FLUORID HOŘEČNATÝ: STRUKTURA, VLASTNOSTI, SYNTÉZA, POUŽITÍ - CHEMIE - 2025

Fluorid hořečnatý je anorganická sůl, která má na chemický vzorec bezbarvý MgF₂. V přírodě se vyskytuje jako minerální sellait. Má velmi vysokou teplotu tání a je velmi špatně rozpustný ve vodě. Je relativně inertní, protože například jeho reakce s kyselinou sírovou je pomalá a neúplná a odolává hydrolýze kyselinou fluorovodíkovou (HF) až do 750 ° C.

Je to složka málo zasažená vyzařováním s vysokou energií. Kromě toho má nízký index lomu, vysokou odolnost proti korozi, dobrou tepelnou stabilitu, významnou tvrdost a vynikající vlastnosti prostupu světla UV (ultrafialové) a IR (infračervené).

Díky těmto vlastnostem má mimo jiné vynikající vlastnosti v optickém poli a navíc z něj činí užitečný materiál jako nosič katalyzátoru, povlakovací prvek, antireflexní čočky a okna pro infračervený přenos.

Struktura

Krystalická struktura chemicky připraveného fluoridu hořečnatého je stejného typu jako struktura přírodního minerálního sellaitu. Krystalizuje v dipyramidální třídě tetragonálního systému.

Hořčíkové ionty (Mg2 +) jsou umístěny ve středovém tetragonálním mřížkovém prostoru, zatímco fluoridové ionty (F-) se nacházejí ve stejné rovině a jsou spojeny se svými sousedy Mg2 +, které jsou seskupeny do dvojic. Vzdálenost mezi ionty Mg2 + a F- je 2,07 Á (angstromy) (2,07 × 10–10 m).

Jeho krystalická koordinace je 6: 3. To znamená, že každý iont Mg2 + je obklopen 6-ionty a každý F-ion je zase obklopen 3 ionty Mg2 + 5.

Struktura je velmi podobná struktuře minerálního rutilu, což je přirozená forma oxidu titaničitého (TiO2), se kterou má společné několik krystalografických vlastností.

Během přípravy se fluorid hořečnatý nevysráží jako amorfní pevná látka, protože ionty Mg2 + a F- nemají tendenci tvořit v roztoku polymerní komplexy.

Vlastnosti

Je zajímavé poznamenat, že fluorid hořečnatý je dvojlomný materiál. Toto je optická vlastnost, která umožňuje rozdělení dopadajícího světelného paprsku do dvou samostatných paprsků, které se šíří různými rychlostmi a vlnovými délkami.

Některé z jeho vlastností jsou uvedeny v tabulce 1.

Tabulka 1. Fyzikální a chemické vlastnosti fluoridu hořečnatého.

Syntéza a příprava

Lze jej připravit různými způsoby, včetně následujících:

1-Reakcí mezi oxidem hořečnatým (MgO) nebo uhličitanem hořečnatým (MgCO3) s kyselinou fluorovodíkovou (HF) 2:

MgO + 2 HF MgF2 + H20

MgCO3 + 2 HF MgF2 + CO2 + H20

2-Reakcí mezi uhličitanem hořečnatým a bifluoridem amonným (NH4HF2), oba v pevném stavu, při teplotě mezi 150 a 400 ° C:

150 až 400 ° C

MgCO3 + NH4HF2 MgF2 + NH3 + CO2 + H20

3-Zahřívání vodného roztoku uhličitanu hořečnatého a fluoridu amonného (NH4F) v přítomnosti hydroxidu amonného (NH4OH) při 60 ° C:

60 ° C, NH40H

MgCO3 + 3 NH4F NH4MgF3 + (NH4) 2CO3

Výsledná sraženina fluoridu hořečnato-amonného (NH4MgF3) se potom zahřívá při 620 ° C po dobu 4 hodin za získání fluoridu hořečnatého:

620 ° C

NH4MgF3 MgF2 + NH3 + HF

4-Jako vedlejší produkt při získávání berylia (Be) a uranu (U). Fluorid požadovaného prvku je zahříván kovovým hořčíkem v kelímku potaženém MgF2 2:

BeF2 + Mg Be + MgF2

5-Reakční chlorid horečnatý (MgCl2) s fluoridem amonným (NH4F) ve vodném roztoku při pokojové teplotě 3:

25 ° C, H2O

MgCl2 + 2 NH4F MgF2 + 2NH4CI

Protože způsoby přípravy MgF2 jsou drahé, existují pokusy jej získat ekonomičtěji, mezi nimiž vyniká způsob výroby z mořské vody.

