทางเคมีและคุณสมบัติ
แมกนีเซียมไฮไดรด์ (MgH 2 ของสูตรโมเลกุล) เป็นสารประกอบทางเคมีที่มีปริมาณน้ำหนักในไฮโดรเจน 7.66% และพบได้ในธรรมชาติในรูปของผลึกของแข็งสีขาว ส่วนใหญ่จะใช้เพื่อเตรียมสารเคมีอื่น ๆ แม้ว่ามันจะได้รับการศึกษาเป็นสื่อกลางในการจัดเก็บที่มีศักยภาพสำหรับไฮโดรเจน
มันเป็นของครอบครัวของ hydrides น้ำเกลือ (หรือไอออนิก) ที่กำหนดโดย H-ion ประจุลบ ไฮไดรด์เหล่านี้ถือว่าเป็นสิ่งที่เกิดขึ้นจากโลหะอัลคาไลและโลหะอัลคาไลน์เอิร์ท แต่ในกรณีของแมกนีเซียม (และเบริลเลียม) มีพันธะโควาเลนต์นอกเหนือจากอิออนิกที่มีลักษณะของตระกูลไฮไดรด์
การเตรียมและสูตร
แมกนีเซียมไฮไดรด์เกิดขึ้นจากการไฮโดรจิเนชันโดยตรงของโลหะแมกนีเซียม (Mg) ภายใต้สภาวะความดันและอุณหภูมิสูง (200 บรรยากาศ 500 ºC) ด้วยตัวเร่งปฏิกิริยา MgI 2 ปฏิกิริยาของมันจะเทียบเท่ากับ:
Mg + H 2 → MgH 2
การผลิต MgH 2 ที่อุณหภูมิต่ำกว่านั้นยังได้รับการตรวจสอบด้วยการใช้แมกนีเซียม nanocrystalline ที่ผลิตในโรงสีลูก
นอกจากนี้ยังมีวิธีการเตรียมอื่น ๆ แต่เป็นตัวแทนของปฏิกิริยาทางเคมีที่ซับซ้อนมากขึ้น (การไฮโดรจิเนชันของแมกนีเซียม - แอนทราซีน, ปฏิกิริยาระหว่างไดเอทิลแมกนีเซียมกับลิเธียม - อะลูมิเนียมไฮไดรด์และเป็นผลิตภัณฑ์ของ MgH 2 คอมเพล็กซ์)
โครงสร้างทางเคมี
อะตอมนี้มีโครงสร้างของ rutile ที่อุณหภูมิห้องโดยมีโครงสร้างผลึก tetragonal มันมีรูปแบบที่แตกต่างกันอย่างน้อยสี่รูปแบบภายใต้สภาวะความดันสูงและมีการตรวจสอบโครงสร้างที่ไม่ใช่ปริมาณสารสัมพันธ์กับการขาดไฮโดรเจน หลังเกิดขึ้นในอนุภาคที่มีขนาดเล็กมากเท่านั้นเมื่อเกิดขึ้น
ดังกล่าวข้างต้นพันธะที่มีอยู่ในโครงสร้าง rutile มีคุณสมบัติโควาเลนต์บางส่วนแทนที่จะเป็นไอออนิกล้วนๆเช่นเดียวกับเกลือไฮไดรด์อื่น ๆ
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
มันเป็นสิ่งสำคัญที่จะระบุว่าสารนี้ไม่สามารถนำไปสู่สถานะของเหลวและเมื่อมันถูกดำเนินการหรือจุดหลอมเหลวของมันหรือนำไปสู่น้ำมันจะสลายตัว ไฮไดรด์นี้ไม่ละลายในอีเธอร์
มันเป็นสารที่มีปฏิกิริยาสูงและไวไฟสูงและเป็น pyrophoric นั่นคือมันสามารถติดไฟได้เองในอากาศ เงื่อนไขทั้งสามนี้แสดงถึงความเสี่ยงด้านความปลอดภัยที่จะกล่าวถึงในส่วนสุดท้ายของบทความนี้
