MAGNÉZIUM-FLUORID: SZERKEZET, TULAJDONSÁGOK, SZINTÉZIS, FELHASZNÁLÁSOK - KÉMIA - 2025

A magnézium-fluorid egy szervetlen só, amelynek képlete színtelen MgF M. A természetben ásványi sellaitként található meg. Nagyon magas olvadáspontú és vízben nagyon rosszul oldódik. Viszonylag inert, mert például a kénsavval reakciója lassú és hiányos, és ellenáll a hidrogén-fluorid-hidrogén-hidrolízissel (HF) történő hidrolízisnek 750 ° C-ig.

Ez egy vegyület, amelyet kis mértékben érint a nagy energia sugárzás. Ezen felül alacsony törésmutatóval, magas korrózióállósággal, jó hőstabilitással, jelentős keménységgel és kiváló látható, UV (ultraibolya) és IR (infravörös) fényátbocsátási tulajdonságokkal rendelkezik.

Ezek a tulajdonságok teszik kitűnő teljesítményt az optikai területen, továbbá hasznos anyagmá teszik katalizátor hordozóként, bevonó elemként, fényvisszaverő lencsékként és ablakokként infravörös átvitelhez, többek között az alkalmazások számára.

Szerkezet

A kémiai úton előállított magnézium-fluorid kristályszerkezete megegyezik a természetes ásványi sellait szerkezetével. Kristályosodik a tetragonális rendszer dipiramidális osztályában.

A magnéziumionok (Mg2 +) egy középső tetragonális rácstérben helyezkednek el, míg a fluoridionok (F-) ugyanabban a síkban találhatók, mint az Mg2 + szomszédaikhoz társítva, párosítva egymással. Az Mg2 + és az F-ionok közötti távolság 2,07 Å (angströmek) (2,07 × 10-10m).

Kristálykoordinációja 6: 3. Ez azt jelenti, hogy minden Mg2 + -ionot 6 F-ion vesz körül, és mindegyik F-iont 3 Mg2 + 5-ion vesz körül.

A szerkezet nagyon hasonlít az ásványi rutilééhoz, amely a titán-dioxid (TiO2) természetes formája, és amelynek számos közös kristálytani tulajdonsága van.

Az előállítás során a magnézium-fluorid nem válik ki amorf szilárd anyagként, mivel az Mg2 + és az F-ionok általában nem képeznek polimer komplexeket oldatban.

Tulajdonságok

Érdekes megjegyezni, hogy a magnézium-fluorid kettős törésű anyag. Ez egy optikai tulajdonság, amely lehetővé teszi a beeső fénysugár két különálló sugara felosztását, amelyek különböző sebességgel és hullámhosszon terjednek.

Néhány tulajdonságát az 1. táblázat tartalmazza.

1. táblázat: A magnézium-fluorid fizikai és kémiai tulajdonságai.

Szintézis és előállítás

Különféle módon állítható elő, beleértve a következőket:

1 - magnézium-oxid (MgO) vagy magnézium-karbonát (MgCO3) és hidrogén-fluorid (HF) 2 reakciójával:

MgO + 2 HF MgF2 + H2O

MgCO3 + 2 HF MgF2 + CO2 + H2O

2 - Magnézium-karbonát és ammónium-bifluorid (NH4HF2) reakciójával, szilárd állapotban, 150–400 ° C hőmérsékleten:

150-400ºC

MgCO3 + NH4HF2 MgF2 + NH3 + CO2 + H2O

3-Magnézium-karbonát és ammónium-fluorid (NH4F) vizes oldatának melegítése ammónium-hidroxid (NH4OH) jelenlétében 60 ° C-on 2:

60 ° C, NH4OH

MgCO3 + 3 NH4F NH4MgF3 + (NH4) 2CO3

A kapott magnézium-ammónium-fluorid (NH4MgF3) csapadékot ezután 620 ° C-on melegítjük 4 órán át, hogy magnézium-fluoridot kapjunk:

620ºC

NH4MgF3 MgF2 + NH3 + HF

4-melléktermékként berillium (Be) és urán (U) előállítását. A kívánt elem fluoridját fém-magnéziummal melegítik egy MgF2 2 bevonatú tégelyben:

BeF2 + Mg Be + MgF2

5-Magnézium-klorid (MgCl2) reakciója ammónium-fluoriddal (NH4F) vizes oldatban szobahőmérsékleten 3:

25ºC, H2O

MgCl2 + 2 NH4F MgF2 + 2NH4Cl

Mivel az MgF2 előállítási módszerei drágák, megkísérelik azt gazdaságosabban megszerezni, amelyek közül kiemelkedik a tengervízből történő előállítás módja.

Ezt az jellemzi, hogy elegendő mennyiségű fluoridiont (F-) adunk a tengervízhez, amelyben bőséges magnéziumion-koncentráció (Mg2 +) van, ezáltal elősegítve az MgF2 kicsapódását.

