MAGNESIUMFLUORID: STRUKTUR, EGENSKAPER, SYNTES, ANVÄNDNINGAR - KEMI - 2026

Den magnesiumfluorid är ett oorganiskt salt som har den kemiska formeln färglös MgF₂. Det finns i naturen som mineralet sellaite. Den har en mycket hög smältpunkt och är mycket dåligt löslig i vatten. Den är relativt inert, eftersom till exempel dess reaktion med svavelsyra är långsam och ofullständig och den motstår hydrolys med fluorvätesyra (HF) upp till 750 ° C.

Det är en förening som påverkas lite av strålning med hög energi. Dessutom har den ett lågt brytningsindex, hög korrosionsbeständighet, god termisk stabilitet, betydande hårdhet och utmärkta synliga, UV (ultraviolett) och IR (infraröd) ljusöverföringsegenskaper.

Dessa egenskaper gör att den har en utmärkt prestanda inom det optiska fältet och gör det dessutom till ett användbart material som katalysatorstöd, beläggningselement, antireflekterande linser och fönster för infraröd överföring, bland andra tillämpningar.

Strukturera

Den kristallina strukturen hos kemiskt framställd magnesiumfluorid är av samma typ som den naturliga mineral-sellaiten. Det kristalliseras i den dipyramidala klassen i det tetragonala systemet.

Magnesiumjoner (Mg2 +) är belägna i ett centrerat tetragonalt gitterutrymme, medan fluorjoner (F-) finns i samma plan som och associeras med deras Mg2 + grannar, grupperade i par med varandra. Avståndet mellan Mg2 + och F-jonerna är 2,07 Å (ångström) (2,07 × 10-10 m).

Hans kristallkoordination är 6: 3. Detta betyder att varje Mg2 + -jon är omgiven av 6 F-joner och varje F-jon i sin tur omges av 3 Mg2 + 5-joner.

Strukturen är mycket lik den för mineralet rutil, som är den naturliga formen av titandioxid (TiO2), med vilken den har flera kristallografiska egenskaper gemensamt.

Under beredningen fälls magnesiumfluorid inte ut som ett amorft fast ämne, eftersom Mg2 + och F-jonerna inte tenderar att bilda polymerkomplex i lösning.

Egenskaper

Det är intressant att notera att magnesiumfluorid är ett dubbelbrytande material. Detta är en optisk egenskap som gör att en infallande ljusstråle kan delas upp i två separata strålar som sprider sig vid olika hastigheter och våglängder.

Några av dess egenskaper presenteras i tabell 1.

Tabell 1. Fysikaliska och kemiska egenskaper hos magnesiumfluorid.

Syntes och beredning

Det kan beredas på olika sätt, inklusive följande:

1-Genom reaktionen mellan magnesiumoxid (MgO) eller magnesiumkarbonat (MgCO3) med fluorvätesyra (HF) 2:

MgO + 2 HF MgF2 + H2O

MgCO3 + 2 HF MgF2 + CO2 + H2O

2-genom reaktion mellan magnesiumkarbonat och ammoniumbifluorid (NH4HF2), båda i fast tillstånd, vid en temperatur mellan 150 och 400 ° C:

150-400ºC

MgCO3 + NH4HF2 MgF2 + NH3 + CO2 + H20

3-Uppvärmning av en vattenlösning av magnesiumkarbonat och ammoniumfluorid (NH4F) i närvaro av ammoniumhydroxid (NH4OH) vid 60 ° C:

60 ° C, NH40H

MgCO3 + 3 NH4F NH4MgF3 + (NH4) 2CO3

Den resulterande fällningen av magnesiumammoniumfluorid (NH4MgF3) upphettas sedan vid 620 ° C under 4 timmar för att erhålla magnesiumfluorid:

620ºC

NH4MgF3 MgF2 + NH3 + HF

4-Som en biprodukt för att få beryllium (Be) och uran (U). Fluoriden hos det önskade elementet upphettas med metalliskt magnesium i en degel belagd med MgF2 2:

BeF2 + Mg Be + MgF2

5-reagerande magnesiumklorid (MgCl2) med ammoniumfluorid (NH4F) i vattenlösning vid rumstemperatur 3:

25 ° C, H2O

MgCl2 + 2 NH4F MgF2 + 2NH4Cl

Eftersom metoderna för framställning av MgF2 är dyra finns det försök att erhålla det mer ekonomiskt, bland vilket metoden att producera den från havsvatten sticker ut.

Detta kännetecknas av att man tillför en tillräcklig mängd fluorjoner (F-) till havsvattnet, som har en riklig koncentration av magnesiumjoner (Mg2 +), vilket således gynnar utfällningen av MgF2.

