Υδρίδιο του μαγνησίου

Υδρίδιο του μαγνησίου
Γενικά
Όνομα IUPAC Υδρίδιο του μαγνησίου
Άλλες ονομασίες Μαγνησιάνιο
Υδρομαγνήσιο
Μαγνησιοϋδρίδιο
Χημικά αναγνωριστικά
Χημικός τύπος MgH2
Μοριακή μάζα 26,3209 amu
Αριθμός CAS 7693-27-8
SMILES [MgH2]
InChI 1S/Mg.2H
PubChem CID 107663
ChemSpider ID 16787263
Δομή
Φυσικές ιδιότητες
Σημείο τήξης 650 °C
Πυκνότητα 1.450 kg/m3
Διαλυτότητα
στο νερό		 Διασπάται
Εμφάνιση Λευκή κρυσταλλική
Χημικές ιδιότητες
Επικινδυνότητα
πυροφορική ένωση
Εκτός αν σημειώνεται διαφορετικά, τα δεδομένα αφορούν υλικά υπό κανονικές συνθήκες περιβάλλοντος (25°C, 100 kPa).

Το υδρίδιο του μαγνησίου είναι η ανόργανη δυαδική χημική ένωση με χημικό τύπο MgH2, δηλαδή η ένωση μαγνησίου και υδρογόνου. Κατά βάρος περιέχει 7,66% υδρογόνο και γι' αυτό μελετάται ως ένα δυνητικό μέσο αποθήκευσης υδρογόνου[1].

Δομή και δεσμολογία

Στη θερμοκρασία δωματίου (T = 20 °C και P = 1 atm) σχηματίζεται το β-MgH2, που έχει δομή ρουτιλίου[2]. Υπάρχουν ακόμη δυο υψηλής πίεσης δομές, το α-MgH2, με δομή α-PbO2 (διοξειδίου του μολύβδου)[3] και γ-MgH2[4]. Επιπλέον, έχει χαρακτηριστεί μια άλλη μη στοιχειομετρική δομή MgH(2-δ), αλλά φαίνεται να υπάρχει μόνο για πολύ μικρά σωμάτια[5] (τα σχετικά ογκώδη σωμάτια MgH2 είναι ουσιαστικά στοιχειομετρικά, εφόσον μπορούν να φιλοξενούν μόνο πολύ μικρές συγκεντρώσεις κενών υδρογόνου[6]).

Η δεσμολογία στη δομή ρουτιλίου περιγράφεται μερικές φορές σαν να είναι ομοιοπολικής φύσης, παρά ως καθαρά ιονικής[7]. Χρήση προσδιορισμού πυκνότητας με σύγχροτρο περίθλασης ακτίνων Χ δηλώνει, όμως, ότι το ιόν μαγνησίου (Mg2+) είναι πλήρως ιονισμένο και σφαιρικό στο σχήμα και ότι το ιόν υδριδίου (H-) είναι επίμηκες[8]. Έχουν επιβεβαιωθεί οι ακόλουθοι μοριακοί τύποι για το υδρίδιο του μαγνησίου: MgH, MgH2, Mg2H, Mg2H2, Mg2H3 και Mg2H4, από τα δονητικά φάσματά τους σε μήτρες που απομονώθηκαν από δείγματα θερμοκρασίας μικρότερης από 10 Κ (δηλ. μικρότερης από -263 °C), σχηματισμένων από ακολουθία εκτομών μαγνησίου με ακτίνες λέιζερ παρουσία υδρογόνου[9]. Το μόριο Mg2H4 έχει μια δομή γέφυρας ανάλογη με το διμερές υδρίδιο του αργιλίου, με μοριακό τύπο Al2H6[9].

Παραγωγή

Το 1951 αναφέρθηκε η πρώτη παραγωγή του με ολική σύνθεση, δηλαδή με απευθείας υδρογόνωση μεταλλικού μαγνησίου σε υψηλή πίεση και θερμοκρασία (P = 200 atm, T = 500 °C) και με χρήση ιωδιούχου μαγνησίου (MgI2) ως καταλύτη[10]:

Ερευνάται η δυνατότητα παραγωγής υδριδίου του μαγνησίου σε χαμηλή θερμοκρασία, με την επίδραση υδρογόνου σε νανοκρυστάλλους μαγνησίου σε σφαιρόμυλους[11].

