פלואוריד מגנזיום הוא מלח אורגני שיש חסרת צבע נוסחא הכימי MgF₂. הוא נמצא בטבע כסלייט המינרלי. יש לו נקודת התכה גבוהה מאוד ומסיסים במים בצורה גרועה מאוד. זה יחסית אינרטי, מכיוון, למשל, התגובה שלו עם חומצה גופרתית היא איטית ולא שלמה והיא מתנגדת להידרוליזה עם חומצה פלואורית (HF) עד 750 מעלות צלזיוס.
זהו מתחם שמושפע מעט מקרינת אנרגיה גבוהה. בנוסף, הוא בעל מדד שבירה נמוך, עמידות בפני קורוזיה גבוהה, יציבות תרמית טובה, קשיות משמעותית, ומאפייני העברת אור (UV אולטרה סגול) ו- IR (אינפרא אדום) מעולה.
תכונות אלה הופכות אותו לביצועים מצוינים בתחום האופטי, ויתרה מכך, הופכים אותו לחומר שימושי כתומך בזרז, אלמנט ציפוי, עדשות אנטי רפלקטיביות וחלונות להעברת אינפרא אדום, בין יישומים אחרים.
מִבְנֶה
המבנה הגבישי של מגנזיום פלואוריד מוכן כימית הוא מאותו סוג של המינרל הסלייט הטבעי. זה מתגבש בכיתה הדיפירמית של המערכת הטטרגון.
יוני המגנזיום (Mg2 +) ממוקמים בחלל הסריג הטטרגונאלי, ואילו יוני פלואוריד (F-) נמצאים באותו מישור כמו ומשויכים לשכניהם Mg2 +, מקובצים בזוגות זה עם זה. המרחק בין יוני Mg2 + ו- F- הוא 2.07 Å (אנגסטרומים) (2.07 × 10-10m).
הקואורדינציה הגבישית שלו היא 6: 3. משמעות הדבר היא שכל יון Mg2 + מוקף 6 יוני F- וכל יון F, בתורו, מוקף על ידי 3 Mg2 + 5 יוני.
המבנה דומה מאוד לזה של הרוטיל המינרלי, שהוא הצורה הטבעית של דו תחמוצת טיטניום (TiO2), איתה יש לו מספר תכונות קריסטלוגרפיות משותפות.
במהלך ייצורו, פלואוריד מגנזיום אינו משקע כמוצק אמורפי, מכיוון ויוני Mg2 + ו- F אינם נוטים ליצור קומפלקסים פולימריים בתמיסה.
נכסים
מעניין לציין שמגנזיום פלואוריד הוא חומר מוליך. זהו מאפיין אופטי המאפשר לפצל קרן אור מקרית לשתי קרניים נפרדות המתפשטות במהירויות ואורכי גל שונים.
חלק ממאפייניו מוצגים בלוח 1.
טבלה 1. תכונות פיזיקליות וכימיות של מגנזיום פלואוריד.
סינתזה והכנה
ניתן להכין אותו בדרכים שונות, כולל את הדברים הבאים:
1-דרך התגובה בין תחמוצת מגנזיום (MgO) או מגנזיום קרבונט (MgCO3) עם חומצה הידרפלואורית (HF) 2:
MgO + 2 HF MgF2 + H2O
MgCO3 + 2 HF MgF2 + CO2 + H2O
תגובת 2 על ידי מגנזיום קרבונט ו אמוניום בפלואוריד (NH4HF2), שניהם במצב מוצק, בטמפרטורה שבין 150 ל -400 מעלות צלזיוס:
150-400 מעלות צלזיוס
MgCO3 + NH4HF2 MgF2 + NH3 + CO2 + H2O
3-חימום תמיסה מימית של מגנזיום קרבונט ו אמוניום פלואוריד (NH4F) בנוכחות אמוניום הידרוקסיד (NH4OH) בטמפרטורה של 60 מעלות צלזיוס:
60 מעלות צלזיוס, NH4OH
MgCO3 + 3 NH4F NH4MgF3 + (NH4) 2CO3
המשקעים המתקבלים של פלואוריד מגנזיום אמוניום (NH4MgF3) מחוממים אז על 620 מעלות צלזיוס למשך 4 שעות לקבלת פלואוריד מגנזיום:
620 מעלות צלזיוס
NH4MgF3 MgF2 + NH3 + HF
4-כתוצר לוואי להשגת בריליום (Be) ואורניום (U). הפלואוריד של האלמנט הרצוי מחומם עם מגנזיום מתכתי בכור היתוך המצופה MgF2 2:
BeF2 + Mg Be + MgF2
5-מגיבה מגנזיום כלוריד (MgCl2) עם אמוניום פלואוריד (NH4F) בתמיסה מימית בטמפרטורת החדר 3:
25 מעלות צלזיוס, H2O
MgCl2 + 2 NH4F MgF2 + 2NH4Cl
מכיוון ששיטות הכנת ה- MgF2 יקרות, ישנם ניסיונות להשיג אותו בצורה כלכלית יותר, ביניהן בולטת שיטת ייצורו ממי הים.
זה מאופיין על ידי הוספת כמות מספקת של יוני פלואוריד (F-) למי הים, שיש בהם ריכוז שפע של יוני מגנזיום (Mg2 +), ובכך מעדיף את המשקעים של MgF2.
