FLUOREK MAGNEZU: BUDOWA, WŁAŚCIWOŚCI, SYNTEZA, ZASTOSOWANIA - CHEMIA - 2026

Fluorek magnezu jest sól nieorganiczna o o Wzór chemiczny bezbarwny MgF₂. Występuje w naturze jako sellait mineralny. Ma bardzo wysoką temperaturę topnienia i jest bardzo słabo rozpuszczalny w wodzie. Jest stosunkowo obojętny, ponieważ np. Jego reakcja z kwasem siarkowym przebiega powoli i niecałkowicie oraz jest odporna na hydrolizę kwasem fluorowodorowym (HF) do 750ºC.

Jest to związek mało podatny na promieniowanie o wysokiej energii. Ponadto posiada niski współczynnik załamania światła, wysoką odporność na korozję, dobrą stabilność termiczną, znaczną twardość oraz doskonałe właściwości przepuszczalności światła widzialnego, UV (ultrafioletowego) i IR (podczerwonego).

Te właściwości sprawiają, że ma on doskonałe parametry optyczne, a ponadto jest użytecznym materiałem między innymi jako nośnik katalizatora, element powlekający, soczewki przeciwodblaskowe i okienka do transmisji podczerwieni.

Struktura

Struktura krystaliczna chemicznie otrzymanego fluorku magnezu jest tego samego typu, co struktura naturalnego minerału sellaitu. Krystalizuje w klasie dipiramidalnej układu tetragonalnego.

Jony magnezu (Mg2 +) znajdują się w centralnej tetragonalnej przestrzeni kratowej, podczas gdy jony fluorkowe (F-) znajdują się w tej samej płaszczyźnie, co ich sąsiadów Mg2 + i są z nimi powiązane, zgrupowane w parach. Odległość między jonami Mg2 + i F- wynosi 2,07 A (angstremów) (2,07 × 10-10 m).

Jego koordynacja kryształów to 6: 3. Oznacza to, że każdy jon Mg2 + jest otoczony przez 6 jonów F-, a każdy jon F- jest z kolei otoczony przez 3 jony Mg2 + 5.

Struktura jest bardzo podobna do struktury mineralnego rutylu, który jest naturalną formą dwutlenku tytanu (TiO2), z którym ma kilka wspólnych właściwości krystalograficznych.

Podczas jego produkcji fluorek magnezu nie wytrąca się jako bezpostaciowe ciało stałe, ponieważ jony Mg2 + i F- nie mają tendencji do tworzenia w roztworze kompleksów polimerowych.

Nieruchomości

Warto zauważyć, że fluorek magnezu jest materiałem dwójłomnym. Jest to właściwość optyczna, która umożliwia podzielenie padającego promienia światła na dwa oddzielne promienie, które rozchodzą się z różnymi prędkościami i długościami fal.

Niektóre z jego właściwości przedstawiono w tabeli 1.

Tabela 1. Właściwości fizyczne i chemiczne fluorku magnezu.

Synteza i przygotowanie

Można go przygotować na różne sposoby, w tym:

1-W wyniku reakcji tlenku magnezu (MgO) lub węglanu magnezu (MgCO3) z kwasem fluorowodorowym (HF) 2:

MgO + 2 HF MgF2 + H2O

MgCO3 + 2 HF MgF2 + CO2 + H2O

2-W wyniku reakcji między węglanem magnezu i bifluorkiem amonu (NH4HF2), obie w stanie stałym, w temperaturze między 150 a 400 ° C2:

150-400ºC

MgCO3 + NH4HF2 MgF2 + NH3 + CO2 + H2O

3-Ogrzewanie wodnego roztworu węglanu magnezu i fluorku amonu (NH4F) w obecności wodorotlenku amonu (NH4OH) w temperaturze 60 ° C 2:

60 ° C, NH4OH

MgCO3 + 3 NH4F NH4MgF3 + (NH4) 2CO3

Powstały osad fluorku magnezowo-amonowego (NH4MgF3) jest następnie ogrzewany w temperaturze 620 ° C przez 4 godziny w celu uzyskania fluorku magnezu:

620ºC

NH4MgF3 MgF2 + NH3 + HF

4-Jako produkt uboczny otrzymywania berylu (Be) i uranu (U). Fluorek żądanego pierwiastka jest podgrzewany metalicznym magnezem w tyglu pokrytym MgF2 2:

BeF2 + Mg Be + MgF2

5-reaktywny chlorek magnezu (MgCl2) z fluorkiem amonu (NH4F) w roztworze wodnym w temperaturze pokojowej 3:

25ºC, H2O

MgCl2 + 2 NH4F MgF2 + 2NH4Cl

Ponieważ metody otrzymywania MgF2 są drogie, podejmuje się próby uzyskania go bardziej ekonomicznie, wśród których wyróżnia się sposób jego wytwarzania z wody morskiej.

Charakteryzuje się dodawaniem dostatecznej ilości jonów fluorkowych (F-) do wody morskiej, która ma obfite stężenie jonów magnezu (Mg2 +), sprzyjając tym samym wytrącaniu się MgF2.

