WODOROTLENEK MAGNEZU: BUDOWA, WŁAŚCIWOŚCI, NAZEWNICTWO, ZASTOSOWANIA - CHEMIA - 2025

Wodorotlenek magnezu jest nieorganiczny związek zawierający ten wzór chemiczny Mg (OH) ₂ . W czystej postaci jest matową białą substancją stałą o amorficznym wyglądzie; Jednak przy niewielkiej i dokładnej zawartości zanieczyszczeń przekształca się w krystaliczny stały brucyt, minerał występujący w niektórych osadach w przyrodzie i będący bogatym źródłem magnezu.

Jest słabym elektrolitem lub zasadą, więc jego dysocjacja w wodzie jest niska. Ta właściwość sprawia, że ​​Mg (OH) ₂ jest dobrym neutralizatorem kwasowości do spożycia przez ludzi; lekarstwo popularnie zwane zawiesiną mleka magnezji. Jest także środkiem zmniejszającym palność, uwalniając wodę podczas rozkładu termicznego.

Stała próbka wodorotlenku magnezu. Źródło: Chemicalinterest

Na górnym obrazku przedstawiono pewne stałe wodorotlenki magnezu, na których można dostrzec jego nieprzezroczysty biały kolor. Im bardziej są krystaliczne, tym ich powierzchnia jest szklista i perłowa.

Jego krystaliczna struktura jest osobliwa, ponieważ tworzy dwuwarstwowe sześciokątne kryształy, które są obiecującymi projektami do projektowania nowych materiałów. Ich dodatnie ładunki odgrywają istotną rolę w tych warstwach ze względu na zastępowanie Mg ²⁺ przez trójwartościowe kationy oraz na gatunki uwięzione między ściankami złożone z anionów OH ^- .

Z drugiej strony, inne zastosowania wynikają w zależności od morfologii przygotowanych cząstek lub nanocząstek; jako katalizatory lub adsorbenty. We wszystkich z nich stosunek 1: 2 jonów Mg ²⁺ : OH ^- jest stały , co odzwierciedla ten sam wzór Mg (OH) ₂ .

Struktura

Wzór i ośmiościan

Jony tworzące wodorotlenek magnezu. Źródło: Claudio Pistilli

Górny obraz przedstawia jony tworzące Mg (OH) ₂ . Jak widać, dla każdego kationu Mg ²⁺ występują dwa aniony OH ^- , które oddziałują elektrostatycznie, tworząc kryształ o strukturze heksagonalnej. Ten sam wzór wskazuje, że stosunek Mg: OH wynosi 1: 2.

Jednak prawdziwa struktura kryształu jest nieco bardziej skomplikowana niż przy założeniu prostych jonów Mg ²⁺ i OH ^- . W rzeczywistości magnez charakteryzuje się liczbą koordynacyjną 6, więc może oddziaływać nawet z sześcioma OH ^- .

W ten sposób _powstaje oktaedr Mg (OH) ₆ , w którym atomy tlenu najwyraźniej pochodzą z OH ^- ; a struktura kryształu opiera się teraz na rozważeniu takich ośmiościanów i ich wzajemnych interakcji.

W rzeczywistości jednostki Mg (OH) ₆ ostatecznie definiują dwuwarstwowe struktury, które z kolei są rozmieszczone w przestrzeni, tworząc sześciokątny kryształ.

Podwójna warstwa

Dwuwarstwowa struktura wodorotlenku magnezu. Źródło: Smokefoot

Górne zdjęcie przedstawia dwuwarstwową strukturę wodorotlenku magnezu (LDH). Zielone kule reprezentują jony Mg ²⁺ , które mogą być zastąpione innymi o wyższym ładunku, aby wygenerować dodatni ładunek w warstwie.

Zauważ, że wokół każdego Mg ²⁺ znajduje się sześć czerwonych kulek połączonych z odpowiednimi białymi kulkami; to znaczy jednostki oktaedryczne Mg (OH) ₆ . OH ^- działa jak most łączący dwa Mg ²⁺ o różnych płaszczyznach, co powoduje, że warstwy się przeplatają.

Podobnie obserwuje się, że atomy wodoru skierowane są w górę iw dół i są głównie odpowiedzialne za siły międzycząsteczkowe utrzymujące razem dwie warstwy jednostek Mg (OH) ₆ .

Między tymi warstwami mogą znajdować się cząsteczki neutralne (takie jak alkohole, amoniak i azot), a nawet aniony, w zależności od tego, jak są one dodatnie (jeśli w miejsce Mg ²⁺ zastępują jony Al ³⁺ lub Fe ³⁺ ). „Wypełniacz” tych gatunków jest ograniczony przez powierzchnie złożone z anionów OH ^- .

