Υδρίδιο του μαγνησίου

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 υδρογόνουCatalytic 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, .

 Δομή και δεσμολογία 

Στη θερμοκρασία δωματίου (T = 20 °C και P = 1 atm) σχηματίζεται το β-MgH2, που έχει δομή ρουτιλίουNeutron 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. Υπάρχουν ακόμη δυο υψηλής πίεσης δομές, το α-MgH2, με δομή α-PbO2 (διοξειδίου του μολύβδου)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 και γ-MgH2Structure 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, . Επιπλέον, έχει χαρακτηριστεί μια άλλη μη στοιχειομετρική δομή MgH(2-δ), αλλά φαίνεται να υπάρχει μόνο για πολύ μικρά σωμάτιαHydrogen 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.  (τα σχετικά ογκώδη σωμάτια MgH2 είναι ουσιαστικά στοιχειομετρικά, εφόσον μπορούν να φιλοξενούν μόνο πολύ μικρές συγκεντρώσεις κενών υδρογόνου).

Η δεσμολογία στη δομή ρουτιλίου περιγράφεται μερικές φορές σαν να είναι ομοιοπολικής φύσης, παρά ως καθαρά ιονικής. 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 επίμηκεςCharge 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, . 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 υδρογόνουInfrared Spectra of Magnesium Hydride Molecules, Complexes, and Solid Magnesium Dihydride, Xuefeng Wang and Lester Andrews, J. Phys. Chem. A, 108 (52), 11511 -11520, 2004. . Το μόριο Mg2H4 έχει μια δομή γέφυρας ανάλογη με το διμερές υδρίδιο του αργιλίου, με μοριακό τύπο Al2H6.

 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 καταλύτηWiberg, Goeltzer, Bauer, 1951, Z. Naturforsch. 6b, 394, (1951):

Ερευνάται η δυνατότητα παραγωγής υδριδίου του μαγνησίου σε χαμηλή θερμοκρασία, με την επίδραση υδρογόνου σε νανοκρυστάλλους μαγνησίου σε σφαιρόμυλουςNanocrystalline magnesium for hydrogen storage, A Zaluska, L Zaluski, JO Ström–Olsen, Journal of Alloys and Compounds, 288, 1-2, 1999, 217-225, .

Άλλες μέθοδοι παραγωγής υδριδίου του μαγνησίου περιλαμβάνουν:

1. Με υδρογόνωση συμπλόκου μαγνησίου - ανθρακενίου (C14H10) κάτω από ήπιες συνθήκεςCatalytic 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, :

2. Με αντίδραση διαιθυλομαγνησίου (Et2Mg) με λιθιοαργιλιοϋδρίδιο (LiAlH4)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, :

 όπου Et αιθύλιο.

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 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:

 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 υδρογόνουHydrogen-storage materials for mobile applications, L. Schlapbach and A. Züttel, Nature 414, 353 (2001). :

 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)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. Αυτό εν μέρει έχει επιτευχθεί με τη μείωση των μεγεθών των αντίστοιχων στερεών σωματίων με τη χρήση σφαιρόμυλου. 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. Μια εφαρμογή (υποψήφια ακόμη για εξέταση) για μια πατέντα στις ΗΠΑ (US 2010/0163434 A1)Διαδικτυακός τόπος google.com/patents 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 

Κατηγορία:Υδρίδια
Κατηγορία:Ενώσεις μαγνησίου