MAGNEZIJEV FLUORID: STRUKTURA, LASTNOSTI, SINTEZA, UPORABE - KEMIJA - 2025

Magnezijevega fluorida je anorganska sol, ki ima v kemijsko formulo brezbarvna MgF₂. V naravi ga najdemo kot mineralni selait. Ima zelo visoko tališče in je v vodi zelo slabo topen. Je sorazmerno inerten, saj je na primer njegova reakcija z žveplovo kislino počasna in nepopolna in se upira hidrolizi s fluorovodikovo kislino (HF) do 750 ° C.

To je spojina, ki jo malo vpliva visoko energijsko sevanje. Poleg tega ima nizek indeks loma, visoko odpornost proti koroziji, dobro toplotno stabilnost, znatno trdoto in odlične vidne, UV (ultravijolične) in IR (infrardeče) lastnosti prenosa svetlobe.

Zaradi teh lastnosti ima odlične lastnosti v optičnem polju, poleg tega pa je poleg tega uporaben material kot podpora katalizatorju, prevlečni element, odsevne leče in okna za infrardeči prenos.

Struktura

Kristalna struktura kemično pripravljenega magnezijevega fluorida je iste vrste kot naravni mineralni selait. Kristalizira v dipiramidalnem razredu tetragonalnega sistema.

Magnezijevi ioni (Mg2 +) se nahajajo v centriranem tetragonalnem rešetkastem prostoru, medtem ko se fluoridni ioni (F-) nahajajo v isti ravnini kot in so povezani s svojimi sosedi Mg2 +, razvrščeni v pari med seboj. Razdalja med Mg2 + in Fioni je 2,07 A (angstromi) (2,07 × 10-10 m).

Njegova kristalna koordinacija je 6: 3. To pomeni, da je vsak ion Mg2 + obkrožen s 6 F-ioni, vsak Fion pa je obdan s 3 ioni Mg2 + 5.

Sestava je zelo podobna strukturi mineralnega rutila, ki je naravna oblika titanovega dioksida (TiO2), s katerim ima več skupnih kristalografskih lastnosti.

Med proizvodnjo magnezijev fluorid ne obori kot amorfna trdna snov, saj Mg2 + in F-ioni v raztopini ne tvorijo polimernih kompleksov.

Lastnosti

Zanimivo je, da je magnezijev fluorid dvorezen material. To je optična lastnost, ki omogoča, da se vpadni svetlobni žarek razdeli na dva ločena žarka, ki se širita z različno hitrostjo in valovno dolžino.

Nekatere njegove lastnosti so predstavljene v tabeli 1.

Tabela 1. Fizikalne in kemijske lastnosti magnezijevega fluorida.

Sinteza in priprava

Pripravimo ga lahko na različne načine, vključno z naslednjim:

1-reakcija med magnezijevim oksidom (MgO) ali magnezijevim karbonatom (MgCO3) s fluorovodikovo kislino (HF) 2:

MgO + 2 HF MgF2 + H2O

MgCO3 + 2 HF MgF2 + CO2 + H2O

2-z reakcijo med magnezijevim karbonatom in amonijevim bifluoridom (NH4HF2), oba v trdnem stanju, pri temperaturi med 150 in 400 ° C:

150-400ºC

MgCO3 + NH4HF2 MgF2 + NH3 + CO2 + H2O

3-segrevanje vodne raztopine magnezijevega karbonata in amonijevega fluorida (NH4F) v prisotnosti amonijevega hidroksida (NH4OH) pri 60 ° C 2:

60 ° C, NH4OH

MgCO3 + 3 NH4F NH4MgF3 + (NH4) 2CO3

Nastalo oborino magnezijevega amonijevega fluorida (NH4MgF3) nato 4 ure segrevamo pri 620 ° C, da dobimo magnezijev fluorid:

620ºC

NH4MgF3 MgF2 + NH3 + HF

4-Kot stranski proizvod pridobivanja berilija (Be) in urana (U). Fluor želenega elementa segrejemo s kovinskim magnezijem v lončku, prevlečenem z MgF2 2:

BeF2 + Mg Be + MgF2

5-reakcijski magnezijev klorid (MgCl2) z amonijevim fluoridom (NH4F) v vodni raztopini pri sobni temperaturi 3:

25 ° C, H2O

MgCl2 + 2 NH4F MgF2 + 2NH4Cl

Ker so metode priprave MgF2 drage, obstajajo poskusi, da bi ga dobili bolj ekonomično, med katerimi izstopa metoda njegovega pridobivanja iz morske vode.

Za to je značilno, da v morsko vodo dodamo zadostno količino fluoridnih ionov (F-), ki ima obilno koncentracijo magnezijevih ionov (Mg2 +), kar daje prednost obarjanju MgF2.