Optiska kristaller av magnesiumfluorid erhålls genom varmpressning av högkvalitativt MgF2-pulver, erhållet till exempel med NH4HF2-metoden.

Det finns många tekniker för att framställa magnesiumfluoridmaterial, såsom enkelkristalltillväxt, sintring (komprimering till formning eller formning) utan tryck, varmpressning och mikrovågsintring.

tillämpningar

Optik

MgF2-kristaller är lämpliga för optiska applikationer eftersom de är transparenta från UV-regionen till det mellersta IR-området 2.10.

Som en inert film används den för att förändra ljusöverföringsegenskaperna för optiska och elektroniska material. En av de viktigaste applikationerna är inom VUV-optik för rymdutforskningsteknik.

På grund av dess dubbelbrytande egenskap är detta material användbart i polarisationsoptik, i fönster och prismor av Excimer Laser (en typ av ultraviolett laser som används vid ögonkirurgi).

Det bör noteras att magnesiumfluorid som används vid tillverkning av optiska tunnfilmmaterial måste vara fri från föroreningar eller föreningar som är källor till oxid, såsom vatten (H2O), hydroxidjoner (OH-), karbonatjoner (CO3 = ), sulfatjoner (SO4 =) och liknande 12.

Katalys eller acceleration av reaktioner

MgF2 har framgångsrikt använts som katalysatorbärare för reaktionen av kloravlägsnande och väte-tillsats i CFC (klorfluorkolväten), kända aerosolkylmedel och drivmedel, och ansvarar för skadan på ozonskiktet i atmosfären.

De resulterande föreningarna, HFC (hydrofluorkolväten) och HCFC (hydroklorofluorkolväten), ger inte denna skadliga effekt på atmosfären 5.

Det har också visat sig vara användbart som katalysatorbärare för hydroavsvavling (avlägsnande av svavel) av organiska föreningar.

Andra användningsområden

Materialen som genereras genom interkalering av grafit, fluor och MgF2 har hög elektrisk ledningsförmåga, varför de har föreslagits för användning i katoder och som elektroledande material.

Eutektiken som bildas av NaF och MgF2 har energilagringsegenskaper i form av latent värme, varför det har beaktats för användning i solenergisystem.

Inom området biokemi används magnesiumfluorid tillsammans med andra metallfluorider för att hämma fosforylöverföringsreaktioner i enzymer.

Nyligen har MgF2-nanopartiklar testats framgångsrikt som läkemedelsleveransvektorer i sjuka celler för behandling av cancer.

referenser

1. Buckley, HE och Vernon, WS (1925) XCIV. Kristallstrukturen av magnesiumfluorid. Philosophical Magazine Series 6, 49: 293, 945-951.
2. Kirk-Othmer (1994). Encyclopedia of Chemical Technology, bind 11, femte upplagan, John Wiley & Sons. ISBN 0-471-52680-0 (v.11).
3. Peng, Minhong; Cao, Weiping; och Song, Jinhong. (2015). Beredning av MgF2 genomskinlig keramik genom varmpressning av sintring. Journal of Wuhan University of Technology-Mater: Sci. Ed. Vol. 30 nr 4.
4. Непоклонов, И.С. (2011). Magnesiumfluorid. Källa: Eget arbete.
5. Wojciechowska, Maria; Zielinski, Michal; och Pietrowski, Mariusz. (2003). MgF2 som en icke-konventionell katalysatorbärare. Journal of Fluorine Chemistry, 120 (2003) 1-11.
6. Korth Kristalle GmbH. (2019). Magnesiumfluorid (MgF2). Hämtad 2019-07-12 på: korth.de
7. Sevonkaev, Igor och Matijevic, Egon. (2009). Bildning av magnesiumfluoridpartiklar av olika morfologier. Langmuir 2009, 25 (18), 10534-10539.
8. Непоклонов, И.С. (2013). Magnesiumfluorid. Källa: Eget arbete.
9. Tao Qin, Peng Zhang och Weiwei Qin. (2017). En ny metod för att syntetisera billiga magnesiumfluoridsfärer från havsvatten. Ceramics International 43 (2017) 14481-14483.
10. Ullmanns Encyclopedia of Industrial Chemistry (1996) Femte upplagan. Volym A11. VCH Verlagsgesellschaft mbH. New York. ISBN 0-89573-161-4.
11. NASA (2013). Ingenjörer inspekterar Hubble Space Telescope's Primärspegel 8109563. Källa: mix.msfc.nasa.gov