هيدريد المغنيسيوم: الصيغة والبنية والخصائص - كيمياء - 2026

و هيدريد المغنيسيوم (MGH ₂ الصيغة الجزيئية)، هو مركب كيميائي يحتوي على وزن الهيدروجين بنسبة 7.66٪، وجدت في الطبيعة كما بيضاء بلورية صلبة. يتم استخدامه بشكل أساسي لإعداد المواد الكيميائية الأخرى ، على الرغم من أنه قد تمت دراسته أيضًا كوسيلة تخزين محتملة للهيدروجين.

إنه ينتمي إلى عائلة الهيدريدات المالحة (أو الأيونية) ، تلك المحددة بواسطة H-ion سالبة الشحنة. تعتبر هذه الهيدريدات تلك التي تتكون من الفلزات القلوية والفلزات القلوية الترابية ، ولكن في حالة المغنيسيوم (والبريليوم) لها روابط تساهمية ، بالإضافة إلى تلك الأيونية التي تميز هذه العائلة من الهيدرات.

نموذج خلية الوحدة لهيدريد المغنيسيوم ، MgH2.

التحضير والصيغة

يتكون هيدريد المغنيسيوم من خلال الهدرجة المباشرة للمغنيسيوم المعدني (Mg) في ظل ظروف الضغط العالي ودرجة الحرارة (200 الغلاف الجوي ، 500 درجة مئوية) مع محفز MgI ₂. رد فعلك يعادل:

ملغ + ح ₂ → ملغ ₂

كما تم فحص إنتاج MgH ₂ في درجات حرارة منخفضة باستخدام المغنيسيوم النانوي المنتج في المطاحن الكروية.

توجد أيضًا طرق تحضير أخرى ، لكنها تمثل تفاعلات كيميائية أكثر تعقيدًا (هدرجة المغنيسيوم - أنثراسين ؛ التفاعل بين ثنائي إيثيل ماغنسيوم مع هيدريد الليثيوم والألمنيوم ؛ وكمنتج من مركب MgH ₂).

التركيب الكيميائي

هذه الذرة لها هيكل روتيلي في درجة حرارة الغرفة ، مع هيكل بلوري رباعي الزوايا. يحتوي على أربعة أشكال مختلفة على الأقل تحت ظروف الضغط العالي ، وقد لوحظ أيضًا هيكل غير متكافئ مع نقص الهيدروجين ؛ هذا الأخير يحدث فقط بكميات صغيرة جدًا من الجسيمات عندما تتشكل.

كما ذكر أعلاه ، فإن الروابط الموجودة في بنية الروتيل لها خصائص تساهمية جزئيًا بدلاً من كونها أيونية بحتة مثل هيدرات الملح الأخرى.

هذا يجعل ذرة المغنيسيوم لها شكل كروي ، مؤين بالكامل ، لكن أيون الهيدريد له هيكل ممدود.

الخصائص الفيزيائية والكيميائية

جسدي - بدني

• 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 26.321 جم / مول ، وكثافة 1.45 جم / سم 3 وله نقطة انصهار تبلغ 327 درجة مئوية.

المواد الكيميائية

• السلائف لتصنيع المواد الكيميائية الأخرى.
• تخزين الهيدروجين كمصدر محتمل للطاقة.
• عامل الاختزال في التخليق العضوي.

من المهم الإشارة إلى أنه لا يمكن إحضار هذا المركب إلى الحالة السائلة ، وعندما يتم إحضاره إلى نقطة الانصهار أو إدخاله في الماء ، فإنه يتحلل. هذا الهيدريد غير قابل للذوبان في الأثير.

إنها مادة شديدة التفاعل وقابلة للاشتعال ، وهي أيضًا قابلة للاشتعال ، أي يمكنها الاشتعال تلقائيًا في الهواء. تمثل هذه الشروط الثلاثة مخاطر أمنية سيتم ذكرها في القسم الأخير من هذه المقالة.

التطبيقات

تخزين الهيدروجين

يتفاعل هيدريد المغنيسيوم بسهولة مع الماء لتكوين غاز الهيدروجين ، من خلال التفاعل الكيميائي التالي:

MgH ₂ + 2H ₂ O → 2H ₂ + Mg (OH) ₂

علاوة على ذلك ، تتحلل هذه المادة عند درجة حرارة 287 درجة مئوية وضغط 1 بار ، على النحو التالي:

MgH ₂ → Mg + H ₂

لذلك ، تم اقتراح استخدام هيدريد المغنيسيوم كوسيط لتخزين الهيدروجين لاستخدامه ونقله.

يُقترح هدرجة ونزع الهيدروجين لكمية من المغنيسيوم المعدني كوسيلة لنقل كميات من الهيدروجين الغازي ، وبالتالي ضمان عدم تسربه أثناء نقله ويمثل طريقة أكثر أمانًا وعملية من استخدام أوعية الضغط العالي..

تفاعلات الهدرجة ونزع الهيدروجين

على الرغم من أن درجة حرارة تحلل هيدريد المغنيسيوم تمثل حدًا لاستخدامه ، فقد تم اقتراح طرق لتحسين حركية تفاعلات الهدرجة ونزع الهيدروجين. أحدها هو تقليل حجم جسيم المغنيسيوم باستخدام طواحين الكرة.

