FLUORURA DE MAGNEZIU: STRUCTURĂ, PROPRIETĂȚI, SINTEZĂ, UTILIZĂRI - CHIMIE

Fluorura de magneziu este o sare anorganică având chimic formula incolor MgF₂. Se găsește în natură ca sellaitul mineral. Are un punct de topire foarte ridicat și este foarte slab solubil în apă. Este relativ inertă, deoarece, de exemplu, reacția sa cu acidul sulfuric este lentă și incompletă și rezistă la hidroliză cu acid fluorhidric (HF) până la 750ºC.

Este un compus puțin afectat de radiațiile cu energie mare. În plus, are un indice de refracție scăzut, rezistență mare la coroziune, stabilitate termică bună, duritate semnificativă și proprietăți de transmisie de lumină UV (ultraviolete) și IR (infraroșii) excelente.

Aceste proprietăți îl fac să aibă o performanță excelentă în câmpul optic și, în plus, îl fac un material util ca suport catalizator, element de acoperire, lentile anti-reflectoare și ferestre pentru transmisie infraroșu, printre alte aplicații.

Structura

Structura cristalină a fluorurii de magneziu preparate chimic este de același tip ca cea a sellaitei minerale naturale. Se cristalizează în clasa dipiramidală a sistemului tetragonal.

Ionii de magneziu (Mg2 +) sunt localizați într-un spațiu tetragonal centrat, în timp ce ionii de fluor (F-) se găsesc în același plan și sunt asociați cu vecinii lor Mg2 +, grupați în perechi între ei. Distanța dintre ionii Mg2 + și F este de 2,07 Å (angstromi) (2,07 × 10-10 m).

Coordonarea sa cristalină este 6: 3. Aceasta înseamnă că fiecare ion Mg2 + este înconjurat de 6 ioni și fiecare F-ion, la rândul său, este înconjurat de 3 ioni Mg2 + 5.

Structura este foarte similară cu cea a rutilului mineral, care este forma naturală a dioxidului de titan (TiO2), cu care are în comun mai multe proprietăți cristalografice.

În timpul preparării sale, fluorura de magneziu nu precipită ca un solid amorf, deoarece ionii Mg2 + și F-ul nu tind să formeze complexe polimerice în soluție.

Proprietăți

Este interesant de menționat că fluorura de magneziu este un material birefringent. Aceasta este o proprietate optică care permite o rază de lumină incidentă să fie împărțită în două raze separate care se propagă la viteze și lungimi de undă diferite.

Unele dintre proprietățile sale sunt prezentate în tabelul 1.

Tabelul 1. Proprietățile fizice și chimice ale fluorurii de magneziu.

Sinteză și pregătire

Poate fi pregătit în diferite moduri, inclusiv următoarele:

1-Prin reacția dintre oxidul de magneziu (MgO) sau carbonatul de magneziu (MgCO3) cu acidul fluorhidric (HF) 2:

MgO + 2 HF MgF2 + H2O

MgCO3 + 2 HF MgF2 + CO2 + H2O

2-Prin reacția dintre carbonatul de magneziu și bifluorura de amoniu (NH4HF2), ambele în stare solidă, la o temperatură între 150 și 400ºC2:

150-400ºC

MgCO3 + NH4HF2 MgF2 + NH3 + CO2 + H2O

3-Încălzirea unei soluții apoase de carbonat de magneziu și fluorură de amoniu (NH4F) în prezența hidroxidului de amoniu (NH4OH) la 60ºC 2:

60 ° C, NH4OH

MgCO3 + 3 NH4F NH4MgF3 + (NH4) 2CO3

Precipitatul rezultat de fluorură de magneziu de amoniu (NH4MgF3) este apoi încălzit la 620 ° C timp de 4 ore pentru a obține fluorură de magneziu:

620ºC

NH4MgF3 MgF2 + NH3 + HF

4-Ca produs secundar pentru obținerea beriliu (Be) și uraniu (U). Fluorura elementului dorit este încălzită cu magneziu metalic într-un creuzet acoperit cu MgF2 2:

BeF2 + Mg Be + MgF2

5-Reacționând clorura de magneziu (MgCl2) cu fluorură de amoniu (NH4F) în soluție apoasă la temperatura camerei 3:

25ºC, H2O

MgCl2 + 2 NH4F MgF2 + 2NH4Cl

Deoarece metodele de preparare a MgF2 sunt costisitoare, există încercări de a-l obține mai economic, printre care se evidențiază metoda de producere a acesteia din apa de mare.

Aceasta se caracterizează prin adăugarea unei cantități suficiente de ioni de fluor (F-) în apa de mare, care are o concentrație abundentă de ioni de magneziu (Mg2 +), favorizând astfel precipitațiile de MgF2.

