MAGNESIUMFLUORID: STRUKTUR, EGENSKABER, SYNTESE, ANVENDELSER - KEMI - 2025

Den magnesiumfluorid er et uorganisk salt med den kemiske formel farveløs MgF₂. Det findes i naturen som mineralet sellaite. Det har et meget højt smeltepunkt og er meget dårligt opløseligt i vand. Den er relativt inert, da dens reaktion med svovlsyre for eksempel er langsom og ufuldstændig, og den modstår hydrolyse med fluoridsyre (HF) op til 750 ° C.

Det er en forbindelse, der er lidt påvirket af højenergistråling. Derudover har den et lavt brydningsindeks, høj korrosionsbestandighed, god termisk stabilitet, betydelig hårdhed og fremragende synlige UV- (ultraviolette) og IR (infrarøde) lysoverførselsegenskaber.

Disse egenskaber gør, at den har en fremragende ydelse i det optiske felt, og gør det endvidere til et nyttigt materiale som katalysatorbærer, coatingelement, antireflekterende linser og vinduer til infrarød transmission, blandt andre anvendelser.

Struktur

Den krystallinske struktur af kemisk fremstillet magnesiumfluorid er af samme type som den naturlige mineralselit. Det krystalliserer i den dipyramidale klasse af det tetragonale system.

Magnesiumioner (Mg2 +) er placeret i et centreret tetragonalt gitterrum, mens fluorioner (F-) findes i det samme plan som og er forbundet med deres Mg2 + naboer, grupperet parvis med hinanden. Afstanden mellem Mg2 + og F- ioner er 2,07 Å (angstroms) (2,07 × 10-10m).

Hans krystalkoordination er 6: 3. Dette betyder, at hver Mg2 + -ion er omgivet af 6 F-ioner, og hver F-ion på sin side er omgivet af 3 Mg2 + 5-ioner.

Strukturen ligner meget strukturen for mineralet rutil, som er den naturlige form af titandioxid (TiO2), som det har flere krystallografiske egenskaber til fælles.

Under sin produktion præcipiterer magnesiumfluorid ikke som et amorft fast stof, da Mg2 + og F-ioner ikke har tendens til at danne polymere komplekser i opløsning.

Ejendomme

Det er interessant at bemærke, at magnesiumfluorid er et birefringent materiale. Dette er en optisk egenskab, der gør det muligt at opdele en indfaldende lysstråle i to separate stråler, der forplantes med forskellige hastigheder og bølgelængder.

Nogle af dens egenskaber er vist i tabel 1.

Tabel 1. Fysiske og kemiske egenskaber ved magnesiumfluorid.

Syntese og forberedelse

Det kan tilberedes på forskellige måder, herunder følgende:

1-Gennem reaktionen mellem magnesiumoxid (MgO) eller magnesiumcarbonat (MgCO3) med hydrofluorsyre (HF) 2:

MgO + 2 HF MgF2 + H2O

MgCO3 + 2 HF MgF2 + CO2 + H2O

2-Ved reaktion mellem magnesiumcarbonat og ammoniumbifluorid (NH4HF2), begge i fast tilstand, ved en temperatur mellem 150 og 400 ° C2:

150-400ºC

MgCO3 + NH4HF2 MgF2 + NH3 + CO2 + H20

3-Opvarmning af en vandig opløsning af magnesiumcarbonat og ammoniumfluorid (NH4F) i nærvær af ammoniumhydroxid (NH4OH) ved 60 ° C:

60 ° C, NH40H

MgCO3 + 3 NH4F NH4MgF3 + (NH4) 2CO3

Det resulterende bundfald af magnesiumammoniumfluorid (NH4MgF3) opvarmes derefter til 620 ° C i 4 timer til opnåelse af magnesiumfluorid:

620ºC

NH4MgF3 MgF2 + NH3 + HF

4-Som et biprodukt til opnåelse af beryllium (Be) og uran (U). Fluoridet i det ønskede element opvarmes med metallisk magnesium i en digel belagt med MgF2 2:

BeF2 + Mg Be + MgF2

5-reagerende magnesiumchlorid (MgCl2) med ammoniumfluorid (NH4F) i vandig opløsning ved stuetemperatur 3:

25ºC, H2O

MgCl2 + 2 NH4F MgF2 + 2NH4Cl

Da fremgangsmåderne til fremstilling af MgF2 er dyre, er der forsøg på at opnå det mere økonomisk, blandt hvilke fremgangsmåden til fremstilling af det fra havvand skiller sig ud.

Dette er karakteriseret ved at tilsætte en tilstrækkelig mængde fluorioner (F-) til havvand, som har en rigelig koncentration af magnesiumioner (Mg2 +), hvilket således favoriserer udfældningen af ​​MgF2.

