- Rakenne
- ominaisuudet
- Synteesi ja valmistus
- Sovellukset
- Optiikka
- Katalyysi tai reaktioiden kiihtyminen
- Muut käyttötavat
- Viitteet
Magnesiumfluoridin on epäorgaaninen suola, jolla kemiallinen kaava väritön MgF₂. Sitä löytyy luonnosta mineraaliselaiteena. Sillä on erittäin korkea sulamispiste ja se liukenee huonosti veteen. Se on suhteellisen inertti, koska esimerkiksi sen reaktio rikkihapon kanssa on hidas ja epätäydellinen ja se kestää hydrolyysiä fluorivetyhapon (HF) kanssa lämpötilaan 750 ° C asti.
Se on yhdiste, johon vähän energian säteily vaikuttaa. Lisäksi sillä on alhainen taitekerroin, korkea korroosionkestävyys, hyvä lämpöstabiilisuus, merkittävä kovuus ja erinomaiset näkyvän, UV- (ultravioletti) ja IR (infrapuna) valonläpäisyominaisuudet.
Nämä ominaisuudet tekevät siitä erinomaisen suorituskyvyn optisella kentällä, ja lisäksi tekevät siitä hyödyllisen materiaalin katalyyttikantajana, pinnoiteelementtinä, heijastamattomina linsseinä ja ikkunoina infrapunalähetykseen muun muassa.
Rakenne
Kemiallisesti valmistetun magnesiumfluoridin kiteinen rakenne on samantyyppinen kuin luonnollisen mineraaliselluiitin. Se kiteytyy tetragonaalisen järjestelmän dipyramidiluokkaan.
Magnesiumionit (Mg2 +) sijaitsevat keskitetyssä tetragonaalisessa ristikkotilassa, kun taas fluori-ionit (F-) löytyvät samasta tasosta kuin ja liittyvät niihin Mg2 + -naapureihinsa, ryhmitettynä pareittain toisiinsa. Mg2 +: n ja F-ionien välinen etäisyys on 2,07 Å (angströmiä) (2,07 × 10-10m).
Hänen kidekoordinaatio on 6: 3. Tämä tarkoittaa, että kutakin Mg2 + -ionia ympäröi 6 F-ionia ja kutakin F-ionia puolestaan ympäröi 3 Mg2 + 5-ionia.
Rakenne on hyvin samankaltainen kuin mineraalirutiilin, joka on titaanidioksidin (TiO2) luonnollinen muoto, jonka kanssa sillä on useita yhteisiä kristallografisia ominaisuuksia.
Valmistuksen aikana magnesiumfluoridi ei saostu amorfisena kiinteänä aineena, koska Mg2 +- ja F-ioneilla ei ole taipumusta muodostaa polymeerikomplekseja liuoksessa.
ominaisuudet
On mielenkiintoista huomata, että magnesiumfluoridi on kaksiosainen raaka-aine. Tämä on optinen ominaisuus, jonka avulla tuleva valonsäde voidaan jakaa kahteen erilliseen säteeseen, jotka etenevät eri nopeuksilla ja aallonpituuksilla.
Jotkut sen ominaisuuksista on esitetty taulukossa 1.
Taulukko 1. Magnesiumfluoridin fysikaaliset ja kemialliset ominaisuudet.
Synteesi ja valmistus
Se voidaan valmistaa monin tavoin, mukaan lukien seuraavat:
1 - reagoimalla magnesiumoksidin (MgO) tai magnesiumkarbonaatin (MgCO3) välillä fluorivetyhapon (HF) 2 kanssa:
MgO + 2 HF MgF2 + H20
MgC03 + 2 HF MgF2 + CO2 + H20
2-reaktiolla magnesiumkarbonaatin ja ammoniumbifluoridin (NH4HF2) välillä, molemmat kiinteässä tilassa, lämpötilassa välillä 150 - 400 ºC:
150-400ºC
MgC03 + NH4HF2 MgF2 + NH3 + CO2 + H20
3-Kuumennus magnesiumkarbonaatin ja ammoniumfluoridin (NH4F) vesiliuosta ammoniumhydroksidin (NH4OH) läsnä ollessa 60 ° C: ssa 2:
60 ° C, NH40H
MgCO3 + 3 NH4F NH4MgF3 + (NH4) 2CO3
Tuloksena saatua magnesiumammoniumfluoridisaosta (NH4MgF3) kuumennetaan sitten 620 ° C: ssa 4 tunnin ajan, jolloin saadaan magnesiumfluoridia:
620ºC
NH4MgF3 MgF2 + NH3 + HF
4-sivutuotteena berylliumin (Be) ja uraanin (U) saamiseksi. Halutun elementin fluori kuumennetaan metallisella magnesiumilla MgF2 2: lla päällystetyssä upokkaassa:
BeF2 + Mg Be + MgF2
5-reagoiva magnesiumkloridin (MgCl2) kanssa ammoniumfluoridin (NH4F) kanssa vesiliuoksessa huoneenlämpötilassa 3:
25 ° C, H20
MgCl2 + 2 NH4F MgF2 + 2NH4Cl
Koska MgF2: n valmistusmenetelmät ovat kalliita, sitä yritetään saada taloudellisemmin, joista erottuu menetelmä meriveden valmistamiseksi.
Tälle on tunnusomaista, että lisätään riittävä määrä fluori-ioneja (F-) meriveteen, jolla on runsaasti magnesiumioneja (Mg2 +), mikä suosii MgF2: n saostumista.
