แมกนีเซียมไฮไดรด์: สูตรโครงสร้างและคุณสมบัติ - เคมี - 2025

ไฮไดรด์แมกนีเซียม (แมสซาชู₂สูตรโมเลกุล) เป็นสารเคมีที่มีน้ำหนักไฮโดรเจน 7.66% และพบในธรรมชาติเป็นผลึกสีขาวทึบ ส่วนใหญ่ใช้ในการเตรียมสารเคมีอื่น ๆ แม้ว่าจะได้รับการศึกษาว่าเป็นสื่อกักเก็บไฮโดรเจนที่มีศักยภาพ

มันเป็นของกลุ่มไฮไดรด์ของน้ำเกลือ (หรือไอออนิก) ซึ่งกำหนดโดย H-ion ที่มีประจุลบ ไฮไดรด์เหล่านี้ถือเป็นสารที่เกิดจากโลหะอัลคาไลและโลหะอัลคาไลน์เอิร์ ธ แต่ในกรณีของแมกนีเซียม (และเบริลเลียม) จะมีพันธะโควาเลนต์นอกเหนือจากไอออนิกที่เป็นลักษณะของไฮไดรด์ตระกูลนี้

แบบจำลองเซลล์หน่วยของแมกนีเซียมไฮไดรด์ MgH2

การเตรียมและสูตร

แมกนีเซียมไฮไดรด์จะเกิดขึ้นผ่าน hydrogenation โดยตรงของแมกนีเซียมโลหะ (Mg) ภายใต้เงื่อนไขของความดันสูงและอุณหภูมิ (200 บรรยากาศ 500 องศาเซลเซียส) กับ MGI ₂ตัวเร่งปฏิกิริยา ปฏิกิริยาของคุณเทียบเท่ากับ:

Mg + H ₂ → MgH ₂

นอกจากนี้ยังมีการตรวจสอบการผลิต MgH ₂ที่อุณหภูมิต่ำกว่าด้วยการใช้แมกนีเซียมนาโนคริสตัลไลน์ที่ผลิตในโรงงานผลิตลูกบอล

นอกจากนี้ยังมีวิธีการเตรียมอื่น ๆ แต่ก็แสดงถึงปฏิกิริยาทางเคมีที่ซับซ้อนมากขึ้น (การเติมไฮโดรเจนแมกนีเซียม - แอนทราซีนปฏิกิริยาระหว่างไดเอทิลแมกนีเซียมกับลิเธียม - อลูมิเนียมไฮไดรด์และเป็นผลิตภัณฑ์ของคอมเพล็กซ์ MgH ₂ )

โครงสร้างทางเคมี

อะตอมนี้มีโครงสร้างรูไทล์ที่อุณหภูมิห้องโดยมีโครงสร้างผลึก tetragonal มันมีรูปแบบที่แตกต่างกันอย่างน้อยสี่รูปแบบภายใต้สภาวะความกดดันสูงและยังสังเกตเห็นโครงสร้างที่ไม่ใช่สโตอิชิโอเมตริกที่มีข้อบกพร่องของไฮโดรเจน สิ่งหลังนี้เกิดขึ้นในอนุภาคจำนวนน้อยมากเท่านั้นเมื่อเกิดขึ้น

ดังที่ได้กล่าวมาแล้วพันธะที่มีอยู่ในโครงสร้างรูไทล์มีคุณสมบัติเป็นโควาเลนต์บางส่วนแทนที่จะเป็นไอออนิกอย่างเดียวเหมือนไฮไดรด์เกลืออื่น ๆ

สิ่งนี้ทำให้อะตอมของแมกนีเซียมมีรูปร่างเป็นทรงกลมแตกตัวเป็นไอออนได้เต็มที่ แต่ไอออนของไฮไดรด์มีโครงสร้างที่ยืดออก

คุณสมบัติทางกายภาพและทางเคมี

กายภาพ

• ลักษณะ: ผลึกสีขาว
• มวลโมเลกุล: 26.3209 ก. / โมล
• ความหนาแน่น: 1.45 g / cm ³
• จุดหลอมเหลว: 285 ° C สลายตัว
• ความสามารถในการละลาย: ในน้ำจะสลายตัว

สารประกอบทางเคมีนี้มีน้ำหนักโมเลกุล 26.321 g / mol ความหนาแน่น 1.45 g / cm3 และมีจุดหลอมเหลว 327 ºC

สารเคมี

• สารตั้งต้นสำหรับการผลิตสารเคมีอื่น ๆ
• แหล่งกักเก็บไฮโดรเจนเป็นแหล่งพลังงานที่เป็นไปได้
• สารรีดิวซ์ในการสังเคราะห์สารอินทรีย์

