Гидрид магния вода реакция

Формула гидрида магния, химическая структура и свойства

гидрид магния (MGH₂ молекулярной формулы), представляет собой химическое соединение с содержанием по массе 7,66% водорода, встречающееся в природе в виде белого кристаллического твердого вещества. Он используется в основном для приготовления других химических веществ, хотя он также был изучен как потенциальный носитель водорода.

Он принадлежит к семейству солевых (или ионных) гидридов, определяемых отрицательно заряженным ионом H. Эти гидриды считаются такими, которые образуются из щелочных металлов и щелочноземельных металлов, но в случае магния (и бериллия) имеют ковалентные связи, в дополнение к ионам, которые характеризуют это семейство гидридов..

• 1 Приготовление и формула
• 2 Химическая структура
• 3 Физические и химические свойства
  • 3.1 Физический
  • 3.2 Химические вещества
• 4 использования
  • 4.1 Хранение водорода
  • 4.2 Реакции гидрирования и дегидрирования
  • 4.3 Грязь
  • 4.4 Топливные элементы
  • 4.5 Транспорт и энергия
  • 4.6 Алкилирование
• 5 рисков
  • 5.1 Реакция с водой
  • 5.2 Это пирофорный
• 6 Ссылки

Подготовка и формула

Гидрид магния образуется путем прямого гидрирования металлического магния (Mg) в условиях высокого давления и температуры (200 атмосфер, 500ºC) с катализатором MgI.₂. Его реакция эквивалентна:

Производство MgH также было исследовано₂ при более низких температурах с использованием нанокристаллического магния, получаемого в шаровых мельницах.

Существуют и другие способы получения, но они представляют собой более сложные химические реакции (гидрирование магния-антрацена, реакция между диэтилмагнием с литий-алюминиевым гидридом и как продукт комплекса MgH.₂).

Химическая структура

Этот атом имеет структуру рутила при комнатной температуре, с тетрагональной кристаллической структурой. Он имеет по меньшей мере четыре различные формы в условиях высокого давления, и также наблюдается нестехиометрическая структура с недостатком водорода; последний встречается только в очень небольших количествах частиц при образовании.

Как упомянуто выше, связи, которые существуют в структуре рутила, имеют частично ковалентные свойства, а не являются чисто ионными, как другие солевые гидриды.

Это приводит к тому, что атом магния имеет сферическую форму, полностью ионизированную, но его гидрид-ион имеет удлиненную структуру.

Физико-химические свойства

физическое

• Внешний вид: белые кристаллы.
• Молярная масса: 26,3209 г / моль
• Плотность: 1,45 г / см 3
• Температура плавления: 285 ° C разлагается
• Растворимость: в воде разлагается.

Это химическое соединение имеет молекулярную массу 26,321 г / моль, плотность 1,45 г / см3 и температуру плавления 327 ° С..

химическая

• Прекурсор для изготовления других химических веществ.
• Хранение водорода, как возможный источник энергии.
• Восстановитель в органическом синтезе.

Важно указать, что это соединение нельзя довести до жидкого состояния, и когда его переносят или его температура плавления или вводят в воду, оно разлагается. Этот гидрид нерастворим в эфире.

Это очень реактивное и легковоспламеняющееся вещество, а также пирофорное, то есть оно может самовозгораться в воздухе. Эти три условия представляют риски для безопасности, которые будут упомянуты в последнем разделе этой статьи.

приложений

Хранение водорода

Гидрид магния легко реагирует с водой с образованием газообразного водорода посредством следующей химической реакции:

Кроме того, это вещество разлагается при температуре 287 ° С и давлении 1 бар следующим образом:

Поэтому было предложено использовать гидрид магния в качестве носителя для хранения водорода для его использования и транспортировки..

Гидрирование и дегидрирование некоторого количества металлического магния предлагается в качестве способа транспортировки количеств газообразного водорода, таким образом обеспечивая отсутствие утечки при его транспортировке и представляя более безопасный и практичный способ, чем при использовании сосудов высокого давления..

