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Hidruro de magnesio

El hidruro de magnesio es un compuesto químico con la fórmula molecular MgH2 . Contiene un 7,66 % en peso de hidrógeno y se ha estudiado como un medio potencial de almacenamiento de hidrógeno. [2]

Preparación

En 1951 se informó por primera vez sobre la preparación a partir de los elementos que implicaba la hidrogenación directa del metal Mg a alta presión y temperatura (200 atmósferas, 500 °C) con un catalizador de MgI 2 : [3]

Mg + H2 → MgH2

Se ha investigado la producción a menor temperatura a partir de Mg y H2 utilizando Mg nanocristalino producido en molinos de bolas . [4] Otras preparaciones incluyen:

Mg(antraceno) + H 2 → MgH 2

Estructura y unión

La forma a temperatura ambiente α-MgH 2 tiene una estructura de rutilo . [7] Hay al menos cuatro formas de alta presión: γ-MgH 2 con estructura α-PbO 2 , [8] β-MgH 2 cúbico con grupo espacial Pa-3 , [9] HP1 ortorrómbico con grupo espacial Pbc2 1 y HP2 ortorrómbico con grupo espacial Pnma. [10] Además, se ha caracterizado un MgH (2-δ) no estequiométrico , pero este parece existir solo para partículas muy pequeñas [11]
(el MgH 2 en masa es esencialmente estequiométrico, ya que solo puede acomodar concentraciones muy bajas de vacantes de H [12] ).

El enlace en forma de rutilo a veces se describe como parcialmente covalente en su naturaleza en lugar de puramente iónico; [13] la determinación de la densidad de carga por difracción de rayos X de sincrotrón indica que el átomo de magnesio está completamente ionizado y tiene forma esférica y el ion hidruro es alargado. [14] Las formas moleculares de hidruro de magnesio, MgH, MgH 2 , Mg 2 H, Mg 2 H 2 , Mg 2 H 3 y Mg 2 H 4 , identificadas por sus espectros vibracionales, se han encontrado en muestras aisladas de matriz a menos de 10 K, formadas después de la ablación láser de magnesio en presencia de hidrógeno. [15] La molécula de Mg 2 H 4 tiene una estructura puenteada análoga al hidruro de aluminio dimérico , Al 2 H 6 . [15]

Reacciones

El MgH2 reacciona fácilmente con el agua para formar gas hidrógeno:

MgH2 + 2H2O → 2H2 + Mg ( OH) 2

A 287 °C se descompone para producir H 2 a 1 bar de presión. [16] La alta temperatura requerida se considera una limitación en el uso de MgH 2 como medio de almacenamiento reversible de hidrógeno: [17]