A magnézium-fluorid optikai kristályokat kiváló minőségű MgF2 por meleg sajtolásával nyerik, amelyet például az NH4HF2 módszerrel állítanak elő.

Számos módszer létezik a magnézium-fluorid-anyagok előállítására, például egykristályos növekedés, szinterezés (sajtolással sajtoláshoz vagy formázáshoz) nyomás nélkül, meleg sajtolás és mikrohullámú szinterelés.

Alkalmazások

Optika

Az MgF2 kristályok optikai alkalmazásokra alkalmasak, mivel átlátszóak az UV-régiótól a középső IR-tartományhoz 2.10.

Inert filmként az optikai és elektronikus anyagok fényátbocsátási tulajdonságainak megváltoztatására szolgál. Az egyik fő alkalmazás a VUV optika az űrkutatási technológiához.

Kettős törés tulajdonsága miatt ez az anyag hasznos az polarizációs optikában, az Excimer Laser ablakában és prizmájában (egy olyan szemészeti műtéten használt ultraibolya lézer).

Meg kell jegyezni, hogy a vékonyrétegű optikai anyagok gyártásában használt magnézium-fluoridnak szennyeződésektől vagy oxidforrástól mentes vegyületektől mentesnek kell lennie, például víz (H2O), hidroxid-ionok (OH-), karbonát-ionok (CO3 =), szulfát-ionok (SO4 =) és hasonlók 12.

Katalízis vagy a reakciók gyorsulása

Az MgF2-t sikeresen alkalmazták katalizátorként a klór-eltávolítás és a hidrogén hozzáadása reakciójában a CFC-kben (klorofluor-szénhidrogének), ismert aeroszol hűtőközegekben és hajtóanyagokban, és felelősek a légkör ózonrétegének károsodásáért.

A kapott vegyületek, a HFC (fluorozott szénhidrogének) és a HCFC (hidroklorid-fluorozott szénhidrogének), nem mutatják ezt a káros hatást a légkörre.

Használhatónak bizonyult a szerves vegyületek hidrogénező kéntelenítésében (kén eltávolítása) is.

Egyéb felhasználások

A grafit, a fluor és az MgF2 interkalációjával előállított anyagok magas elektromos vezetőképességgel bírnak, ezért javasolták őket katódokban és elektromosan vezető anyagokként történő felhasználásra.

A NaF és az MgF2 által alkotott eutektikumnak látens hő formájában van energiatároló tulajdonságai, ezért fontolják meg a napenergia rendszerekben való felhasználását.

A biokémia területén a magnézium-fluoridot, más fém-fluoridokkal együtt, enzimek foszforil-transzfer reakcióinak gátlására használják.

Az utóbbi időben az MgF2 nanorészecskéket sikeresen tesztelték gyógyszer-szállító vektorként a beteg sejtekben a rák kezelésére.

Irodalom

1. Buckley, HE és Vernon, WS (1925) XCIV. A magnézium-fluorid kristályszerkezete. Philosoph Magazine Series 6, 49: 293, 945-951.
2. Kirk-Othmer (1994). Encyclopedia of Chemical Technology, 11. kötet, ötödik kiadás, John Wiley & Sons. ISBN 0-471-52680-0 (v.11).
3. Peng, Minhong; Cao, Weiping; és Song, Jinhong. (2015). Az MgF2 áttetsző kerámia előállítása meleg sajtolású szinterezéssel. A Wuhani Technológiai Egyetem folyóiratának-Mater: Sci. Ed. Kötet, 30. szám, 4. szám.
4. Непоклонов, И.С. (2011). Magnézium-fluorid. Forrás: Saját munka.
5. Wojciechowska, Maria; Zielinski, Michal; és Pietrowski, Mariusz. (2003). MgF2 nem hagyományos katalizátor hordozóként. Journal of Fluorine Chemistry, 120 (2003) 1-11.
6. Korth Kristalle GmbH. (2019). Magnézium-fluorid (MgF2). Beolvasva 2019-07-12, a következő helyen: korth.de
7. Sevonkaev, Igor és Matijevic, Egon. (2009). Különböző morfológiájú magnézium-fluorid részecskék képződése. Langmuir 2009, 25 (18), 10534-10539.
8. Непоклонов, И.С. (2013). Magnézium-fluorid. Forrás: Saját munka.
9. Tao Qin, Peng Zhang és Weiwei Qin. (2017). Új módszer alacsony költségű magnézium-fluorid gömbök tengervízből történő szintetizálására. Ceramics International 43 (2017) 14481-14483.
10. Ullmann ipari kémia enciklopédia (1996) ötödik kiadása. A11. VCH Verlagsgesellschaft mbH. New York. ISBN 0-89573-161-4.
11. NASA (2013). A Hubble Űrtávcső elsődleges tükörét ellenőrző mérnökök 8109563. Forrás: mix.msfc.nasa.gov