גבישים אופטיים של פלואוריד מגנזיום מתקבלים על ידי לחיצה חמה של אבקת MgF2 באיכות גבוהה, המתקבלים, למשל, בשיטת NH4HF2.
ישנן טכניקות רבות להכנת חומרי פלואוריד מגנזיום, כמו גידול גביש בודד, סינטציה (דחיסה לעובש או עיצוב) ללא לחץ, כבישה חמה וסינון במיקרוגל.
יישומים
אוֹפְּטִיקָה
גבישי MgF2 מתאימים ליישומים אופטיים מכיוון שהם שקופים מאזור ה- UV לאזור ה- IR האמצעי 2.10.
כסרט אינרטי, הוא משמש כדי לשנות את תכונות העברת האור של חומרים אופטיים ואלקטרוניים. אחד היישומים העיקריים הוא באופטיקה VUV לטכנולוגיית חקר החלל.
בשל תכונת הביפרנצנס שלה, חומר זה שימושי באופטיקה של קיטוב, בחלונות ובמנסרות של אקסמר לייזר (סוג של לייזר אולטרה סגול המשמש בניתוח עיניים).
יש לציין כי פלואוריד המגנזיום המשמש בייצור חומרים אופטיים בסרט דק חייב להיות נקי מזיהומים או תרכובות שהם מקורות תחמוצת, כגון מים (H2O), יוני הידרוקסיד (OH-), יוני קרבונט (CO3 = ), יוני סולפט (SO4 =), וכדומה 12.
קטליזה או האצת התגובות
MgF2 שימש בהצלחה כתומך בזרז לתגובה של הסרת כלור ותוספת מימן ב CFC (כלור-פלואורו פחמימנים), מקררי תרסיס ודלק ידועים, ואחראי לפגיעה בשכבת האוזון באטמוספרה.
התרכובות שהתקבלו, HFC (פחמימנים הידרו-פלואוריים) ו- HCFC (פחמימנים הידרוכלוריים-פלואוריים), אינם מציגים השפעה מזיקה זו על האווירה 5.
זה הוכח גם כשימושי כתמיכה בזרזים לפיזור ההידרו (הסרת הגופרית) של תרכובות אורגניות.
שימושים אחרים
לחומרים שנוצרו על ידי אינטרקציה של גרפיט, פלואור ו- MgF2 יש מוליכות חשמלית גבוהה, וזו הסיבה שהם הוצעו לשימוש בקטודות וכחומרים אלקטרוניים מוליכים.
לאאוטקטיקה הנוצרת על ידי NaF ו- MgF2 יש תכונות לאחסון אנרגיה בצורת חום סמוי, וזו הסיבה שהוא נחשב לשימוש במערכות אנרגיה סולארית.
בתחום הביוכימיה משמשים מגנזיום פלואוריד, יחד עם פלואוריד מתכות אחרים, כדי לעכב תגובות העברת זרחן באנזימים.
לאחרונה נבדקו בהצלחה חלקיקים של חלקיקים מסוג MgF2 כקטורים למסירת תרופות בתאים חולים לטיפול בסרטן.
הפניות
- Buckley, HE, and Vernon, WS (1925) XCIV. מבנה הגביש של פלואוריד מגנזיום. מגזין פילוסופי סדרה 6, 49: 293, 945-951.
- קירק-אחר (1994). אנציקלופדיה של טכנולוגיה כימית, כרך 11, המהדורה החמישית, ג'ון וויילי ובניו. ISBN 0-471-52680-0 (v.11).
- פנג, מינהונג; קאו, ווייפינג; ושיר, ג'ינג'ונג. (2015). הכנת קרמיקה שקופה של MgF2 על ידי לחיצה חמה על ציפוי סינטר. כתב העת לאוניברסיטת ווהאן לטכנולוגיה-מטר: מדעי המדע כרך 30 מס '4.
- Непоклонов, И.С. (2011). פלואוריד מגנזיום. מקור: עבודה משלו.
- Wojciechowska, Maria; זיילינסקי, מיכל; ופיטרובסקי, מריוס. (2003). MgF2 כתומך זרזים לא קונבנציונאלי. Journal of Fluorine Chemistry, 120 (2003) 1-11.
- Korth Kristalle GmbH. (2019). פלואוריד מגנזיום (MgF2). הוחלף 2019-07-12 בכתובת: korth.de
- סבונקייב, איגור ומתיג'ביץ ', אגון. (2009). היווצרות של חלקיקי פלואוריד מגנזיום ממורפולוגיות שונות. Langmuir 2009, 25 (18), 10534-10539.
- Непоклонов, И.С. (2013). פלואוריד מגנזיום. מקור: עבודה משלו.
- טאו קין, פנג ג'אנג ווי וויי קין. (2017). שיטה חדשה לסינתזת ספירות מגנזיום פלואוריד בעלות נמוכה ממי הים. קרמיקה אינטרנשיונל 43 (2017) 14481-14483.
- האנציקלופדיה של כימיה תעשייתית של אולמן (1996) המהדורה החמישית. נפח A11. VCH Verlagsgesellschaft mbH. ניו יורק. ISBN 0-89573-161-4.
- נאס"א (2013). מהנדסים שבודקים את המראה הראשית של טלסקופ החלל האבל 8109563. מקור: mix.msfc.nasa.gov