هيدريد المغنيسيوم: الصيغة ، التركيب الكيميائي والخصائص
هيدريد المغنيسيوم (MgH 2 من الصيغة الجزيئية) ، هو مركب كيميائي مع نسبة وزن في الهيدروجين 7.66 ٪ ، ويوجد في الطبيعة كمادة صلبة بلورية بيضاء. يتم استخدامه بشكل أساسي لإعداد المواد الكيميائية الأخرى ، على الرغم من أنه قد تمت دراستها أيضًا كوسيلة تخزين محتملة للهيدروجين.
إنه ينتمي إلى عائلة هيدريدات المياه المالحة (أو الأيونية) ، تلك المعرفة بواسطة H-ion سالبة الشحنة. تعتبر هذه الهيدريدات تلك التي تتكون من المعادن القلوية والمعادن الأرضية القلوية ، ولكن في حالة المغنيسيوم (والبريليوم) لها روابط تساهمية ، بالإضافة إلى تلك الأيونات التي تميز هذه المجموعة من الهيدريدات.
التحضير والصيغة
يتكون هيدريد المغنيسيوم من خلال الهدرجة المباشرة لمعدن المغنيسيوم (Mg) في ظروف الضغط العالي ودرجة الحرارة (200 غلاف جوي ، 500 درجة مئوية) مع محفز MgI 2 . رد فعلها يعادل:
Mg + H 2 → MgH 2
كما تم التحقيق في إنتاج المغنيسيوم 2 في درجات حرارة منخفضة باستخدام المغنيسيوم النانوي البلوري المنتج في طواحين الكرة.
هناك أيضًا طرق أخرى للتحضير ، ولكنها تمثل تفاعلات كيميائية أكثر تعقيدًا (هدرجة المغنيسيوم-أنثراسين ، التفاعل بين داي ميثيل المغنيسيوم مع هيدريد الليثيوم والألمنيوم ، وكمنتج من مركب MgH 2 ).
التركيب الكيميائي
هذه الذرة لديها هيكل الروتيل في درجة حرارة الغرفة ، مع هيكل بلوري رباعي. له أربعة أشكال مختلفة على الأقل في ظل ظروف الضغط العالي ، وقد لوحظ أيضًا هيكل غير متكافئ مع نقص الهيدروجين ؛ هذا الأخير يحدث فقط في كميات صغيرة جدا من الجزيئات عند تشكيلها.
كما ذكر أعلاه ، فإن الروابط الموجودة في البنية الروتينية لها خصائص تساهمية جزئيًا بدلاً من أن تكون أيونية بحتة ، مثل هيدرات المالحة الأخرى.
يؤدي هذا إلى أن يكون لذرة المغنيسيوم شكل كروي ، مؤين تمامًا ، لكن أيون هيدريده له هيكل مستطيل.
الخصائص الفيزيائية والكيميائية
جسدي
- المظهر: بلورات بيضاء.
- الكتلة المولية: 26.3209 جم / مول
- الكثافة: 1.45 جم / سم 3
- نقطة الانصهار: 285 درجة مئوية تتحلل
- الذوبان: في الماء يتحلل.
هذا المركب الكيميائي له وزن جزيئي قدره 26321 جم / مول ، بكثافة 1.45 جم / سم 3 ونقطة انصهار تبلغ 327 درجة مئوية.
مادة كيميائية
- السلائف لصناعة المواد الكيميائية الأخرى.
- تخزين الهيدروجين ، كمصدر محتمل للطاقة.
- تخفيض عامل في التوليف العضوي.
من المهم الإشارة إلى أن هذا المركب لا يمكن إحضاره إلى الحالة السائلة ، وعندما يتم حمله أو نقطة انصهاره أو إدخاله في الماء ، فإنه يتحلل. هذا هيدريد غير قابل للذوبان في الأثير.
إنها مادة شديدة التفاعل وقابلة للاشتعال للغاية ، وهي أيضًا قابلة للإشتعال ، أي أنها يمكن أن تشتعل تلقائيًا في الهواء. تمثل هذه الشروط الثلاثة مخاطر أمنية سيتم ذكرها في القسم الأخير من هذه المقالة.
تطبيقات
تخزين الهيدروجين
يتفاعل هيدريد المغنسيوم بسهولة مع الماء لتكوين غاز الهيدروجين ، من خلال التفاعل الكيميائي التالي:
MgH 2 + 2H 2 O → 2H 2 + Mg (OH) 2
بالإضافة إلى ذلك ، تتحلل هذه المادة عند درجة حرارة 287 درجة مئوية وضغط 1 بار ، على النحو التالي:
MgH 2 → Mg + H 2
لذلك ، اقترح استخدام هيدريد المغنيسيوم كوسيلة لتخزين الهيدروجين لاستخدامه ونقله.
يقترح هدرجة وإزالة هدرجة كمية من المغنيسيوم المعدني كوسيلة لنقل كميات من الهيدروجين الغازي ، وبالتالي ضمان عدم وجود تسرب في نقله ويمثل وسيلة أكثر أمانًا وأكثر عملية من استخدام أوعية الضغط العالي. .