สิ่งสำคัญคือต้องชี้ให้เห็นว่าสารประกอบนี้ไม่สามารถนำไปสู่สถานะของเหลวได้และเมื่อมันถูกนำไปยังจุดหลอมเหลวหรือนำลงในน้ำก็จะสลายตัว ไฮไดรด์นี้ไม่ละลายในอีเธอร์

เป็นสารที่มีปฏิกิริยาสูงและไวไฟสูงและยังเป็นสารไพโรฟอริกด้วยนั่นคือสามารถจุดไฟได้เองในอากาศ เงื่อนไขทั้งสามนี้แสดงถึงความเสี่ยงด้านความปลอดภัยที่จะกล่าวถึงในส่วนสุดท้ายของบทความนี้

การประยุกต์ใช้งาน

การจัดเก็บไฮโดรเจน

แมกนีเซียมไฮไดรด์ทำปฏิกิริยากับน้ำเพื่อสร้างก๊าซไฮโดรเจนได้อย่างง่ายดายผ่านปฏิกิริยาทางเคมีต่อไปนี้:

MgH ₂ + 2H ₂ O → 2H ₂ + Mg (OH) ₂

นอกจากนี้สารนี้สลายตัวที่อุณหภูมิ 287 ° C และความดัน 1 บาร์ดังต่อไปนี้:

MgH ₂ → Mg + H ₂

ดังนั้นจึงมีการเสนอให้ใช้แมกนีเซียมไฮไดรด์เป็นสื่อเก็บไฮโดรเจนสำหรับการใช้งานและการขนส่ง

การเติมไฮโดรเจนและการคายน้ำของแมกนีเซียมโลหะจำนวนหนึ่งถูกเสนอให้เป็นวิธีการขนส่งปริมาณก๊าซไฮโดรเจนดังนั้นจึงมั่นใจได้ว่าจะไม่รั่วไหลระหว่างการขนส่งและเป็นวิธีที่ปลอดภัยและใช้งานได้จริงมากกว่าการใช้ภาชนะรับแรงดันสูง .

ปฏิกิริยาการเติมไฮโดรเจนและการคายน้ำ

แม้ว่าอุณหภูมิในการสลายตัวของแมกนีเซียมไฮไดรด์จะแสดงถึงข้อ จำกัด ในการใช้งาน แต่ก็มีการเสนอวิธีการเพื่อปรับปรุงจลนศาสตร์ของปฏิกิริยาการเติมไฮโดรเจนและการคายน้ำ หนึ่งในนั้นคือการลดขนาดของอนุภาคแมกนีเซียมด้วยการใช้โรงงานผลิตลูกบอล

โคลน

นอกจากนี้ยังมีการเสนอระบบที่ผลิตแมกนีเซียมไฮไดรด์ในรูปแบบของตะกอน (สามารถจัดการได้และปลอดภัยกว่าในผงหรืออนุภาคของแข็งอื่น ๆ ) ซึ่งจะทำปฏิกิริยากับน้ำเพื่อให้ได้ไฮโดรเจนที่ต้องการ

คาดว่ากากตะกอนดังกล่าวจะเกิดจากไฮไดรด์ที่บดละเอียดได้รับการปกป้องด้วยชั้นป้องกันของน้ำมันและสารแขวนลอยในสารช่วยกระจายตัวเพื่อให้แน่ใจว่าจะคงความสม่ำเสมอโดยไม่สูญเสียวัสดุและไม่ดูดซับความชื้นจากสิ่งแวดล้อม

กากตะกอนนี้มีข้อได้เปรียบที่สามารถสูบผ่านเครื่องดีเซลเบนซินหรือปั๊มน้ำทั่วไปทำให้ข้อเสนอนี้ประหยัดและมีประสิทธิภาพ

เซลล์เชื้อเพลิง

แมกนีเซียมไฮไดรด์สามารถนำไปใช้ในการผลิตเซลล์เชื้อเพลิงขั้นสูงและในการสร้างแบตเตอรี่และที่เก็บพลังงาน

การขนส่งและพลังงาน

ในช่วงหลายทศวรรษที่ผ่านมามีการพิจารณาการใช้ไฮโดรเจนเป็นแหล่งพลังงาน การใช้ไฮโดรเจนเป็นเชื้อเพลิงจำเป็นต้องค้นหาระบบจัดเก็บที่ปลอดภัยและสามารถย้อนกลับได้ซึ่งมีความจุเชิงปริมาตรสูง (ปริมาณไฮโดรเจนต่อหน่วยปริมาตร) และกราวิเมตริก (ปริมาณไฮโดรเจนต่อหนึ่งหน่วยมวล)

alkylation

Alkylation (การเพิ่มหมู่อัลคิล CH ₃ R) ของสารประกอบอินทรีย์ในตัวกลางพื้นฐานโดยที่หมู่ -OH มีอยู่ที่ความเข้มข้นต่ำและที่อุณหภูมิสูงกว่าจุดหลอมเหลวของไฮไดรด์