การใช้งาน
การจัดเก็บไฮโดรเจน
แมกนีเซียมไฮไดรด์ทำปฏิกิริยากับน้ำได้ง่ายเพื่อสร้างก๊าซไฮโดรเจนผ่านปฏิกิริยาทางเคมีต่อไปนี้:
MgH 2 + 2H 2 O → 2H 2 + Mg (OH) 2
นอกจากนี้สารนี้สลายตัวที่อุณหภูมิ 287 ° C และความดัน 1 บาร์ดังต่อไปนี้:
MgH 2 → Mg + H 2
ดังนั้นจึงมีการนำเสนอการใช้แมกนีเซียมไฮไดรด์เป็นสื่อกลางในการจัดเก็บไฮโดรเจนสำหรับการใช้งานและการขนส่ง
การไฮโดรจิเนชันและดีไฮโดรจีเนชันของแมกนีเซียมโลหะจำนวนหนึ่งถูกนำเสนอเป็นวิธีการขนส่งปริมาณของก๊าซไฮโดรเจนดังนั้นจึงมั่นใจได้ว่าไม่มีการรั่วไหลในการขนส่งและเป็นวิธีที่ปลอดภัยกว่าและใช้งานได้จริงมากกว่าการใช้ภาชนะแรงดันสูง .
ปฏิกิริยาไฮโดรจิเนชันและดีไฮโดรจีเนชัน
แม้ว่าอุณหภูมิการสลายตัวของแมกนีเซียมไฮไดรด์จะเป็นปัจจัย จำกัด สำหรับการใช้งาน แต่ก็มีการเสนอวิธีการปรับปรุงจลนพลศาสตร์ของปฏิกิริยาไฮโดรจิเนชันและดีไฮโดรจีเนชัน หนึ่งในนั้นคือการลดขนาดของอนุภาคแมกนีเซียมด้วยการใช้โรงสีลูก
โคลน
นอกจากนี้ยังมีการเสนอระบบที่ผลิตแมกนีเซียมไฮไดรด์ในรูปแบบของโคลน (สามารถจัดการได้และปลอดภัยกว่าในผงหรืออนุภาคของแข็งอื่น ๆ ) ซึ่งจะทำปฏิกิริยากับน้ำเพื่อให้ได้ไฮโดรเจนที่ต้องการ
มันเป็นที่คาดกันว่าโคลนที่ตั้งชื่อไว้ก่อนหน้านี้จะถูกสร้างขึ้นโดยไฮไดรด์บนพื้นดินอย่างประณีตป้องกันด้วยชั้นป้องกันของน้ำมันและแขวนลอยในสารกระจายเพื่อให้แน่ใจว่ามันจะคงความมั่นคงโดยไม่สูญเสียวัสดุและไม่ดูดซับความชื้นจากสิ่งแวดล้อม
กากตะกอนนี้มีข้อได้เปรียบที่สามารถสูบฉีดผ่านดีเซลทั่วไปน้ำมันเบนซินหรือปั๊มน้ำทำให้ข้อเสนอทางเศรษฐกิจเช่นนี้มีประสิทธิภาพ
เซลล์เชื้อเพลิง
แมกนีเซียมไฮไดรด์สามารถนำไปใช้ในการผลิตเซลล์เชื้อเพลิงขั้นสูงและในการสร้างแบตเตอรี่และการจัดเก็บพลังงาน
การขนส่งและพลังงาน
ในช่วงทศวรรษที่ผ่านมาการใช้ไฮโดรเจนเป็นแหล่งพลังงานได้รับการพิจารณา การนำไฮโดรเจนมาใช้เป็นเชื้อเพลิงจะต้องค้นหาระบบจัดเก็บข้อมูลที่ปลอดภัยและสามารถย้อนกลับได้ด้วยความจุปริมาตรสูง (ปริมาณไฮโดรเจนต่อหน่วยปริมาตร) และ gravimetric (ปริมาณไฮโดรเจนต่อหน่วยมวล)