Реакции гидрирования и дегидрирования

Хотя температура разложения гидрида магния представляет собой ограничивающий фактор для его использования, были предложены способы для улучшения кинетики реакций гидрирования и дегидрирования. Одним из них является уменьшение размера частиц магния с помощью шаровых мельниц.

грязи

Кроме того, была предложена система, которая производит гидрид магния в форме грязи (более управляемой и безопасной, чем в порошке или других твердых частицах), которая будет реагировать с водой для получения желаемого водорода.

Предполагается, что ранее названный шлам будет образован тонко измельченным гидридом, защищен защитным слоем масел и суспендирован в диспергирующих агентах, чтобы гарантировать, что он сохраняет свою консистенцию без потери материала и что он не впитывает влагу из окружающей среды..

Преимущество этого ила состоит в том, что его можно перекачивать через любой обычный дизельный, бензиновый или водяной насос, что делает это экономическое предложение также эффективным.

Топливные элементы

Гидрид магния может быть использован в производстве современных топливных элементов, а также в создании аккумуляторов и накопителей энергии..

Транспорт и энергия

В течение последних десятилетий рассматривалось использование водорода в качестве источника энергии. Имплантация водорода в качестве топлива требует поиска безопасных и обратимых систем хранения и с большими объемными емкостями (количество водорода на единицу объема) и гравиметрическими (количество водорода на единицу массы).

алкилирование

Алкилирование (добавляют СН алкильные группы₃R) органических соединений в основной среде, где присутствуют группы -ОН при низких концентрациях и температурах, превышающих температуру плавления гидрида.

В этом случае водороды присутствуют в гидриде магния (MgH₂), присоединяются к группам -ОН, образующим воду. Свободный магний может получить галоген, который часто сопровождает алкильную молекулу, которая предназначена для связывания с углеводородной цепью.

риски

Реакция с водой

Как уже упоминалось, гидрид магния является веществом, которое очень легко и бурно реагирует с водой, демонстрируя способность взрываться при более высоких концентрациях..

Это происходит потому, что его экзотермическая реакция генерирует достаточно тепла, чтобы зажечь газообразный водород, выделяющийся в реакции разложения, что приводит к довольно опасной цепной реакции..

Это пирофор

Гидрид магния также пирофорен, что означает, что он может самопроизвольно воспламеняться в присутствии влажного воздуха и образует оксид магния и воду.

Его вдыхание не рекомендуется в твердом состоянии или в контакте с его парами: вещество в своем естественном состоянии и продукты его разложения могут вызвать серьезные травмы или даже смерть.

Он может генерировать коррозийные растворы при контакте с водой и ее загрязнении. Контакт с кожей и глазами не рекомендуется, а также вызывает раздражение слизистых оболочек.

Не было продемонстрировано, что гидрид магния может вызывать хронические последствия для здоровья, такие как рак, репродуктивные дефекты или другие физические или психические последствия, но рекомендуется использовать защитное оборудование при обращении с ним (особенно респираторы или маски, для его мелкий пыль характер).

При работе с этим веществом влажность воздуха должна поддерживаться на низком уровне, гасить все источники возгорания и транспортировать его в бочках или других контейнерных контейнерах..

Всегда следует избегать работы с большими концентрациями этого вещества, когда его можно избежать, так как вероятность взрыва значительно уменьшается.

В случае разлива гидрида магния рабочая зона должна быть изолирована, а пыль собирается пылесосом. Вы никогда не должны использовать сухой метод подметания; увеличивает шансы реакции с гидридом.

Источник

Гидрид магния

Гидрид магния
Хим. формула	MgH2
Молярная масса	26,3209 г/моль
Плотность	1,45 г/см³
Температура
• плавления	327 °C
Рег. номер CAS	7693-27-8
PubChem	107663
Рег. номер EINECS	231-705-3
SMILES
ChemSpider	16787263
Приведены данные для стандартных условий (25 °C, 100 кПа), если не указано иное.

Гидрид магния (Магний водородистый) — бинарное неорганическое химическое соединение с химической формулой MgH₂.