Kryształy optyczne fluorku magnezu otrzymywane są poprzez prasowanie na gorąco wysokiej jakości proszku MgF2, otrzymywanego np. Metodą NH4HF2.

Istnieje wiele technik wytwarzania materiałów z fluorku magnezu, takich jak wzrost pojedynczych kryształów, spiekanie (prasowanie do formy lub kształtowanie) bez ciśnienia, prasowanie na gorąco i spiekanie mikrofalowe.

Aplikacje

Optyka

Kryształy MgF2 nadają się do zastosowań optycznych, ponieważ są przezroczyste od obszaru UV do środkowego obszaru IR 2.10.

Jako folia obojętna służy do zmiany właściwości przepuszczania światła materiałów optycznych i elektronicznych. Jednym z głównych zastosowań optyki VUV jest technologia eksploracji kosmosu.

Ze względu na swoją dwójłomność materiał ten jest przydatny w optyce polaryzacyjnej, w oknach i pryzmatach lasera ekscymerowego (rodzaj lasera ultrafioletowego używanego w chirurgii oka).

Należy zauważyć, że fluorek magnezu stosowany do produkcji cienkowarstwowych materiałów optycznych musi być wolny od zanieczyszczeń lub związków będących źródłem tlenków, takich jak woda (H2O), jony wodorotlenkowe (OH-), jony węglanowe (CO3 = ), jony siarczanowe (SO4 =) i tym podobne 12.

Kataliza lub przyspieszenie reakcji

MgF2 jest z powodzeniem stosowany jako katalizator reakcji usuwania chloru i dodawania wodoru w CFC (chlorofluorowęglowodory), znanych czynnikach chłodniczych aerozolowych i propelentach oraz jest odpowiedzialny za uszkodzenia warstwy ozonowej atmosfery.

Powstałe związki, HFC (wodorofluorowęglowodory) i HCFC (wodorochlorofluorowęglowodory), nie mają tak szkodliwego wpływu na atmosferę 5.

Okazał się również przydatny jako nośnik katalizatora do hydroodsiarczania (usuwania siarki) związków organicznych.

Inne zastosowania

Materiały powstałe w wyniku interkalacji grafitu, fluoru i MgF2 mają wysoką przewodność elektryczną, dlatego zaproponowano je do stosowania w katodach oraz jako materiały elektroprzewodzące.

Eutektyka utworzona przez NaF i MgF2 ma właściwości magazynowania energii w postaci ciepła utajonego, dlatego rozważono jej zastosowanie w systemach energii słonecznej.

W dziedzinie biochemii fluorek magnezu wraz z innymi fluorkami metali jest stosowany do hamowania reakcji przenoszenia fosforylu w enzymach.

Ostatnio nanocząsteczki MgF2 zostały pomyślnie przetestowane jako wektory dostarczania leków w chorych komórkach do leczenia raka.

Bibliografia

1. Buckley, HE i Vernon, WS (1925) XCIV. Struktura krystaliczna fluorku magnezu. Philosophical Magazine Series 6, 49: 293, 945-951.
2. Kirk-Othmer (1994). Encyclopedia of Chemical Technology, tom 11, piąte wydanie, John Wiley & Sons. ISBN 0-471-52680-0 (wersja 11).
3. Peng, Minhong; Cao, Weiping; i Song, Jinhong. (2015). Przygotowanie półprzezroczystej ceramiki MgF2 przez spiekanie na gorąco. Journal of Wuhan University of Technology-Mater: Sci. Ed. Vol. 30 nr 4.
4. Непоклонов, И.С. (2011). Fluorek magnezu. Źródło: opracowanie własne.
5. Wojciechowska, Maria; Zieliński Michał; i Pietrowski, Mariusz. (2003). MgF2 jako niekonwencjonalny nośnik katalizatora. Journal of Fluorine Chemistry, 120 (2003) 1-11.
6. Korth Kristalle GmbH. (2019). Fluorek magnezu (MgF2). Pobrane 12.07.2019 pod adresem: korth.de
7. Sevonkaev, Igor i Matijevic, Egon. (2009). Tworzenie cząstek fluorku magnezu o różnych morfologiach. Langmuir 2009, 25 (18), 10534-10539.
8. Непоклонов, И.С. (2013). Fluorek magnezu. Źródło: opracowanie własne.
9. Tao Qin, Peng Zhang i Weiwei Qin. (2017). Nowa metoda syntezy niedrogich kulek fluorku magnezu z wody morskiej. Ceramics International 43 (2017) 14481-14483.
10. Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry (1996) piąte wydanie. Tom A11. VCH Verlagsgesellschaft mbH. Nowy Jork. ISBN 0-89573-161-4 .Linki zewnętrzne
11. NASA (2013). Inżynierowie badający zwierciadło główne 8109563 Kosmicznego Teleskopu Hubble'a. Źródło: mix.msfc.nasa.gov