Άλλες μέθοδοι παραγωγής υδριδίου του μαγνησίου περιλαμβάνουν:

1. Με υδρογόνωση συμπλόκου μαγνησίου - ανθρακενίου (C14H10) κάτω από ήπιες συνθήκες[12]:


2. Με αντίδραση διαιθυλομαγνησίου (Et2Mg) με λιθιοαργιλιοϋδρίδιο (LiAlH4)[13]:

3. Με αντίδραση φαινυλοσιλανίου (PhSiH3) και διβουτυλομαγνησίου (Bu2Mg), διαλυμένα σε διαιθυλαιθέρα (Et2O) ή σε κάποιο υγρό υδρογονάνθρακα, παρουσία τετραϋδροφουρανίου (THF) ή τετραμεθυλαιθυλενοδιαμίνης (TMEDA) ως συναρμωτή[14]:

Αντιδράσεις

Το υδρίδιο του μαγνησίου αντιδρά έντονα με το νερό παράγοντας υδρογόνο και υδροξείδιο του μαγνησίου:

Επίσης, με θέρμανση στους 300 °C, διασπάται, παράγοντας υδρογόνο υπό πίεση 1 bar. Η υψηλή θερμοκρασία που απαιτείται φαίνεται σαν ένα εμπόδιο στη χρήση του υδριδίου του μαγνησίου σαν ένα (πρακτικά) αντιστρεπτό μέσο αποθήκευσης υδρογόνου[15]:

Δυνητική χρήση ως μέσο αποθήκευσης υδρογόνου

Το δυναμικό του ως ένα αντιστρεπτό μέσο αποθήκευσης υδρογόνου έχει οδηγήσει σε ενδιαφέρον (έρευνας) βελτίωσης της κινητικής των αντιδράσεων υδρογόνωσης (του μαγνησίου) και αφυδρογόνωσης (του υδριδίου του)[15][16]. Αυτό εν μέρει έχει επιτευχθεί με τη μείωση των μεγεθών των αντίστοιχων στερεών σωματίων με τη χρήση σφαιρόμυλου[17][18][19]. Μια εναλλακτική προσέγγιση είναι η υπό έρευνα παραγωγή ενός αντλήσιμου πολτού του υδριδίου του μαγνησίου ώστε να είναι ασφαλές στο χειρισμό και να απελευθερώνει το υδρογόνο του με την αντίδραση (του υδριδίου) με το νερό και ξαναμετατρέποντας το ενδιάμεσα παραγόμενο υδροξείδιο του μαγνησίου σε υδρίδιο του μαγνησίου[20]. Μια εφαρμογή (υποψήφια ακόμη για εξέταση) για μια πατέντα στις ΗΠΑ (US 2010/0163434 A1)[21] έχει ήδη ετοιμαστεί εκτιμώντας ότι ένα σύστημα αποθήκευσης ενέργειας μπορεί να χρησιμοποιήσει ακτινοβολία λέιζερ για να βοηθήσει την προσρόφηση (πρόσθετου) αέριου υδρογόνου από υδρίδιο του μαγνησίου.