MgH2 → Mg + H2

Referencias

  1. ^ ab Michalczyk, Michael J (1992). "Síntesis de hidruro de magnesio mediante la reacción de fenilsilano y dibutilmagnesio". Organometallics . 11 (6): 2307–2309. doi :10.1021/om00042a055.
  2. ^ Bogdanovic, Borislav (1985). "Síntesis catalítica de compuestos de organolitio y organomagnesio y de hidruros de litio y magnesio: aplicaciones en síntesis orgánica y almacenamiento de hidrógeno". Angewandte Chemie International Edition en inglés . 24 (4): 262–273. doi :10.1002/anie.198502621.
  3. ^ Egon Wiberg; Heinz Göltzer; Richard Bauer (1951). "Synthese von Magnesiumhydrid aus den Elementen" [Síntesis de hidruro de magnesio a partir de los elementos] (PDF) . Zeitschrift für Naturforschung B (en alemán). 6b : 394.
  4. ^ Zaluska, A; Zaluski, L; Ström–Olsen, JO (1999). "Magnesio nanocristalino para el almacenamiento de hidrógeno". Revista de aleaciones y compuestos . 288 (1–2): 217–225. doi :10.1016/S0925-8388(99)00073-0.
  5. ^ Bogdanović, Borislav; Liao, Shih-Tsien; Schwickardi, Manfred; Sikorsky, Peter; Spliethoff, Bernd (1980). "Síntesis catalítica de hidruro de magnesio en condiciones suaves". Angewandte Chemie International Edition en inglés . 19 (10): 818. doi :10.1002/anie.198008181.
  6. ^ Barbaras, Glenn D; Dillard, Clyde; Finholt, A. E; Wartik, Thomas; Wilzbach, K. E; Schlesinger, H. I (1951). "La preparación de los hidruros de cinc, cadmio, berilio, magnesio y litio mediante el uso de hidruro de litio y aluminio1". Journal of the American Chemical Society . 73 (10): 4585. doi :10.1021/ja01154a025.
  7. ^ Zachariasen, W. H; Holley, C. E; Stamper, J. F (1963). "Estudio de difracción de neutrones del deuteruro de magnesio". Acta Crystallographica . 16 (5): 352. doi : 10.1107/S0365110X63000967 .
  8. ^ Bortz, M; Bertheville, B; Böttger, G; Yvon, K (1999). "Estructura de la fase de alta presión γ-MgH2 por difracción de polvo de neutrones". Journal of Alloys and Compounds . 287 (1–2): L4–L6. doi :10.1016/S0925-8388(99)00028-6.
  9. ^ Vajeeston, P; Ravindran, P; Hauback, B. C; Fjellvåg, H; Kjekshus, A; Furuseth, S; Hanfland, M (2006). "Estabilidad estructural y transiciones de fase inducidas por presión en MgH2". Physical Review B . 73 (22): 224102. Bibcode :2006PhRvB..73v4102V. doi :10.1103/PhysRevB.73.224102.
  10. ^ Moriwaki, Toru; Akahama, Yuichi; Kawamura, Haruki; Nakano, Satoshi; Takemura, Kenichi (2006). "Transición de fase estructural de MgH2 de tipo rutilo a altas presiones". Revista de la Sociedad de Física de Japón . 75 (7): 074603. Código Bibliográfico :2006JPSJ...75g4603M. doi :10.1143/JPSJ.75.074603.
  11. ^ Schimmel, H. Gijs; Huot, Jacques; Chapón, Laurent C; Tichelaar, Frans D; Mulder, Fokko M (2005). "Ciclo del hidrógeno de magnesio nanoestructurado catalizado por niobio y vanadio". Revista de la Sociedad Química Estadounidense . 127 (41): 14348–54. doi :10.1021/ja051508a. PMID  16218629.
  12. ^ Grau-Crespo, R.; KC Smith; TS Fisher; NH de Leeuw; UV Waghmare (2009). "Termodinámica de vacantes de hidrógeno en MgH 2 a partir de cálculos de primeros principios y mecánica estadística grancanónica". Physical Review B . 80 (17): 174117. arXiv : 0910.4331 . Código Bibliográfico :2009PhRvB..80q4117G. doi :10.1103/PhysRevB.80.174117. S2CID  32342746.
  13. ^ Algodón, F. Albert ; Wilkinson, Geoffrey ; Murillo, Carlos A.; Bochmann, Manfred (1999), Química inorgánica avanzada (6.ª ed.), Nueva York: Wiley-Interscience, ISBN 0-471-19957-5
  14. ^ Noritake, T; Towata, S; Aoki, M; Seno, Y; Hirose, Y; Nishibori, E; Takata, M; Sakata, M (2003). "Medición de densidad de carga en MgH2 por difracción de rayos X de sincrotrón". Journal of Alloys and Compounds . 356–357: 84–86. doi :10.1016/S0925-8388(03)00104-X.
  15. ^ ab Wang, Xuefeng; Andrews, Lester (2004). "Espectros infrarrojos de moléculas de hidruro de magnesio, complejos y dihidruro de magnesio sólido". The Journal of Physical Chemistry A . 108 (52): 11511. Bibcode :2004JPCA..10811511W. doi :10.1021/jp046410h.
  16. ^ McAuliffe, TR (1980). Hidrógeno y energía (edición ilustrada). Springer. pág. 65. ISBN 978-1-349-02635-7.Extracto de la página 65
  17. ^ Schlapbach, Luis; Züttel, Andreas (2001). "Materiales de almacenamiento de hidrógeno para aplicaciones móviles" (PDF) . Naturaleza . 414 (6861): 353–8. Código Bib :2001Natur.414..353S. doi :10.1038/35104634. PMID  11713542. S2CID  3025203.