Morfologie

Dwuwarstwowe, sześciokątne szkło rośnie wolno lub szybko. Wszystko zależy od parametrów syntezy lub preparatu: temperatury, stosunku molowego, mieszania, rozpuszczalników, odczynników jako źródła magnezu, zasad lub środków strącających itp. W miarę wzrostu kryształ określa mikrostrukturę lub morfologię swoich nanocząstek lub agregatów.

Zatem te nanocząsteczki mogą mieć morfologię podobną do kalafiora, płytki lub kuleczki. Podobnie może zmieniać się rozkład ich rozmiarów, podobnie jak stopień porowatości otrzymanych ciał stałych.

Nieruchomości

Wygląd fizyczny

Jest to biała, ziarnista lub sproszkowana substancja stała i bezwonna.

Masa cząsteczkowa

58,3197 g / mol.

Gęstość

3,47 g / ml.

Temperatura topnienia

350 ° C W tej temperaturze rozkłada się na tlenek, uwalniając cząsteczki wody zawarte w jego kryształach:

Mg (OH) ₂ (s) => MgO (s) + H ₂ O (g)

Rozpuszczalność w wodzie

0,004 g / 100 ml w 100 ° C; to znaczy, ledwo rozpuszcza się we wrzącej wodzie, co czyni go związkiem nierozpuszczalnym w wodzie. Jednak wraz ze spadkiem pH (lub wzrostem kwasowości) jego rozpuszczalność wzrasta z powodu tworzenia się kompleksu wodnego Mg (OH ₂ ) ₆ .

Z drugiej strony, jeśli Mg (OH) ₂ zaabsorbował CO ₂ , po rozpuszczeniu w kwaśnym środowisku uwalnia uwięziony gaz w postaci musującej.

Współczynnik załamania światła

1,559

pH

Jej wodna zawiesina ma pH wahające się między 9,5 a 10,5. Chociaż te wartości są normalne, odzwierciedla to jego niską zasadowość w porównaniu z innymi wodorotlenkami metali (takimi jak NaOH).

Pojemność cieplna

77,03 J / mol K

Gdzie to się znajduje?

Pastelowo-niebieski szklisty kryształ mineralnego brucytu. Źródło: Rob Lavinsky, iRocks.com - CC-BY-SA-3.0

Wodorotlenek magnezu występuje w naturze jako minerał brucyt, który charakteryzuje się przezroczystym białym kolorem, z zielonymi lub niebieskawymi odcieniami w zależności od zawartości zanieczyszczeń. Podobnie brucyt jest częścią niektórych glin, takich jak chloryn, ponieważ jest umieszczony pomiędzy warstwami krzemianów, połączonych jonami metali.

W brucycie oprócz Mg ²⁺ znajdują się inne jony , takie jak Al ³⁺ , Fe ³⁺ , Zn ²⁺ i Mn ²⁺ . Jego rudy można znaleźć w różnych regionach lub jeziorach Szkocji, Kanady, Włoch i USA.

Fizycznie jego kryształy wyglądają jak stopione szkło (górne zdjęcie), z białymi, szarawymi, niebieskawymi lub zielonkawymi kolorami i przezroczyste w rzadkich okazach.

Ten minerał jest jednym ze złych aspektów cementu i betonu, ponieważ ma tendencję do rozszerzania się i powodowania w nich pęknięć. Nie absorbuje jednak CO ₂ , więc jego kalcynacja nie przyczynia się do efektu cieplarnianego, a zatem jest odpowiednim (i najbogatszym) źródłem mineralogicznym do pozyskiwania magnezu, oprócz wody morskiej.

Nomenklatura

Mg (OH) ₂ ma do trzech nazw zaakceptowanych przez IUPAC (poza mineralogią lub medycyną). Są do siebie bardzo podobne, ponieważ sposób ich zakończenia prawie się nie różni.

Na przykład „wodorotlenek magnezu” odpowiada swojej nazwie zgodnie z nomenklaturą surowców, pomijając na końcu (II), ponieważ +2 jest prawie domyślnie jedynym stopniem utlenienia magnezu.

„Diwodorotlenek magnezu”, oznaczający za pomocą greckiego przedrostka licznika liczbę jonów OH ^- wskazaną we wzorze zgodnie z nomenklaturą systematyczną. I „wodorotlenek magnezu”, kończący się przyrostkiem –ico, ponieważ jest to maksymalny i „jedyny” stopień utlenienia magnezu, zgodnie z tradycyjną nomenklaturą.