طين

علاوة على ذلك ، تم اقتراح نظام ينتج هيدريد المغنيسيوم على شكل حمأة (أكثر أمانًا وأكثر قابلية للإدارة من المسحوق أو الجسيمات الصلبة الأخرى) ، والتي يمكن أن تتفاعل مع الماء للحصول على الهيدروجين المطلوب.

تشير التقديرات إلى أن الحمأة المذكورة أعلاه ستتكون من هيدريد أرضي ناعم ، محمي بطبقة واقية من الزيوت ومعلق في عوامل تشتيت للتأكد من أنها تحافظ على تناسقها دون فقد المواد ، وأنها لا تمتص الرطوبة من البيئة.

تتميز هذه الحمأة بإمكانية ضخها من خلال أي مضخة ديزل أو بنزين أو مياه مشتركة ، مما يجعل هذا الاقتراح اقتصاديًا وفعالًا.

خلايا الوقود

يمكن استخدام 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 استخدام الهيدروجين كوقود إيجاد أنظمة تخزين آمنة وقابلة للانعكاس بقدرات حجمية عالية (كمية الهيدروجين لكل وحدة حجم) وقياس الجاذبية (كمية الهيدروجين لكل وحدة كتلة).

الألكلة

الألكلة (إضافة CH ₃ R ألكيل الجماعات) من المركبات العضوية في وسط قاعدي، حيث توجد بتركيزات منخفضة وعند درجة حرارة أعلى من درجة انصهار هيدريد -OH المجموعات.

في هذه الحالة ، ترتبط الهيدروجين الموجودة في هيدريد المغنيسيوم (MgH ₂) بمجموعات -OH ، مكونة الماء. يمكن أن يتلقى المغنيسيوم الحر الهالوجين الذي غالبًا ما يصاحب جزيء الألكيل الذي يهدف إلى الارتباط بسلسلة الهيدروكربون.

المخاطر

رد فعل مع الماء

كما ذكرنا سابقًا ، فإن هيدريد المغنيسيوم مادة تتفاعل بسهولة شديدة وعنف مع الماء ، مما يوفر القدرة على الانفجار بتركيزات أعلى.

يحدث هذا لأن تفاعله الطارد للحرارة يولد حرارة كافية لإشعال غاز الهيدروجين المنطلق في تفاعل التحلل ، مما يؤدي إلى تفاعل تسلسلي خطير نوعًا ما.

إنه تلقائي الاشتعال

هيدريد المغنيسيوم هو أيضًا قابل للاشتعال ، مما يعني أنه يمكن أن يشتعل تلقائيًا في وجود الهواء الرطب ، مكونًا أكسيد المغنيسيوم والماء.

لا ينصح بالاستنشاق في الحالة الصلبة أو ملامسة أبخرتها: المادة في حالتها الطبيعية ومنتجات التحلل يمكن أن تسبب إصابات خطيرة أو حتى الموت.

يمكن أن تولد محاليل أكالة عند ملامستها للماء وتلوثه. لا ينصح بالتلامس مع الجلد والعينين ، كما أنه يسبب تهيج الأغشية المخاطية.

لم يثبت أن هيدريد المغنيسيوم يسبب آثارًا صحية مزمنة ، مثل السرطان أو العيوب التناسلية أو غيرها من العواقب الجسدية أو العقلية ، ولكن يوصى باستخدام معدات الحماية عند التعامل معها (خاصة أجهزة التنفس أو الأقنعة ، نظرًا لاحتوائها على شخصية مسحوق ناعم).

عند العمل بهذه المادة ، حافظ على رطوبة الهواء عند مستويات منخفضة ، وأطفئ جميع مصادر الاشتعال وانقلها في براميل أو حاويات أخرى.

يجب دائمًا تجنب العمل بتركيزات كبيرة من هذه المادة عندما يمكن تجنب ذلك ، حيث تقل احتمالية حدوث انفجار بشكل كبير.

في حالة حدوث انسكاب من هيدريد المغنيسيوم ، يجب عزل منطقة العمل وجمع الغبار باستخدام أداة تفريغ. يجب ألا تستخدم طريقة المسح الجاف ؛ يزيد من فرص حدوث تفاعل مع الهيدريد.

المراجع

1. Zumdahl ، SS (1998). موسوعة بريتانيكا. مأخوذة من britannica.com.
2. بوبكيم. (2005). قاعدة بيانات PubChem للكيمياء المفتوحة. مأخوذة من pubchem.ncbi.nlm.nih.gov.
3. الهيدروجين الآمن ، L. (2006). مؤتمر السيارات الخضراء. مأخوذة من greencarcongress.com.
4. المواد الكيميائية ، C. (nd). كاميو كيماويات. مأخوذة من comeochemicals.noaa.gov.
5. الخدمات ، نيوجيرسي (1987). إدارة نيو جيرسي للصحة وخدمات كبار السن. مأخوذة من nj.gov.