מגנזיום הידריד: פורמולה, מבנה ותכונות - כִּימִיָה - 2025

מגנזיום הידריד (MGH ₂ נוסחה מולקולרית), הוא תרכובת כימית המכילה מימן במשקל 7.66%, ומצא בטבע כמו מוצק גבישי לבן. הוא משמש בעיקר להכנת חומרים כימיים אחרים, אם כי הוא נחקר גם כאמצעי אחסון פוטנציאלי למימן.

זה שייך למשפחת ההידרידים המלוחים (או היוניים), אלה המוגדרים על ידי H- יון טעון שלילי. הידרידים אלה נחשבים לאלו הנוצרים ממתכות אלקליות ומתכות אדמה אלקליות, אך במקרה של מגנזיום (ובריליום) יש להם קשרים קוולנטיים, בנוסף לאלה היונים המאפיינים את משפחת ההידרידים הזו.

דגם תא יחידתי של מגנזיום הידריד, MgH2.

הכנה ונוסחה

מגנזיום הידריד נוצר באמצעות הידרוגנציה ישירה של מגנזיום מתכתי (מג) בתנאים של לחץ וטמפרטורה גבוהים (200 אטמוספרות, 500 מעלות צלזיוס) עם זרז MgI ₂ . התגובה שלך שווה ל:

Mg + H ₂ → MgH ₂

ייצור MgH ₂ בטמפרטורות נמוכות יותר בעזרת מגנזיום ננו-גבישי המיוצר בטחנות כדורים נחקר גם הוא .

ישנן גם שיטות הכנה אחרות, אך הן מייצגות תגובות כימיות מורכבות יותר (מימן של מגנזיום-אנתרסן; התגובה בין דיאתיל-מגנזיום עם ליתיום-אלומיניום הידריד; וכמוצר של קומפלקס MgH ₂ ).

מבנה כימי

לאטום זה יש מבנה רוטילי בטמפרטורת החדר, עם מבנה גבישי טטרגון. יש לו לפחות ארבע צורות שונות בתנאי לחץ גבוה, ונצפה גם מבנה לא-סטוכיומטרי עם חסר במימן; האחרון מתרחש רק בכמויות קטנות מאוד של חלקיקים כאשר הוא נוצר.

כאמור, לקשרים הקיימים במבנה הרוטילי יש תכונות קוולנטיות בחלקן במקום שהם יוניים בלבד כמו מלח הידרידים אחרים.

זה גורם לאטום המגנזיום להיות בעל צורה כדורית, מיונן לחלוטין, אך ליון ההידרידי שלו יש מבנה מוארך.

תכונות פיזיקליות וכימיות

גוּפָנִי

• מראה: גבישים לבנים.
• מסת טוחנת: 26.3209 גרם / מול
• צפיפות: 1.45 גרם / ס"מ ³
• נקודת התכה: 285 מעלות צלזיוס מתפרקת
• מסיסות: במים זה מתפרק.

לתרכובת כימית זו משקל מולקולרי של 26.321 גרם / מול, צפיפות של 1.45 גרם / ס"מ 3 ובעלת נקודת התכה של 327 מעלות צלזיוס.

כִּימִי

• מבשר לייצור חומרים כימיים אחרים.
• אחסון מימן, כמקור אנרגיה אפשרי.
• גורם מקטין בסינתזה אורגנית.

חשוב לציין כי לא ניתן להביא תרכובת זו למצב נוזלי, וכאשר היא מביאה לנקודת ההתכה שלה או מכניסה אותה למים היא מתפרקת. הידריד זה אינו מסיס באתר.

זהו חומר תגובתי מאוד דליק מאוד, והוא גם פירופורי, כלומר הוא יכול להתלקח באופן ספונטני באוויר. שלושת התנאים הללו מייצגים סיכוני אבטחה שיוזכרו בחלק האחרון של מאמר זה.

יישומים

אחסון מימן

המגנזיום הידריד מגיב בקלות עם מים ליצירת גז מימן באמצעות התגובה הכימית הבאה:

MgH ₂ + 2H ₂ O → 2H ₂ + Mg (OH) ₂

יתר על כן, חומר זה מתפרק בטמפרטורה של 287 מעלות צלזיוס ולחץ של 1 בר, כדלקמן:

MgH ₂ → Mg + H ₂

לפיכך, הוצע שימוש במגנזיום הידריד כאמצעי אחסון מימן לשימושו ולהובלתו.

המימן וההתייבשות של כמות מגנזיום מתכתי מוצע כדרך להובלת כמויות של מימן גזי ובכך להבטיח שהוא לא ידלף במהלך הובלתו ומייצג דרך בטוחה ומעשית יותר מאשר שימוש בכלי לחץ גבוה. .

תגובות הידרוגנציה והתייבשות

למרות העובדה כי טמפרטורת הפירוק של מגנזיום הידריד מייצגת מגבלה לשימוש בו, הוצעו שיטות לשיפור התגובות הקינטיות של מימן והידרוגנציה. אחד מאלה הוא צמצום גודל חלקיק המגנזיום בעזרת טחנות כדורים.