Optiske krystaller af magnesiumfluorid opnås ved varmpresning af høj kvalitet MgF2-pulver, opnået for eksempel ved NH4HF2-metoden.

Der er mange teknikker til fremstilling af magnesiumfluoridmaterialer, såsom enkeltkrystallvækst, sintring (komprimering til formning eller formning) uden tryk, varmpresning og mikrobølge sintring.

Applikationer

Optik

MgF2-krystaller er egnede til optiske applikationer, fordi de er transparente fra UV-regionen til det midterste IR-område 2.10.

Som en inert film bruges den til at ændre lystransmissionsegenskaber for optiske og elektroniske materialer. En af de vigtigste applikationer er inden for VUV-optik til teknologi til rumforskning.

På grund af dets egenskaber med dobbeltbrydning er dette materiale nyttigt i polarisationsoptik, i vinduer og prismer af Excimer Laser (en type ultraviolet laser, der bruges i øjenkirurgi).

Det skal bemærkes, at magnesiumfluoridet, der anvendes til fremstilling af tyndfilm-optiske materialer, skal være fri for urenheder eller forbindelser, der er kilder til oxid, såsom vand (H2O), hydroxidioner (OH-), carbonationer (CO3 =), sulfationer (SO4 =) og lignende 12.

Katalyse eller acceleration af reaktioner

MgF2 er blevet brugt med succes som en katalysatorbærer til reaktionen af ​​chlorfjernelse og brint tilsætning i CFC'er (chlorofluorcarbons), kendte aerosolkølemidler og drivmidler og ansvarlig for skaden på atmosfærens ozonlag.

De resulterende forbindelser, HFC (hydrofluorcarbons) og HCFC (hydrochlorofluorcarbons), giver ikke denne skadelige virkning på atmosfæren 5.

Det har også vist sig at være nyttigt som katalysatorbærer til hydroafsvovling (fjernelse af svovl) af organiske forbindelser.

Andre anvendelser

De materialer, der genereres ved sammenkalkning af grafit, fluor og MgF2, har høj elektrisk ledningsevne, hvorfor de er blevet foreslået til anvendelse i katoder og som elektroledende materialer.

Eutektikken dannet af NaF og MgF2 har energilagringsegenskaber i form af latent varme, hvorfor det er blevet overvejet til brug i solenergisystemer.

Inden for biokemi bruges magnesiumfluorid sammen med andre metalfluorider til at hæmme phosphoryloverførselsreaktioner i enzymer.

For nylig er MgF2-nanopartikler blevet testet med succes som medikamentleveringsvektorer i syge celler til behandling af kræft.

Referencer

1. Buckley, HE og Vernon, WS (1925) XCIV. Krystallstrukturen af ​​magnesiumfluorid. Philosophical Magazine Series 6, 49: 293, 945-951.
2. Kirk-Othmer (1994). Encyclopedia of Chemical Technology, bind 11, femte udgave, John Wiley & Sons. ISBN 0-471-52680-0 (v.11).
3. Peng, Minhong; Cao, Weiping; og Song, Jinhong. (2015). Fremstilling af MgF2 gennemskinnelig keramik ved varmpresning af sintering. Tidsskrift for Wuhan University of Technology-Mater: Sci. Udg. Bind 30 nr. 4.
4. Непоклонов, И.С. (2011). Magnesiumfluorid. Kilde: Eget arbejde.
5. Wojciechowska, Maria; Zielinski, Michal; og Pietrowski, Mariusz. (2003). MgF2 som en ikke-konventionel katalysatorbærer. Journal of Fluorine Chemistry, 120 (2003) 1-11.
6. Korth Kristalle GmbH. (2019). Magnesiumfluorid (MgF2). Hentet 2019-07-12 på: korth.de
7. Sevonkaev, Igor og Matijevic, Egon. (2009). Dannelse af magnesiumfluoridpartikler med forskellige morfologier. Langmuir 2009, 25 (18), 10534-10539.
8. Непоклонов, И.С. (2013). Magnesiumfluorid. Kilde: Eget arbejde.
9. Tao Qin, Peng Zhang og Weiwei Qin. (2017). En ny metode til at syntetisere billige magnesiumfluoridkugler fra havvand. Keramik International 43 (2017) 14481-14483.
10. Ullmanns Encyclopedia of Industrial Chemistry (1996) Femte udgave. Volumen A11. VCH Verlagsgesellschaft mbH. New York. ISBN 0-89573-161-4.
11. NASA (2013). Ingeniører, der inspicerer Hubble-rumteleskopets primære spejl 8109563. Kilde: mix.msfc.nasa.gov