Παρατηρήσεις, υποσημειώσεις και αναφορές

  1. ↑ Catalytic Synthesis of Organolithium and Organomagnesium Compounds and of Lithium and Magnesium Hydrides - Applications in Organic Synthesis and Hydrogen Storage, Bogdanovic B., Angewandte Chemie International Edition in English, 24, 4, 262–73,
    doi:10.1002/anie.198502621
  2. ↑ Neutron diffraction study of magnesium deuteride, Zachariasen W.H., Holley C.E, Stamper J.F. Jnr, Acta Cryst. (1963) 16, 352-353, doi:10.1107/S0365110X63000967
  3. ↑ Michael D. Hampton, Dmitry V. Schur, Svetlana Yu. Zaginaichenko, V. I. Trefilov, Hydrogen Materials Science and Chemistry of Metal Hydrides: Proceedings of the NATO Advanced Research Workshop, Katsiveli, Yalta, Ukraine, 2002, Springer, ISBN 1-4020-0730-2
  4. ↑ Structure of the high pressure phase γ-MgH2 by neutron powder diffraction, Bortz M., Bertheville B., Böttger G., Yvon K., Journal of Alloys and Compounds, 287, 1-2, (1999), L4-L6,
    doi:10.1016/S0925-8388(99)00028-6
  5. ↑ Hydrogen Cycling of Niobium and Vanadium Catalyzed Nanostructured Magnesium,Schimmel, H. G.; Huot, J.; Chapon, L. C.; Tichelaar, F. D.; Mulder, F. M.,J. Am. Chem. Soc.; (Article); 2005; 127(41); 14348-14354.
    doi:10.1021/ja051508a
  6. ↑ Grau-Crespo, R.; K. C. Smith, T. S. Fisher, N. H. de Leeuw, and U. V. Waghmare (2009). «Thermodynamics of hydrogen vacancies in MgH2 from first-principles calculations and grand-canonical statistical mechanics». Physical Review B 80 (17): 174117. doi:10.1103/PhysRevB.80.174117. http://prb.aps.org/abstract/PRB/v80/i17/e174117. 
  7. ↑ Πρότυπο:Cotton&Wilkinson6th
  8. ↑ Charge density measurement in MgH2 by synchrotron X-ray diffraction, T. Noritake, S. Towata, M. Aoki, Y. Seno, Y. Hirose, E. Nishibori, M. Takata and M. Sakata, Journal of Alloys and Compounds, 356-357, (2003), 84-86,
    doi:10.1016/S0925-8388(03)00104-X
  9. ↑ 9,0 9,1 Infrared Spectra of Magnesium Hydride Molecules, Complexes, and Solid Magnesium Dihydride, Xuefeng Wang and Lester Andrews, J. Phys. Chem. A, 108 (52), 11511 -11520, 2004.
    doi:10.1021/jp046410h
  10. ↑ Wiberg, Goeltzer, Bauer, 1951, Z. Naturforsch. 6b, 394, (1951)
  11. ↑ Nanocrystalline magnesium for hydrogen storage, A Zaluska, L Zaluski, JO Ström–Olsen, Journal of Alloys and Compounds, 288, 1-2, 1999, 217-225,
    doi:10.1016/S0925-8388(99)00073-0
  12. ↑ Catalytic Synthesis of Magnesium Hydride under Mild Conditions, Bogdanovic B., Liao S-T, Schwickardi M, Sikorsky P., Spliethoff B., Angewandte Chemie International Edition in English, 19,(1980), 10, 818 – 819,
    doi:10.1002/anie.198008181
  13. ↑ The Preparation of the Hydrides of Zinc, Cadmium, Beryllium, Magnesium and Lithium by the Use of Lithium Aluminum Hydride, Barbaras G.D., Dillard C., Finholt A. E., Wartik T, Wilzbach K. E., Schlesinger H. I., J. Am. Chem. Soc.; 1951; 73(10); 4585-4590,
    doi:10.1021/ja01154a025
  14. ↑ Infrared Spectra of Magnesium Hydride Molecules, Complexes, and Solid Magnesium Dihydride, Xuefeng Wang and Lester Andrews, J. Phys. Chem. A, 108 (52), 11511 -11520, 2004. doi:10.1021/jp046410h
  15. ↑ 15,0 15,1 Hydrogen-storage materials for mobile applications, L. Schlapbach and A. Züttel, Nature 414, 353 (2001).
    doi:10.1038/35104634
    [1] Αρχειοθετήθηκε 2005-01-15 στο Wayback Machine.
  16. ↑ J Huot Hydrogen in Metals (2002) in New Trends in Intercalation Compounds for Energy Storage, Christian Julien, J. P. Pereira-Ramos, A. Momchilov, Springer, ISBN 1-4020-0594-6
  17. ↑ Sakintuna, B.; F. Lamaridarkrim, M. Hirscher (2007). «Metal hydride materials for solid hydrogen storage: A review». International Journal of Hydrogen Energy 32: 1121-1140. doi:10.1016/j.ijhydene.2006.11.022. http://dx.doi.org/10.1016/j.ijhydene.2006.11.022. 
  18. ↑ Smith, Kyle; Fisher, Timothy; Waghmare, Umesh; Grau-Crespo, Ricardo (2010). «Dopant-vacancy binding effects in Li-doped magnesium hydride». Physical Review B 82 (13). doi:10.1103/PhysRevB.82.134109. ISSN 1098-0121. 
  19. ↑ Liang, G.; Huot, J.; Boily, S.; Van Neste, A.; Schulz, R. (1999). «Catalytic effect of transition metals on hydrogen sorption in nanocrystalline ball milled MgH2–Tm (Tm=Ti, V, Mn, Fe and Ni) systems». Journal of Alloys and Compounds 292 (1-2): 247–252. doi:10.1016/S0925-8388(99)00442-9. ISSN 09258388. 
  20. ↑ «Διαδικτυακός τόπος greencarcongress». Αρχειοθετήθηκε από το πρωτότυπο στις 14 Οκτωβρίου 2012. Ανακτήθηκε στις 17 Δεκεμβρίου 2012. 
  21. ↑ Διαδικτυακός τόπος google.com/patents[νεκρός σύνδεσμος]