แมกนีเซียมไฮไดรด์
แมกนีเซียมไฮไดรด์เป็นสารประกอบทางเคมีที่มีสูตรโมเลกุล MgH2 ไฮโดรเจน 7.66% โดยน้ำหนัก และได้รับการศึกษาในฐานะสื่อกลางในการกักเก็บไฮโดรเจนที่มีศักยภาพ[ 2 ]
เพื่อเปรียบเทียบ ปริมาตร 1 ลูกบาศก์เมตรสามารถบรรจุไฮโดรเจนได้ 45 กิโลกรัมที่ความดัน 700 บรรยากาศ ไฮโดรเจนเหลว 70 กิโลกรัม หรือไฮโดรเจนที่ถูกกักเก็บไว้ในแมกนีเซียมไฮไดรด์ได้มากถึง 106 กิโลกรัม[ 3 ]
แมกนีเซียมไฮไดรด์ยังอยู่ระหว่างการศึกษาเพื่อใช้ในอาวุธเทอร์โมบาริกและอาวุธเพลิงทั้งในรูปแบบเดี่ยวหรือผสมกับสารออกซิไดเซอร์แข็ง จีนได้ทดสอบ "ระเบิดไฮโดรเจน" (ที่ไม่ใช่นิวเคลียร์) โดยใช้สารนี้[ 4 ]นอกจากนี้ยังสามารถใช้ในวัตถุระเบิดแบบอิมัลชันเป็นแหล่งกำเนิดฟองและเชื้อเพลิงเพิ่มเติมได้[ 5 ]สามารถเพิ่มเข้าไปเพื่อปรับปรุงการปลดปล่อยความร้อนของส่วนประกอบวัตถุระเบิดที่มีอะลูมิเนียมเป็นองค์ประกอบ และเพื่อปรับปรุงอัตราการเผาไหม้ของเชื้อเพลิงขับดัน[ 6 ] [ 7 ]
การตระเตรียม
ใน ปีพ.ศ. 2494 มีการรายงานการเตรียมจากธาตุเป็นครั้งแรกโดยเกี่ยวข้องกับการเติมไฮโดรเจนโดยตรงของโลหะ Mg ที่ความดันและอุณหภูมิสูง (200 บรรยากาศ, 500 °C) โดยใช้ ตัวเร่งปฏิกิริยา MgI2 : []
- Mg + H → MgH
การผลิตที่อุณหภูมิต่ำกว่าจาก Mg และ H2 ใช้ Mg นาโนคริสตัลไลน์ที่ผลิตในเครื่องบดลูกบอลได้รับการศึกษาแล้ว[ 9 ]การเตรียมการอื่นๆ ได้แก่:
- การเติมไฮโดรเจนของแมกนีเซียมแอนทราซีนภายใต้สภาวะที่ไม่รุนแรง: [ 10 ]
- Mg(anthracene) + H → MgH
- ปฏิกิริยาของไดเอทิลแมกนีเซียมกับลิเธียมอะลูมิเนียมไฮไดรด์[ 11 ]
- ผลิตภัณฑ์ของ MgH ที่ซับซ้อน เช่น MgH .THF โดยปฏิกิริยาของฟีนิลไซเลนและไดบิวทิลแมกนีเซียมในตัวทำละลายอีเทอร์หรือไฮโดรคาร์บอนในที่ที่มี THFหรือTMEDAเป็นลิแกนด์[ 1 ]
โครงสร้างและพันธะ
ที่อุณหภูมิห้องมีโครงสร้างแบบรูไทล์[ 12 ]มีอย่างน้อยสี่รูปแบบความดันสูง ได้แก่ γ-MgH ที่มี โครงสร้างα-PbO [ 13 ] β-MgH กลุ่มพื้นที่ Pa-3 [ 14 ] HP1แบบออร์โธรอมบิกที่มีกลุ่มพื้นที่ Pbc2 และ HP2 แบบออร์โธรอมบิกที่มีกลุ่มพื้นที่ Pnma [ 15 ]นอกจากนี้ ยังมีการระบุลักษณะของ MgH ที่ไม่เป็นไปตามสัดส่วนทางเคมี แต่ดูเหมือนว่าจะมีอยู่เฉพาะในอนุภาคขนาดเล็กมากเท่านั้น[ 16 ] (MgH ในปริมาณมาก โดยพื้นฐานแล้วเป็นไปตามสัดส่วนทางเคมี เนื่องจากสามารถรองรับช่องว่าง H ที่มีความเข้มข้นต่ำมากเท่านั้น[ 17 ] )
บางครั้งพันธะในรูปแบบรูไทล์ถูกอธิบายว่ามีลักษณะเป็นโคเวเลนต์บางส่วนมากกว่าที่จะเป็นไอออนิกล้วนๆ[ 18 ]การกำหนดความหนาแน่นของประจุโดยการเลี้ยวเบนรังสีเอกซ์ซินโครตรอนบ่งชี้ว่าอะตอมของแมกนีเซียมแตกตัวเป็นไอออนอย่างสมบูรณ์และมีรูปร่างทรงกลม และไอออนไฮไดรด์มีรูปร่างยาว[ 19 ] รูปแบบโมเลกุลของแมกนีเซียมไฮไดรด์ MgH, MgH , Mg H, Mg H , Mg H และ Mg H ที่ระบุโดยสเปกตรัมการสั่นสะเทือนของโมเลกุลเหล่านี้ พบในตัวอย่างที่แยกเมทริกซ์ที่อุณหภูมิต่ำกว่า 10 K ซึ่งเกิดขึ้นหลังจากการระเหยด้วยเลเซอร์ของแมกนีเซียมในที่ที่มีไฮโดรเจน[ 20 ] โมเลกุล Mg H มีโครงสร้างแบบสะพานที่คล้ายกับอะลูมิเนียมไฮไดรด์ไดเมอร์Al H [ 20 ]
ปฏิกิริยา
MgH₂ ทำปฏิกิริยากับน้ำได้ และเกิดเป็นก๊าซไฮโดรเจน:
- MgH₂ + 2 H₂O 2 H₂ Mg(OH
ที่อุณหภูมิ 287 °C จะสลายตัวเพื่อผลิต H2 ความดัน 1 บาร์[ 21 ]อุณหภูมิสูงที่ต้องการถือเป็นข้อจำกัดในการใช้ MgH2 ตัวกลางในการกักเก็บไฮโดรเจนแบบย้อนกลับได้: [ 22 ]
- MgH → Mg + H