Magnesiumfluoridin optiset kiteet saadaan kuumapuristamalla korkealaatuista MgF2-jauhetta, joka on saatu esimerkiksi NH4HF2-menetelmällä.
Magnesiumfluoridimateriaalien valmistamiseksi on olemassa monia tekniikoita, kuten yksittäisten kiteiden kasvu, sintraus (tiivistäminen muottiin tai muotoiluun) ilman painetta, kuumapuristus ja mikroaaltouuni sintraus.
Sovellukset
Optiikka
MgF2-kiteet soveltuvat optisiin sovelluksiin, koska ne ovat läpinäkyviä UV-alueelta keski-IR-alueelle 2.10.
Inerttinä kalvona sitä käytetään optisten ja elektronisten materiaalien valonläpäisyominaisuuksien muuttamiseen. Yksi pääsovelluksista on VUV-optiikassa avaruustutkimuksen tekniikkaan.
Kahtaikaistumisominaisuutensa vuoksi tämä materiaali on hyödyllinen polarisaatiooptiikassa, Excimer Laserin (silmäkirurgiassa käytettävän ultraviolettilaserin tyyppi) ikkunoissa ja prismoissa.
Olisi huomattava, että ohutkalvooptisten materiaalien valmistuksessa käytetyn magnesiumfluoridin on oltava vapaa epäpuhtauksista tai yhdisteistä, jotka ovat oksidilähteitä, kuten vesi (H2O), hydroksidi-ionit (OH-), karbonaatti-ionit (CO3 =), sulfaatti-ioneja (SO4 =) ja vastaavia 12.
Katalyysi tai reaktioiden kiihtyminen
MgF2: ta on käytetty menestyksekkäästi katalysaattorina kloorin poiston ja vedyn lisäämisen reaktiolle CFC-yhdisteissä (kloorifluorihiilivedyt), tunnetuissa aerosolijäähdyttimissä ja ponneaineissa, ja jotka vastaavat ilmakehän otsonikerroksen vaurioista.
Tuloksena olevilla yhdisteillä, HFC-yhdisteillä (fluorihiilivedyt) ja HCFC-yhdisteillä (kloorifluorihiilivedyt), ei ole tätä haitallista vaikutusta ilmakehään 5.
Se on myös osoittautunut käyttökelpoiseksi katalysaattorina orgaanisten yhdisteiden vedyn rikinpoistoon (rikin poistamiseen).
Muut käyttötavat
Grafiitin, fluorin ja MgF2: n interkaloitumisen tuottamilla materiaaleilla on korkea sähkönjohtavuus, minkä vuoksi niitä on ehdotettu käytettäväksi katodeissa ja sähköä johtavina materiaaleina.
NaF: n ja MgF2: n muodostamalla eutektikalla on energian varastointiominaisuuksia piilevän lämmön muodossa, minkä vuoksi sitä on harkittu käytettäväksi aurinkoenergiajärjestelmissä.
Biokemian alueella magnesiumfluoridia käytetään yhdessä muiden metallifluoridien kanssa inhiboimaan fosforyylinsiirtoreaktioita entsyymeissä.
Äskettäin MgF2-nanohiukkaset on testattu menestyksekkäästi lääkeaineen kuljetusvektoreina sairaissa soluissa syövän hoitoon.
Viitteet
- Buckley, HE ja Vernon, WS (1925) XCIV. Magnesiumfluoridin kiderakenne. Philosophical Magazine Series 6, 49: 293, 945-951.
- Kirk-Othmer (1994). Kemiallisen tekniikan tietosanakirja, osa 11, viides painos, John Wiley & Sons. ISBN 0-471-52680-0 (v.11).
- Peng, Minhong; Cao, Weiping; ja Song, Jinhong. (2015). MgF2-läpikuultavan keraamin valmistus kuumapuristamalla sintraus. Wuhanin teknillisen yliopiston lehti - Mater: Sci. Ed. Voi. 30, nro 4.
- Непоклонов, И.С. (2011). Magnesiumfluoridi. Lähde: Oma työ.
- Wojciechowska, Maria; Zielinski, Michal; ja Pietrowski, Mariusz. (2003). MgF2 ei-tavanomaisena katalyyttikantajana. Journal of Fluorine Chemistry, 120 (2003) 1 - 11.
- Korth Kristalle GmbH. (2019). Magnesiumfluoridi (MgF2). Haettu 2019-07-12 osoitteessa korth.de
- Sevonkaev, Igor ja Matijevic, Egon. (2009). Eri morfologioiden magnesiumfluoridihiukkasten muodostuminen. Langmuir 2009, 25 (18), 10534-10539.
- Непоклонов, И.С. (2013). Magnesiumfluoridi. Lähde: Oma työ.
- Tao Qin, Peng Zhang ja Weiwei Qin. (2017). Uusi menetelmä edullisten magnesiumfluoripallosten syntetisoimiseksi merivedestä. Ceramics International 43 (2017) 14481-14483.
- Ullmannin teollisuuskemian tietosanakirja (1996), viides painos. Nide A11. VCH Verlagsgesellschaft mbH. New York. ISBN 0-89573-161-4.
- NASA (2013). Insinöörit tarkastavat Hubble-avaruusteleskoopin ensisijaisen peilin 8109563. Lähde: mix.msfc.nasa.gov