Optični kristali magnezijevega fluorida dobimo z vročim stiskanjem visokokakovostnega praška MgF2, ki ga dobimo na primer po metodi NH4HF2.

Obstaja veliko tehnik za pripravo materialov iz magnezijevega fluorida, na primer rast monokristalov, sintranje (stiskanje v kalupe ali oblikovanje) brez pritiska, vročega stiskanja in sintranje v mikrovalovni pečici.

Prijave

Optika

Kristali MgF2 so primerni za optično uporabo, ker so prozorni od UV območja do srednjega IR območja 2.10.

Kot inerten film se uporablja za spreminjanje lastnosti prenosa svetlobe optičnih in elektronskih materialov. Ena glavnih aplikacij je VUV optika za tehnologijo raziskovanja vesolja.

Ta material je zaradi svoje dvofrekventne lastnosti uporaben pri polarizacijski optiki, oknih in prizmah laserja Excimer (vrsta ultravijoličnega laserja, ki se uporablja pri očesni kirurgiji).

Upoštevati je treba, da mora biti magnezijev fluorid, ki se uporablja pri izdelavi tankoplastnih optičnih materialov, nečistoč ali spojin, ki so vir oksida, kot so voda (H2O), hidroksidni ioni (OH-), karbonatni ioni (CO3 = ), sulfatni ioni (SO4 =) in podobni 12.

Kataliza ali pospeševanje reakcij

MgF2 se uspešno uporablja kot katalizator za podporo reakcije odstranjevanja klora in dodatka vodika v CFC-jih (klorofluoroogljikovodikih), znanih aerosolnih hladilnih sredstvih in pogonskih sredstvih ter je odgovoren za poškodbe ozonske plasti ozračja.

Nastale spojine, HFC (hidrofluoroogljikovodiki) in HCFC (hidroklorofluoroogljikovodiki), nimajo tega škodljivega vpliva na ozračje 5.

Prav tako se je izkazal kot uporaben kot podpora katalizatorju za hidrodesulfurizacijo (odstranjevanje žvepla) organskih spojin.

Druge uporabe

Materiali, pridobljeni s prepletanjem grafita, fluora in MgF2, imajo visoko električno prevodnost, zato so bili predlagani za uporabo v katodah in kot elektroprevodni materiali.

Evtektika, ki jo tvorita NaF in MgF2, ima lastnosti shranjevanja energije v obliki latentne toplote, zato je veljala za uporabo v sistemih sončne energije.

Na področju biokemije se magnezijev fluorid skupaj z drugimi kovinskimi fluoridi uporablja za zaviranje reakcij prenosa fosforila v encimih.

V zadnjem času smo nanodelce MgF2 uspešno preskusili kot prenašalce zdravil v obolelih celicah za zdravljenje raka.

Reference

1. Buckley, HE in Vernon, WS (1925) XCIV. Kristalna struktura magnezijevega fluorida. Filozofska revija, serija 6, 49: 293, 945-951.
2. Kirk-Othmer (1994). Enciklopedija kemijske tehnologije, letnik 11, peta izdaja, John Wiley & Sons. ISBN 0-471-52680-0 (v.11).
3. Peng, Minhong; Cao, Weiping; in Song, Jinhong. (2015). Priprava prosojne keramike MgF2 s sintranjem z vročim stiskanjem. Journal of Wuhan University of Technology-Mater: Sci. Ed. Zv. 30 št. 4.
4. Nepoklonov, I.S. (2011). Magnezijev fluorid. Vir: Lastno delo.
5. Wojciechowska, Marija; Zielinski, Michal; in Pietrowski, Mariusz. (2003). MgF2 kot nekonvencionalna podpora katalizatorja. Journal of Fluorine Chemistry, 120 (2003) 1–11.
6. Korth Kristalle GmbH. (2019). Magnezijev fluorid (MgF2). Pridobljeno 2019-07-12 na: korth.de
7. Sevonkaev, Igor in Matijević, Egon. (2009). Nastanek delcev magnezijevega fluorida iz različnih morfologij. Langmuir 2009, 25 (18), 10534-10539.
8. Nepoklonov, I.S. (2013). Magnezijev fluorid. Vir: Lastno delo.
9. Tao Qin, Peng Zhang in Weiwei Qin. (2017). Nova metoda za sintezo kroglic magnezijevega fluorida iz morske vode. Keramika International 43 (2017) 14481-14483.
10. Ullmannova enciklopedija industrijske kemije (1996) Peta izdaja. Zvezek A11. VCH Verlagsgesellschaft mbH. New York. ISBN 0-89573-161-4.
11. NASA (2013). Inženirji, ki pregledajo primarno ogledalo vesoljskega teleskopa Hubble 8109563. Vir: mix.msfc.nasa.gov