Hidreto de magnésio: estrutura, propriedades e usos - Ciência - 2023

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o hidreto de magnésio (MgH₂ de fórmula molecular), é um composto químico com um conteúdo de peso de hidrogênio de 7,66% e encontrado na natureza como um sólido cristalino branco. É usado principalmente para preparar outras substâncias químicas, embora também tenha sido estudado como um meio potencial de armazenamento de hidrogênio.

Pertence à família dos hidretos salinos (ou iônicos), aqueles definidos por um íon H carregado negativamente. Esses hidretos são considerados aqueles que se formam a partir dos metais alcalinos e dos metais alcalino-terrosos, mas no caso do magnésio (e do berílio) apresentam ligações covalentes, além das iônicas que caracterizam essa família de hidretos.

Preparação e fórmula

O hidreto de magnésio é formado pela hidrogenação direta do magnésio metálico (Mg) sob condições de alta pressão e temperatura (200 atmosferas, 500 ºC) com um catalisador de MgI₂. Sua reação equivale a:

Mg + H₂→ MgH₂

A produção de MgH também foi investigada₂ em temperaturas mais baixas com o uso de magnésio nanocristalino produzido em moinhos de bolas.

Existem também outros métodos de preparação, mas eles representam reações químicas mais complexas (hidrogenação de magnésio-antraceno; a reação entre dietilmagnésio com hidreto de lítio-alumínio; e como um produto de um complexo de MgH₂).

Estrutura química

Este átomo possui estrutura rutílica à temperatura ambiente, com estrutura cristalina tetragonal. Tem pelo menos quatro formas diferentes sob condições de alta pressão, e uma estrutura não estequiométrica com deficiências de hidrogênio também foi observada; o último ocorre apenas em quantidades muito pequenas de partículas quando é formado.

Como mencionado acima, as ligações que existem na estrutura do rutilo têm propriedades parcialmente covalentes em vez de serem puramente iônicas como outros hidretos de sal.

Isso faz com que o átomo de magnésio tenha uma forma esférica, totalmente ionizada, mas seu íon hidreto tenha uma estrutura alongada.

Propriedades do hidreto de magnésio

Propriedades físicas

Aparência: Cristais brancos.
Massa molar: 26,3209 g / mol
Densidade: 1,45 g / cm³
Ponto de fusão: 285 ° C se decompõe
Solubilidade: Na água se decompõe.

Esse composto químico tem peso molecular de 26,321 g / mol, densidade de 1,45 g / cm³ e ponto de fusão de 327 ºC.

Propriedades quimicas

Precursor para a fabricação de outras substâncias químicas.
Armazenamento de hidrogênio, como possível fonte de energia.
Agente redutor em síntese orgânica.

É importante ressaltar que esse composto não pode ser levado ao estado líquido e, ao ser levado ao ponto de fusão ou introduzido na água, ele se decompõe. Este hidreto é insolúvel em éter.

É uma substância altamente reativa e inflamável, além de pirofórica, ou seja, pode se inflamar espontaneamente no ar. Essas três condições representam riscos de segurança que serão mencionados na última seção deste artigo.

Usos / aplicações

Armazenamento de hidrogênio

O hidreto de magnésio reage facilmente com a água para formar gás hidrogênio, por meio da seguinte reação química:

MgH₂+ 2H₂O → 2H₂+ Mg (OH)₂

Além disso, esta substância se decompõe a uma temperatura de 287 ºC e a uma pressão de 1 bar, da seguinte forma:

MgH₂→ Mg + H₂

Portanto, o uso de hidreto de magnésio tem sido proposto como meio de armazenamento de hidrogênio para seu uso e transporte.

A hidrogenação e desidrogenação de uma quantidade de magnésio metálico é proposta como forma de transporte de quantidades de gás hidrogênio, garantindo assim que não haja vazamentos do mesmo em seu transporte e representando uma forma mais segura e prática do que com a utilização de vasos de alta pressão. .

Reações de hidrogenação e desidrogenação

Embora a temperatura de decomposição do hidreto de magnésio represente uma limitação para seu uso, métodos têm sido propostos para melhorar a cinética das reações de hidrogenação e desidrogenação. Uma delas é com a redução do tamanho da partícula de magnésio com o uso de moinhos de bolas.

Lama

Além disso, foi proposto um sistema que produz um hidreto de magnésio na forma de borra (mais manejável e seguro do que em pó ou outras partículas sólidas), que seria reagido com água para obter o hidrogênio desejado.

Estima-se que a referida lama seria formada por um hidreto finamente moído, protegido com uma camada protetora de óleos e suspenso em agentes dispersantes para garantir que mantenha sua consistência sem perda de material, e que não absorva umidade do meio ambiente.

Esse lodo tem a vantagem de poder ser bombeado por meio de qualquer bomba comum de diesel, gasolina ou água, tornando essa proposta econômica e eficiente.

Células de combustível

O hidreto de magnésio pode ser implementado na produção de células de combustível avançadas e também na criação de baterias e armazenamento de energia.

Transporte e energia

Durante as últimas décadas, o uso do hidrogênio como fonte de energia tem sido considerado. A introdução do hidrogênio como combustível requer encontrar sistemas de armazenamento seguros e reversíveis com altas capacidades volumétricas (quantidade de hidrogênio por unidade de volume) e gravimétricas (quantidade de hidrogênio por unidade de massa).

Alquilação

Alquilação (adicionar grupos CH alquil₃R) de compostos orgânicos em meio básico, onde há a presença de grupos -OH em baixas concentrações e temperaturas acima do ponto de fusão do hidreto.

Neste caso, os hidrogênios presentes no hidreto de magnésio (MgH₂), ligam-se aos grupos -OH formando água. O magnésio livre pode receber o halogênio que muitas vezes acompanha a molécula de alquila que se destina a ser ligada à cadeia de hidrocarboneto.

Riscos

Reação com água

Como já mencionado, o hidreto de magnésio é uma substância que reage de forma muito fácil e violenta com a água, podendo explodir em concentrações mais elevadas.

Isso ocorre porque sua reação exotérmica gera calor suficiente para inflamar o gás hidrogênio liberado na reação de decomposição, levando a uma reação em cadeia bastante perigosa.

É pirofórico

O hidreto de magnésio também é pirofórico, o que significa que pode se inflamar espontaneamente na presença de ar úmido, formando óxido de magnésio e água.

A inalação no estado sólido ou o contato com seus vapores não é recomendada: a substância em seu estado natural e seus produtos de decomposição podem causar lesões graves ou até a morte.

Pode gerar soluções corrosivas em contato com a água e sua contaminação. O contato com a pele e os olhos não é recomendado, além de gerar irritação nas mucosas.

Não foi demonstrado que o hidreto de magnésio causa efeitos crônicos à saúde, como câncer, defeitos reprodutivos ou outras consequências físicas ou mentais, mas o uso de equipamentos de proteção ao manuseá-lo (especialmente respiradores ou máscaras, devido ao seu caráter de pó fino).

Ao trabalhar com esta substância, mantenha a umidade do ar em níveis baixos, apague todas as fontes de ignição e transporte-a em tambores ou outros recipientes.

Trabalhar com grandes concentrações desta substância deve sempre ser evitado quando pode ser evitado, pois a possibilidade de uma explosão é significativamente reduzida.

Caso ocorra um derramamento de hidreto de magnésio, a área de trabalho deve ser isolada e a poeira coletada com uma ferramenta de vácuo. Você nunca deve usar o método de varredura a seco; aumenta as chances de alguma reação com o hidreto.

Referências

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