Cristalele optice de fluorură de magneziu sunt obținute prin presarea la cald a pulberii MgF2 de înaltă calitate, obținute de exemplu prin metoda NH4HF2.

Există multe tehnici pentru prepararea materialelor cu fluor de magneziu, cum ar fi creșterea cu un singur cristal, sinterizarea (compactarea la mucegai sau modelarea) fără presiune, presare la cald și sinterizare cu microunde.

Aplicații

Optica

Cristalele MgF2 sunt potrivite pentru aplicații optice, deoarece sunt transparente de la regiunea UV la regiunea IR medie 2.10.

Ca un film inert, este utilizat pentru a modifica proprietățile de transmitere a luminii materialelor optice și electronice. Una dintre principalele aplicații este în optica VUV pentru tehnologia de explorare a spațiului.

Datorită proprietății sale de birefringență, acest material este util în optica de polarizare, în ferestre și prisme ale laserului Excimer (un tip de laser ultraviolet utilizat în chirurgia ochilor).

Trebuie menționat că fluorura de magneziu folosită la fabricarea materialelor optice cu film subțire trebuie să fie lipsită de impurități sau compuși care sunt o sursă de oxid, cum ar fi apa (H2O), ionii de hidroxid (OH-), ionii de carbonat (CO3 = ), ioni sulfați (SO4 =) și altele asemenea 12.

Cataliză sau accelerare a reacțiilor

MgF2 a fost utilizat cu succes ca suport catalizator pentru reacția de îndepărtare a clorului și adăugarea de hidrogen în CFC (clorofluorocarburi), agenți de răcire și propulsanți de aerosoli cunoscuți și responsabil pentru deteriorarea stratului de ozon din atmosferă.

Compușii rezultați, HFC (hidrofluorocarburi) și HCFC (clorofluorocarburi), nu au acest efect nociv asupra atmosferei 5.

De asemenea, s-a dovedit utilă ca suport catalizator pentru hidrodesulfurizarea (îndepărtarea sulfului) a compușilor organici.

Alte utilizări

Materialele generate de intercalarea grafitului, fluorului și MgF2 au o conductivitate electrică ridicată, motiv pentru care au fost propuse pentru utilizare în catode și ca materiale electroconductive.

Eutecticul format din NaF și MgF2 are proprietăți de stocare a energiei sub formă de căldură latentă, motiv pentru care a fost considerat pentru utilizare în sistemele de energie solară.

În zona biochimiei, fluorura de magneziu, împreună cu alte fluoruri metalice, sunt utilizate pentru a inhiba reacțiile de transfer de fosforil în enzime.

Recent, nanoparticulele MgF2 au fost testate cu succes ca vectori de administrare de medicamente în celulele bolnave pentru tratamentul cancerului.

Referințe

Buckley, HE și Vernon, WS (1925) XCIV. Structura cristalină a fluorurii de magneziu. Revista filosofică seria 6, 49: 293, 945-951.
Kirk-Othmer (1994). Enciclopedia tehnologiei chimice, volumul 11, ediția a cincea, John Wiley & Sons. ISBN 0-471-52680-0 (v.11).
Peng, Minhong; Cao, Weiping; și Song, Jinhong. (2015). Prepararea ceramicii translucide MgF2 prin presare la cald. Journal of Wuhan University of Technology-Mater: Ed. Sci. Vol. 30 No. 4.
Непоклонов, И.С. (2011). Fluorură de magneziu. Sursa: Lucrare proprie.
Wojciechowska, Maria; Zielinski, Michal; și Pietrowski, Mariusz. (2003). MgF2 ca suport catalizator neconvențional. Journal of Fluorine Chemistry, 120 (2003) 1-11.
Korth Kristalle GmbH. (2019). Fluorură de magneziu (MgF2). Adus 2019-07-12 la adresa: korth.de
Sevonkaev, Igor și Matijevic, Egon. (2009). Formarea particulelor de fluor de magneziu ale diferitelor morfologii. Langmuir 2009, 25 (18), 10534-10539.
Непоклонов, И.С. (2013). Fluorură de magneziu. Sursa: Lucrare proprie.
Tao Qin, Peng Zhang și Weiwei Qin. (2017). O metodă inedită pentru a sintetiza sferele scăzute de fluorură de magneziu din apa de mare. Ceramics International 43 (2017) 14481-14483.
Enciclopedia de chimie industrială a lui Ullmann (1996) Ediția a cincea. Volumul A11. VCH Verlagsgesellschaft mbH. New York. ISBN 0-89573-161-4.
NASA (2013). Ingineri care inspectează oglinda primară a telescopului spațial Hubble 8109563. Sursa: mix.msfc.nasa.gov

FLUORURA DE MAGNEZIU: STRUCTURĂ, PROPRIETĂȚI, SINTEZĂ, UTILIZĂRI - CHIMIE - 2025