Содержит 7,66 % вес. водорода, в связи с чем рассматривается в качестве возможной среды для хранения водорода.

Свойства

Представляет собой твёрдое белое нелетучее вещество. Мало растворим в воде. Взаимодействует со спиртами и водой:

При нагревании свыше 287 °C при атмосферном давлении распадается на элементы:

Относительно высокая температура разложения рассматривается как некоторый недостаток для применения вещества в качестве обратимого хранилища водорода.

Получение

Гидрид магния получают реакцией магния с водородом при 570 °С и около 200 атмосфер в присутствии катализатора — йодида магния (выход реакции 60 %):

Также возможно получение вещества взаимодействием гидрида лития LiH с магнийалкилами.

Источник

Применение POWERPASTE для автономных источников питания

POWERPASTE — это вещество для хранения водорода сверхвысокой емкости для топливных элементов с PEM , изобретенное и разработанное Fraunhofer IFAM. POWERPASTE выделяет водород при контакте с водой. Емкость по водороду составляет около 10 мас.% (Т.е. 10 кг POWERPASTE → 1 кг водорода). Это удельная энергия 1,6 кВтч/кг и плотность энергии 1,9 кВтч/литр, что примерно в 10 раз превышает емкость литий-ионных батарей. Отмеченная наградами технология POWERPASTE запатентована (ЕС, США) и имеет множество преимуществ по сравнению с другими технологиями хранения энергии, в частности, в диапазоне мощности от 100 Вт до 10 кВт.

Рис.1: POWERPASTE; Картридж POWERPASTE; демонстрационный источник питания 100 Вт.

Схематическое изображение принципа работы источника электропитания на основе POWERPASTE показано на следующей схеме:

Рис. 2: Схематическое изображение источника эл.энергии на базе POWERPASTE.

В отличие от батарей, системы питания на основе POWERPASTE не зависят от электросети и могут быть перезаряжены за секунды заменой картриджа. Кроме того, POWERPASTE отличается высокой стабильностью и не подвержен саморазряду. Капитальные затраты на ед. мощности и совокупная стоимость владения для энергосистем на базе POWERPASTE сопоставимы, в частности, в диапазоне мощности от 100 Вт до 10 кВт, например, для БПЛА с длительным временем полета или автомобилей с увеличенным запасом хода, а также для различных стационарных применений, таких как резервные генераторы энергии.

Основным компонентом POWERPASTE является гидрид магния, MgH₂, в котором водород хранится в безопасной форме. Получение водорода из POWERPASTE можно представить следующей схемой:

Рис. 3: Схема реакции для получения водорода.

Сравнение POWERPASTE с другими перспективными технологиями

Энергетические системы на основе топливных элементов стали многообещающей альтернативой батареям, но пока они были экономически успешными только на нишевых рынках. Это в основном связано с отсутствием инфраструктуры. Большинству топливных элементов нужен водород в той или иной форме, который затем может вступать в реакцию внутри топливного элемента с кислородом (или окружающим воздухом) для выработки электроэнергии. Общий принцип работы топливного элемента изображен на следующем рисунке:

Рис. 4: Общий принцип работы топливного элемента.

Существует четыре основных подхода к обеспечению водородом для энергетических систем на основе топливных элементов:

Подача газообразного водорода непосредственно в топливный элемент. Здесь водород хранится в специальных газовых баллонах (сделанных из высокопрочных материалов, таких как композит из углеродного волокна) под давлением в несколько сотен бар. Уменьшение размера резервуаров для хранения водорода высокого давления ограничено из-за обязательных компонентов безопасности. Кроме того, необходима сеть водородных заправок.

Выработка водорода в установке риформинга. При высокой температуре установка риформинга превращает обычное топливо (углеводороды, такие как дизельное топливо, СПГ или метанол) в водород и диоксид углерода (CO₂₎.

Выработка водорода из специального топлива прямо в топливном элементе. На сегодняшний день это возможно только с метанолом в так называемых топливных элементах с прямым метанолом (DMFC ), которые тоже выделяют CO₂. Требуется специальная водно-метанольная смесь.