alkylation
Alkylation (เพิ่ม CH 3 R กลุ่มอัลคิล) ของสารอินทรีย์ในสื่อพื้นฐานซึ่งมีกลุ่ม -OH ในระดับความเข้มข้นต่ำและอุณหภูมิสูงกว่าจุดหลอมเหลวของไฮไดรด์
ในกรณีนี้ไฮโดรเจนจะอยู่ในแมกนีเซียมไฮไดรด์ (MgH 2 ) ให้จับกับกลุ่ม -OH เพื่อสร้างน้ำ แมกนีเซียมฟรีสามารถรับฮาโลเจนซึ่งมักจะมาพร้อมกับโมเลกุลอัลคิลที่มีจุดประสงค์เพื่อผูกกับโซ่ไฮโดรคาร์บอน
ความเสี่ยง
ปฏิกิริยากับน้ำ
ดังที่ได้กล่าวไปแล้วแมกนีเซียมไฮไดรด์เป็นสารที่ทำปฏิกิริยากับน้ำได้ง่ายและรุนแรงซึ่งจะแสดงความสามารถในการระเบิดในระดับความเข้มข้นที่สูงขึ้น
สิ่งนี้เกิดขึ้นเพราะปฏิกิริยาคายความร้อนสร้างความร้อนมากพอที่จะจุดแก๊สไฮโดรเจนที่ปล่อยออกมาในปฏิกิริยาการสลายตัวซึ่งนำไปสู่ปฏิกิริยาลูกโซ่ที่ค่อนข้างอันตราย
มันเป็น pyrophoric
แมกนีเซียมไฮไดรด์นั้นยังเป็น pyrophoric ซึ่งหมายความว่ามันสามารถจุดติดไฟได้เองในที่ที่มีอากาศชื้นทำให้เกิดแมกนีเซียมออกไซด์และน้ำ
ไม่แนะนำให้หายใจเข้าไปในสถานะของแข็งหรือสัมผัสกับไอระเหยของสาร: สารในสภาวะธรรมชาติและผลิตภัณฑ์จากการสลายตัวของมันสามารถทำให้เกิดการบาดเจ็บสาหัสหรือเสียชีวิตได้
มันสามารถสร้างสารละลายที่มีฤทธิ์กัดกร่อนเมื่อสัมผัสกับน้ำและการปนเปื้อนของมัน ไม่แนะนำให้สัมผัสกับผิวหนังและดวงตาและยังทำให้เกิดการระคายเคืองในเยื่อเมือก
มันไม่ได้แสดงให้เห็นว่าแมกนีเซียมไฮไดรด์สามารถสร้างผลกระทบต่อสุขภาพเรื้อรังเช่นโรคมะเร็งข้อบกพร่องการสืบพันธุ์หรือผลกระทบทางร่างกายหรือจิตใจอื่น ๆ แต่ขอแนะนำให้ใช้อุปกรณ์ป้องกันเมื่อจัดการกับมัน (โดยเฉพาะเครื่องช่วยหายใจหรือมาสก์ ตัวอักษรฝุ่นละเอียด)
เมื่อทำงานกับสารนี้ความชื้นของอากาศจะต้องอยู่ในระดับต่ำดับแหล่งกำเนิดประกายไฟทั้งหมดและส่งไปยังถังหรือภาชนะบรรจุอื่น ๆ
ทำงานกับสารนี้ในปริมาณที่เข้มข้นเมื่อสามารถหลีกเลี่ยงได้เนื่องจากความเป็นไปได้ของการระเบิดจะลดลงอย่างมีนัยสำคัญ
หากเกิดการรั่วไหลของแมกนีเซียมไฮดรอกไซด์ควรแยกพื้นที่ทำงานและฝุ่นที่เก็บรวบรวมด้วยเครื่องดูดฝุ่น คุณไม่ควรใช้วิธีการกวาดแบบแห้ง เพิ่มโอกาสในการเกิดปฏิกิริยากับไฮไดรด์