Toto je charakterizováno přidáním dostatečného množství fluoridových iontů (F-) do mořské vody, která má hojnou koncentraci iontů hořčíku (Mg2 +), čímž se zvýší srážení MgF2.

Optické krystaly fluoridu hořečnatého se získávají lisováním vysoce kvalitního prášku MgF2 za horka, získaného například metodou NH4HF2.

Existuje mnoho technik pro přípravu materiálů fluoridu hořečnatého, jako je růst monokrystalů, slinování (lisování do formy nebo tvarování) bez tlaku, lisování za tepla a mikrovlnné slinování.

Aplikace

Optika

Krystaly MgF2 jsou vhodné pro optické aplikace, protože jsou průhledné od UV oblasti do střední IR oblasti 2.10.

Jako inertní film se používá ke změně vlastností optického a elektronického materiálu prostupu světla. Jednou z hlavních aplikací je optika VUV pro technologii průzkumu vesmíru.

Díky své vlastnosti dvojlomu je tento materiál užitečný v polarizační optice, v oknech a hranolech Excimer Laser (typ ultrafialového laseru používaného v oční chirurgii).

Je třeba poznamenat, že fluorid hořečnatý používaný při výrobě tenkovrstvých optických materiálů musí být prostý nečistot nebo sloučenin, které jsou zdroji oxidu, jako je voda (H2O), hydroxidové ionty (OH-), uhličitanové ionty (CO3 =), síranové ionty (S04 =) a podobně 12.

Katalýzy nebo zrychlení reakcí

MgF2 byl úspěšně použit jako katalyzátorový nosič pro reakci odstraňování chloru a přidávání vodíku v CFC (chlorfluoruhlovodíky), známých aerosolových chladivech a hnacích plynech a zodpovědných za poškození ozónové vrstvy atmosféry.

Výsledné sloučeniny, HFC (hydrofluoruhlovodíky) a HCFC (hydrochlorofluorouhlovodíky), nemají tento škodlivý účinek na atmosféru 5.

Rovněž se osvědčil jako katalyzátorový nosič pro hydrodesulfuraci (odstranění síry) organických sloučenin.

Další použití

Materiály generované interkalací grafitu, fluoru a MgF2 mají vysokou elektrickou vodivost, a proto byly navrženy pro použití v katodách a jako elektrovodivé materiály.

Eutektikum tvořené NaF a MgF2 má vlastnosti akumulace energie ve formě latentního tepla, což je důvod, proč bylo uvažováno pro použití v solárních energetických systémech.

V oblasti biochemie se fluorid hořečnatý spolu s dalšími fluoridy kovů používá k inhibici reakcí přenosu fosforylu v enzymech.

Nedávno byly nanočástice MgF2 úspěšně testovány jako vektory pro dodávání léčiva v nemocných buňkách pro léčbu rakoviny.

Reference

1. Buckley, HE a Vernon, WS (1925) XCIV. Krystalová struktura fluoridu hořečnatého. Philosophical Magazine Series 6, 49: 293, 945-951.
2. Kirk-Othmer (1994). Encyklopedie chemické technologie, svazek 11, páté vydání, John Wiley & Sons. ISBN 0-471-52680-0 (v.11).
3. Peng, Minhong; Cao, Weiping; a Song, Jinhong. (2015). Příprava průsvitné keramiky MgF2 pomocí slinování za horka. Journal of Wuhan University of Technology-Mater: Sci. Ed. Vol. 30 No. 4.
4. Непоклонов, И.С. (2011). Fluorid hořečnatý. Zdroj: Vlastní práce.
5. Wojciechowska, Maria; Zielinski, Michal; a Pietrowski, Mariusz. (2003). MgF2 jako nekonvenční katalyzátorový nosič. Journal of Fluorine Chemistry, 120 (2003) 1-11.
6. Korth Kristalle GmbH. (2019). Fluorid hořečnatý (MgF2). Načteno 2019-07-12 na: korth.de
7. Sevonkaev, Igor a Matijevic, Egon. (2009). Tvorba částic fluoridu hořečnatého různých morfologií. Langmuir 2009, 25 (18), 10534-10539.
8. Непоклонов, И.С. (2013). Fluorid hořečnatý. Zdroj: Vlastní práce.
9. Tao Qin, Peng Zhang a Weiwei Qin. (2017). Nová metoda pro syntézu levných kuliček fluoridu hořečnatého z mořské vody. Ceramics International 43 (2017) 14481-14483.
10. Ullmannova encyklopedie průmyslové chemie (1996), páté vydání. Svazek A11. VCH Verlagsgesellschaft mbH. New York. ISBN 0-89573-161-4.
11. NASA (2013). Inženýři, kteří kontrolují primární zrcadlo Hubble Space Telescope 8109563. Zdroj: mix.msfc.nasa.gov