Генерировать водород при давлении, близком к окружающему, посредством химической реакции вещества-носителя водорода с водой, так называемой реакции гидролиза, при которой не выделяется CO₂. Водородный носитель может поставляться в картриджах. POWERPASTE является примером такого носителя.

Сравнительный обзор наиболее актуальных технологий накопления энергии и энергоснабжения в диапазоне мощностей от 100 Вт до 10 кВт приведен в таблице:

Таблица 1: Ключевые показатели эффективности автономных источников энергии

Рис. 5: Удельная энергия (Вт/кг) и плотность энергии (Вт/л) некоторых видов высокоэнергетического топлива.

POWERPASTE для автономных источников питания

Предпринималось много попыток эффективно вырабатывать водород для топливных элементов с помощью химической реакции, поскольку это позволяет избежать необходимости использования высоких давлений и специальной инфраструктуры (водородные заправочные станции). Химические носители водорода (твердые или жидкие) можно легко транспортировать и заправлять. В течение некоторого времени в качестве возможного решения предлагались реакции боргидрида натрия (NaBH₄) или других восстановителей с водой (так называемые реакции гидролиза). Хотя боргидрид натрия перспективен с химической точки зрения, его токсичность и рыночная оптовая цена более 15 евро/кг ограничивают его использование.

С другой стороны, было много попыток сделать возможным применение потенциально более дешевого и нетоксичного гидрида магния для эффективной и контролируемой реакции с водой. Примечательной особенностью реакции гидролиза гидрида магния является то, что половина произведенного водорода вырабатывается из воды:

Тем не менее, предыдущие попытки получить водород в результате реакции гидрида магния и воды c контролем реакции до такой степени, что становится возможным мгновенный запуск/остановка и полное отслеживание нагрузки топливного элемента, были безуспешными. Одна из причин — образование пассивирующих слоев на гидриде магния при контакте с водой. Однако, как продемонстрировал Fraunhofer IFAM, добавление некоторых солей металлов к гидриду магния может эффективно уменьшить образование этих пассивирующих слоев.

Другая причина заключается в том, что, в отличие от NaBH₄, гидрид магния не может образовывать метастабильные водные растворы, что затрудняет строго контролируемую реакцию. Только благодаря изобретению полутвердой композиции POWERPASTE, которая содержит гидрид магния и вышеупомянутые соли металлов, а также нетоксичный эфир, Fraunhofer IFAM смог создать топливо со следующей уникальной комбинацией свойств:

Очень высокая плотность энергии до 1,9 кВтч / литр

Высокодинамичная реакция с водой для мгновенного запуска/остановки топливного элемента

Возможно дозирование независимо от ориентации (наклон до +/- 90 ° во всех направлениях)

Нетоксичный и безопасный состав

Легкая утилизация или переработка

Длительный срок хранения (до 5 лет)

Низкие производственные затраты (примерно до 2 евро/кг POWERPASTE)

Рис. 6: Динамика реакции чистого гидрида магния, гидрида магния + добавка соли металла и POWERPASTE

Для производства водорода с помощью POWERPASTE не требуется специальной подготовки воды. Реакция протекает с водой различного качества (в частности, различной жесткости) и возможна даже с морской водой.

Коммерческое использование энергосистем на базе POWERPASTE

Основными компонентами системы электропитания POWERPASTE являются: картридж POWERPASTE, резервуар или резервуар для воды, водородный генератор, топливный элемент PEM, исполнительные механизмы, электроника и буферная / резервная батарея. Общий вид такого источника энергии можно увидеть на следующей схеме:

Рис. 7: Общая схема источника энергии на основе POWERPASTE

Путем дозирования точных количеств POWERPASTE и воды, реакция в водородном генераторе контролируется таким образом, что количество производимого водорода точно совпадает с потреблением водорода топливным элементом, обеспечивая низкое давление в системе и, следовательно, уменьшает ее вес. Заправка означает просто замену картриджей, что делает ее чрезвычайно быстрой.

Источник