Inne nazwy, takie jak brucyt czy magnezja mleczna, mimo że są bezpośrednio związane z tym związkiem, nie powinny być określane, jeśli chodzi o najczystszą substancję stałą lub związek nieorganiczny (odczynnik, surowiec itp.).

Aplikacje

Neutralizator

Mg (OH) ₂ dzięki swojej niskiej rozpuszczalności w wodzie jest doskonałym neutralizatorem kwasowości; w przeciwnym razie zalkalizowałoby podłoże, dostarczając duże stężenia jonów OH ^- , podobnie jak inne zasady (silne elektrolity).

Zatem Mg (OH) ₂ ledwo uwalnia OH ^- , jednocześnie reagując z jonami H ₃ O ⁺ , tworząc wodny kompleks magnezu, również wspomniany powyżej. Będąc w stanie zneutralizować kwasowość mediów wodnych, jest przeznaczony do oczyszczania ścieków.

Jest również dodatkiem do żywności, nawozów i niektórych produktów higieny osobistej, takich jak pasta do zębów, ponieważ zmniejsza ich kwasowość.

Środek zobojętniający kwas

Ponieważ jest słabo rozpuszczalny w wodzie, może być spożywany bez ryzyka działania jonów OH ^- (dysocjuje bardzo słabo jako słaby elektrolit).

Ta cecha, powiązana z powyższą podsekcją, sprawia, że ​​jest to środek zobojętniający kwas do leczenia zgagi, chorób żołądkowo-jelitowych, niestrawności i zaparć, sprzedawany w postaci mleka magnezjowego.

Z drugiej strony mleko magnezji pomaga również zwalczać irytujące owrzodzenia (białe i czerwone rany, które pojawiają się w jamie ustnej).

Ognioodporny

W części dotyczącej właściwości wspomniano, że Mg (OH) ₂ rozkłada się, uwalniając wodę. Dokładniej, ta woda pomaga zatrzymać rozprzestrzenianie się płomieni, ponieważ pochłaniają one ciepło, aby odparować, a opary z kolei rozcieńczają palne lub łatwopalne gazy.

W tym celu minerał brucyt jest często stosowany w przemyśle, przeznaczony jako wypełniacz w niektórych materiałach, takich jak tworzywa sztuczne z różnych polimerów (PCV, żywice, gumy), kable lub sufity.

Katalizator

Wykazano, że Mg (OH) ₂ syntetyzowany w postaci nanopłytek skutecznie katalizuje redukcje chemiczne; na przykład 4-nitrofenol (Ph-NO ₂ ) do 4-aminofenolu (Ph-NH ₂ ). Podobnie mają działanie przeciwbakteryjne, więc można je stosować jako środek terapeutyczny.

Adsorbent

Niektóre ciała stałe Mg (OH) ₂ mogą być dość porowate, w zależności od sposobu ich przygotowania. Dlatego znajdują zastosowanie jako adsorbenty.

W roztworach wodnych cząsteczki barwnika mogą adsorbować (na swoich powierzchniach), klarując wodę. Na przykład są zdolne do adsorpcji indygokarminowego barwnika obecnego w strumieniach wody.

Bibliografia

1. Shiver & Atkins. (2008). Chemia nieorganiczna. (Czwarta edycja). Mc Graw Hill.
2. Wikipedia. (2019). Wodorotlenek magnezu. Odzyskane z: en.wikipedia.org
3. Narodowe Centrum Informacji Biotechnologicznej. (2019). Wodorotlenek magnezu. Baza danych PubChem. CID = 14791. Odzyskany z: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov
4. Galerie Amethyst. (2014). Mineralny brucyt. Odzyskany z: galleries.com
5. Henrist i in. (2003). Badanie morfologiczne nanocząstek wodorotlenku magnezu
6. wytrącony w rozcieńczonym wodnym roztworze. Journal of Crystal Growth 249, 321–330.
7. Saba J., Shanza RK, Muhammad RS (2018). Synteza i analiza strukturalna mezoporowatych nanocząstek wodorotlenku magnezu jako wydajnego katalizatora.
8. Thimmasandra Narayan Ramesh i Vani Pavagada Sreenivasa. (2015). Usuwanie barwnika indygokarminowego z roztworu wodnego przy użyciu wodorotlenku magnezu jako adsorbentu. Journal of Materials, vol. 2015, numer artykułu 753057, 10 stron. doi.org/10.1155/2015/753057