ในกรณีนี้ไฮโดรเจนที่มีอยู่ในแมกนีเซียมไฮไดรด์ (MgH ₂ ) จับกับหมู่ -OH กลายเป็นน้ำ แมกนีเซียมอิสระสามารถรับฮาโลเจนที่มักจะมาพร้อมกับโมเลกุลของอัลคิลที่มีไว้เพื่อจับกับโซ่ไฮโดรคาร์บอน

ความเสี่ยง

ปฏิกิริยากับน้ำ

ดังที่ได้กล่าวไปแล้วแมกนีเซียมไฮไดรด์เป็นสารที่ทำปฏิกิริยากับน้ำได้ง่ายและรุนแรงซึ่งมีความสามารถในการระเบิดในความเข้มข้นที่สูงขึ้น

สิ่งนี้เกิดขึ้นเนื่องจากปฏิกิริยาคายความร้อนสร้างความร้อนเพียงพอที่จะจุดประกายก๊าซไฮโดรเจนที่ปล่อยออกมาในปฏิกิริยาการสลายตัวซึ่งนำไปสู่ปฏิกิริยาลูกโซ่ที่ค่อนข้างอันตราย

มันเป็น pyrophoric

แมกนีเซียมไฮไดรด์ยังเป็นไพโรฟอริกซึ่งหมายความว่าสามารถติดไฟได้เองเมื่อมีอากาศชื้นกลายเป็นแมกนีเซียมออกไซด์และน้ำ

ไม่แนะนำให้สูดดมในสถานะของแข็งหรือสัมผัสกับไอระเหย: สารที่อยู่ในสภาพธรรมชาติและผลิตภัณฑ์จากการสลายตัวอาจทำให้ได้รับบาดเจ็บสาหัสหรือถึงแก่ชีวิตได้

สามารถสร้างสารละลายที่มีฤทธิ์กัดกร่อนเมื่อสัมผัสกับน้ำและการปนเปื้อน ไม่แนะนำให้สัมผัสกับผิวหนังและดวงตาและยังก่อให้เกิดการระคายเคืองต่อเยื่อเมือก

แมกนีเซียมไฮไดรด์ไม่ได้แสดงให้เห็นว่าก่อให้เกิดผลกระทบต่อสุขภาพเรื้อรังเช่นมะเร็งความบกพร่องของระบบสืบพันธุ์หรือผลกระทบทางร่างกายหรือจิตใจอื่น ๆ แต่แนะนำให้ใช้อุปกรณ์ป้องกันเมื่อจัดการ (โดยเฉพาะเครื่องช่วยหายใจหรือหน้ากากเนื่องจาก อักขระผงละเอียด).

เมื่อทำงานกับสารนี้ให้รักษาความชื้นในอากาศให้อยู่ในระดับต่ำดับไฟทุกแหล่งที่มาของการจุดระเบิดและขนส่งในถังหรือภาชนะอื่น ๆ

ควรหลีกเลี่ยงการทำงานกับสารนี้ในปริมาณมากเมื่อสามารถหลีกเลี่ยงได้เนื่องจากความเป็นไปได้ที่จะเกิดการระเบิดจะลดลงอย่างมาก

หากเกิดการรั่วไหลของแมกนีเซียมไฮไดรด์ควรแยกพื้นที่ทำงานและเก็บฝุ่นด้วยเครื่องมือสูญญากาศ คุณไม่ควรใช้วิธีการกวาดแบบแห้ง เพิ่มโอกาสในการเกิดปฏิกิริยากับไฮไดรด์

อ้างอิง

1. ซุมดาห์ล, SS (1998). สารานุกรมบริแทนนิกา. นำมาจาก britannica.com.
2. PubChem (2005) PubChem ฐานข้อมูลเคมีแบบเปิด นำมาจาก pubchem.ncbi.nlm.nih.gov.
3. Safe Hydrogen, L. (2549). กรีนคาร์คองเกรส นำมาจาก greencarcongress.com.
4. เคมีภัณฑ์ค. (nd). เคมีภัณฑ์ Cameo นำมาจาก cameochemicals.noaa.gov.
5. บริการ, NJ (1987). กรมอนามัยและบริการอาวุโสของรัฐนิวเจอร์ซีย์ นำมาจาก nj.gov.