בּוֹץ

יתר על כן, הוצעה מערכת המייצרת מגנזיום הידריד בצורה של בוצה (הניתנת לניהול ובטוחה יותר מזו באבקה או בחלקיקים מוצקים אחרים), אשר תגיב עם מים כדי להשיג את המימן הרצוי.

ההערכה היא כי הבוצה הנזכרת תיווצר על ידי הידריד טחון דק, מוגן בשכבת מגן של שמנים ויושעה בחומרי פיזור על מנת להבטיח שהוא ישמור על עקביותו ללא אובדן חומר, וכי הוא אינו סופג לחות מהסביבה.

לבוצה זו יש את היתרון שניתן לשאוב אותה דרך כל משאבת דיזל, בנזין או מים נפוצים, מה שהופך את ההצעה הזו לחסכונית וגם יעילה.

תאי דלק

ניתן ליישם מגנזיום הידריד בייצור תאי דלק מתקדמים, וגם ביצירת סוללות ואחסון אנרגיה.

הובלה ואנרגיה

במהלך העשורים האחרונים נחשב השימוש במימן כמקור אנרגיה. הטמעת מימן כדלק מחייבת מציאת מערכות אחסון בטוחות והפוכות בעלות יכולות נפח גבוהות (כמות מימן ליחידת נפח) וגראווימטרי (כמות מימן ליחידת מסה).

אלקילציה

אלקילציה (הוספת CH ₃ R אלקיל קבוצות ) של תרכובות אורגניות במדיום בסיסי, שבו -OH קבוצות נוכחות בריכוזים נמוכים בטמפרטורות מעל נק' ההיתוך של הידריד.

במקרה זה ההידרוגנים הקיימים במגנזיום ההידריד (MgH ₂ ) נקשרים לקבוצות -OH ויוצרים מים. מגנזיום חופשי יכול לקבל את ההלוגן שמלווה לעתים קרובות את מולקולת האלקיל שנועדה להיקשר לשרשרת הפחמימנים.

סיכונים

תגובה עם מים

כאמור, מגנזיום הידריד הוא חומר המגיב בקלות רבה ובאלימות עם מים, ומציג את היכולת להתפוצץ בריכוזים גבוהים יותר.

זה קורה מכיוון שתגובתו האקוטרמית מייצרת מספיק חום כדי להצית את גז המימן שמשתחרר בתגובת הפירוק, מה שמוביל לתגובת שרשרת מסוכנת למדי.

זה פירופורי

מגנזיום הידריד הוא גם פירופורי, מה שאומר שהוא יכול להתלקח באופן ספונטני בנוכחות אוויר לח, ויוצר תחמוצת מגנזיום ומים.

שאיפה במצב מוצק או מגע עם אדיו אינה מומלצת: החומר במצבו הטבעי ומוצרי הפירוק שלו עלולים לגרום לפציעות קשות או אפילו למוות.

זה יכול לייצר פתרונות קורוזיביים במגע עם מים וזיהום שלהם. מגע עם העור והעיניים אינו מומלץ, והוא גורם גם לגירוי בריריות.

לא הוכח כי מגנזיום הידריד גורם לתופעות בריאותיות כרוניות, כמו סרטן, פגמי רבייה או השלכות גופניות או נפשיות אחרות, אך השימוש בציוד מגן מומלץ בעת הטיפול בו (במיוחד הנשמות או מסכות, בגלל זה אופי אבקה משובח).

כאשר עובדים עם חומר זה, שמרו על לחות האוויר ברמות נמוכות, כבו את כל מקורות ההצתה והובילו בתופים או במכולות מיכל אחרות.

תמיד יש להימנע מעבודה עם ריכוזים גדולים של חומר זה כאשר ניתן להימנע ממנו, מכיוון שהאפשרות לפיצוץ מופחתת משמעותית.

במקרה של שפיכה של מגנזיום הידריד, יש לבודד את אזור העבודה ולאסוף אבק בעזרת כלי ואקום. אסור להשתמש בשיטת הניקוי היבש לעולם; מגדיל את הסיכוי לתגובה מסוימת עם ההידריד.

הפניות

1. Zumdahl, SS (1998). אנציקלופדיה בריטניקה. נלקח מ britannica.com.
2. PubChem. (2005). מאגר כימיה פתוח של PubChem. לקוח מ- pubchem.ncbi.nlm.nih.gov.
3. Safe Hydrogen, L. (2006). קונגרס מכוניות ירוקות. נלקח מ- greencarcongress.com.
4. כימיקלים, C. (nd). קמיע כימיקלים. נלקח מתוך comochemicals.noaa.gov.
5. Services, NJ (1987). מחלקת הבריאות והשירותים הבכירים של ניו ג'רזי. נלקח מ- nj.gov.