تفاعلات الهدرجة ونزع الهيدروجين
على الرغم من أن درجة حرارة تحلل هيدريد المغنيسيوم تمثل عاملًا محددًا لاستخدامه ، فقد تم اقتراح طرق لتحسين حركية تفاعلات الهدرجة وإزالة الهيدروجين. أحد هذه العوامل هو تقليل حجم جزيئات المغنيسيوم باستخدام طواحين الكرة.
طين
بالإضافة إلى ذلك ، تم اقتراح نظام ينتج هيدريد المغنيسيوم في صورة طين (أكثر قابلية للإدارة وآمن من مسحوق أو جزيئات صلبة أخرى) ، والتي سوف تتفاعل مع الماء للحصول على الهيدروجين المطلوب.
من المقدر أن يتشكل الوحل المسمى سابقًا بواسطة هيدريد أرضي ناعٍ ، محمي بطبقة واقية من الزيوت ومعلق في عوامل التشتت للتأكد من أنه يحافظ على ثباته دون فقد المواد ، وأنه لا يمتص الرطوبة من البيئة.
هذه الحمأة لديها ميزة أنه يمكن ضخها من خلال أي مضخة وقود الديزل أو البنزين أو المياه المشتركة ، مما يجعل هذا الاقتراح الاقتصادي وكذلك كفاءة.
خلايا الوقود
يمكن تنفيذ هيدريد المغنيسيوم في إنتاج خلايا الوقود المتقدمة ، وكذلك في إنشاء البطاريات وتخزين الطاقة.
النقل والطاقة
خلال العقود الماضية ، تم النظر في استخدام الهيدروجين كمصدر للطاقة. يتطلب تنفيذ الهيدروجين كوقود إيجاد أنظمة تخزين آمنة وقابلة للانعكاس ذات قدرات حجمية عالية (كمية الهيدروجين لكل وحدة حجم) والجاذبية (كمية الهيدروجين لكل وحدة وحدة).
الألكلة
الألكلة (إضافة مجموعات ألكيل CH 3 R) من المركبات العضوية في الوسط الأساسي ، حيث يوجد وجود لمجموعات -OH بتركيزات منخفضة ودرجات حرارة أعلى من نقطة انصهار الهيدريد.
في هذه الحالة ، توجد الهيدروجين الموجود في هيدريد المغنسيوم (MgH 2 ) ، ربط المجموعات -OH لتكوين الماء. يمكن للمغنيسيوم الحر أن يستقبل الهالوجين ، الذي يصاحب غالبًا جزيء الألكيل الذي يهدف إلى الارتباط بسلسلة الهيدروكربون.
المخاطر
رد فعل مع الماء
كما ذكرنا سابقًا ، فإن هيدريد المغنيسيوم هو مادة تتفاعل بسهولة شديدة وعنيفة مع الماء ، مما يوفر القدرة على الانفجار بتركيزات أعلى.
يحدث هذا لأن تفاعلها الطارد للحرارة يولد حرارة كافية لإشعال غاز الهيدروجين المنطلق في تفاعل التحلل ، مما يؤدي إلى تفاعل تسلسلي خطير إلى حد ما.
إنه حراري
هيدريد المغنيسيوم هو أيضا متعلق بالشفاه ، مما يعني أنه يمكن أن تشتعل تلقائيا في وجود الهواء الرطب ، وتشكيل أكسيد المغنيسيوم والماء.
لا ينصح بالاستنشاق في الحالة الصلبة أو الاتصال بأبخرة: المادة في حالتها الطبيعية ومنتجات تحللها يمكن أن تسبب إصابات خطيرة أو حتى الموت.
يمكن أن تولد حلول تآكل في اتصال مع الماء والتلوث منه. لا ينصح ملامسة الجلد والعينين ، ويولد تهيج في الأغشية المخاطية.
لم يتم إثبات أن هيدريد المغنيسيوم يمكن أن يولد تأثيرات صحية مزمنة ، مثل السرطان أو العيوب التناسلية أو غيرها من العواقب الجسدية أو العقلية ، ولكن يوصى باستخدام معدات الوقاية عند التعامل معها (وخاصة أجهزة التنفس أو الأقنعة ، بسبب شخصية غبار ناعم).
عند العمل مع هذه المادة ، يجب الاحتفاظ برطوبة الهواء عند مستويات منخفضة ، وإطفاء جميع مصادر الاشتعال ونقلها في براميل أو حاويات حاوية أخرى.
اعمل دائمًا بتركيزات كبيرة من هذه المادة عندما يمكن تجنبها ، نظرًا لأن احتمال حدوث انفجار ينخفض بشكل كبير.
في حالة حدوث انسكاب من هيدريد المغنيسيوم ، يجب عزل منطقة العمل وتجميع الغبار باستخدام مكنسة كهربائية. لا يجب أبدًا استخدام طريقة التجفيف الجاف ؛ يزيد من فرص التفاعل مع هيدريد.
