MAGNESIUMHYDROXID: STRUKTUR, EIGENSCHAFTEN, NOMENKLATUR, VERWENDUNG - CHEMIE - 2025

Das Magnesiumhydroxid ist eine anorganische Verbindung mit der chemischen Formel Mg (OH) ₂ . In seiner reinen Form ist es ein mattweißer Feststoff mit einem amorphen Aussehen; Mit einem geringen und genauen Gehalt an Verunreinigungen wandelt es sich jedoch in kristallinen festen Brucit um, ein Mineral, das in bestimmten Ablagerungen in der Natur vorkommt, und ist eine reichhaltige Magnesiumquelle.

Es ist ein schwacher Elektrolyt oder eine schwache Base, daher ist seine Dissoziation in Wasser gering. Diese Eigenschaft macht Mg (OH) _{2 zu} einem guten Säureneutralisator für den menschlichen Verzehr; Heilmittel im Volksmund als Magnesia-Milch Suspension bekannt. Es ist auch feuerhemmend, indem es während seiner thermischen Zersetzung Wasser freisetzt.

Feste Probe von Magnesiumhydroxid. Quelle: Chemisches Interesse

Im oberen Bild sind einige Magnesiumhydroxid-Feststoffe dargestellt, in denen die opake weiße Farbe erkennbar ist. Je kristalliner sie sind, desto glasiger und perliger werden sie.

Seine kristalline Struktur ist eigenartig, da es zweischichtige hexagonale Kristalle bildet, die vielversprechende Designs für das Design neuer Materialien darstellen. Ihre positiven Ladungen spielen eine wichtige Rolle in diesen Schichten aufgrund der Substitution von Mg ²⁺ von dreiwertigen Kationen sowie den engen Spezies zwischen den Wänden zusammengesetzt OH ^- Anionen .

Andererseits ergeben sich andere Anwendungen in Abhängigkeit von der Morphologie der hergestellten Partikel oder Nanopartikel; als Katalysatoren oder Adsorbentien. In allen von ihnen wird das 1: 2-Verhältnis für Mg ²⁺ : OH ^- -Ionen konstant gehalten , was sich in der gleichen Formel Mg (OH) ₂ widerspiegelt .

Struktur

Formel und Oktaeder

Ionen, aus denen Magnesiumhydroxid besteht. Quelle: Claudio Pistilli

Das obere Bild zeigt die Ionen, aus denen Mg (OH) _{2 besteht} . Wie zu sehen ist, gibt es für jedes Mg ²⁺ -Kation zwei OH ^- Anionen , die elektrostatisch interagieren, um einen Kristall mit einer hexagonalen Struktur zu definieren. Die gleiche Formel zeigt an, dass das Mg: OH-Verhältnis 1: 2 beträgt.

Die wahre Kristallstruktur ist jedoch etwas komplizierter als die Annahme einfacher Mg ^{2+ -} und OH ^- -Ionen . Tatsächlich zeichnet sich Magnesium durch eine Koordinationszahl von 6 aus, so dass es mit bis zu sechs OH ^- interagieren kann .

So entsteht das Oktaeder Mg (OH) ₆ , wobei die Sauerstoffatome offensichtlich aus dem OH ^{- stammen} ; und die Kristallstruktur beruht nun darauf, solche Oktaeder zu betrachten und wie sie miteinander interagieren.

Tatsächlich definieren die Mg (OH) ₆ -Einheiten doppelschichtige Strukturen, die wiederum im Raum angeordnet sind, um den hexagonalen Kristall zu erzeugen.

Doppelschicht

Doppelschichtstruktur von Magnesiumhydroxid. Quelle: Rauchfuß

Das obere Bild zeigt die Struktur der Doppelschicht aus Magnesiumhydroxid (LDH, Abkürzung für Englisch: Layered Double Hydroxids). Die grünen Kugeln stellen die Mg ²⁺ -Ionen dar , die durch andere mit einer höheren Ladung ersetzt werden könnten, um eine positive Ladung in der Schicht zu erzeugen.

Es ist zu beachten, dass um jedes Mg ²⁺ sechs rote Kugeln mit ihren jeweiligen weißen Kugeln verbunden sind; das heißt, die oktaedrischen Einheiten Mg (OH) ₆ . Das OH ^- fungiert als Brücke, um zwei Mg ²⁺ verschiedener Ebenen zu verbinden, wodurch sich die Schichten verflechten.

Ebenso wird beobachtet, dass Wasserstoffatome nach oben und unten zeigen und hauptsächlich für die intermolekularen Kräfte verantwortlich sind, die die beiden Schichten von Mg (OH) ₆ -Einheiten zusammenhalten .

Je nachdem, wie positiv sie sind (wenn Al ^{3+ -} oder Fe ³⁺ -Ionen Mg ²⁺ ersetzen ), können sich zwischen diesen Schichten neutrale Moleküle (wie Alkohole, Ammoniak und Stickstoff) oder sogar Anionen befinden . Der "Füllstoff" dieser Spezies wird durch die Oberflächen der OH ^- Anionen begrenzt .

Morphologien

Doppelschichtiges sechseckiges Glas wächst langsam oder schnell. Es hängt alles von den Synthese- oder Herstellungsparametern ab: Temperatur, Molverhältnis, Rühren, Lösungsmittel, Reagenzien als Quelle für Magnesium, Basen oder Fällungsmittel usw. Wenn der Kristall wächst, definiert er die Mikrostruktur oder Morphologie seiner Nanopartikel oder Aggregate.

Somit können diese Nanopartikel blumenkohlartige platten-, plättchen- oder kügelchenartige Morphologien aufweisen. Ebenso kann sich die Verteilung ihrer Größen ändern, ebenso wie der Porositätsgrad der resultierenden Feststoffe.

Eigenschaften

Aussehen

Es ist ein weißer, körniger oder pulverförmiger Feststoff und geruchlos.

Molmasse

58,3197 g / mol.

Dichte

3,47 g / ml.

Schmelzpunkt

350 ° C. Bei dieser Temperatur zersetzt es sich in Oxid, indem es die in seinen Kristallen enthaltenen Wassermoleküle freisetzt:

Mg (OH) ₂ (s) => MgO (s) + H ₂ O (g)

Wasserlöslichkeit

0,004 g / 100 ml bei 100 ° C; das heißt, es löst sich kaum in kochendem Wasser und macht es zu einer unlöslichen Verbindung in Wasser. Wenn jedoch der pH-Wert abnimmt (oder der Säuregehalt zunimmt), nimmt seine Löslichkeit aufgrund der Bildung des komplexen wässrigen Mg (OH ₂ ) _{6 zu} .

Wenn Mg (OH) ₂ CO ₂ absorbiert hat , setzt es das eingeschlossene Gas als Sprudeln frei, wenn es in einem sauren Medium gelöst wird.

Brechungsindex

1,559

pH

Eine wässrige Suspension davon hat einen pH-Wert, der zwischen 9,5 und 10,5 variiert. Obwohl diese Werte normal sind, spiegelt es seine geringe Basizität im Vergleich zu anderen Metallhydroxiden (wie NaOH) wider.

Wärmekapazität

77,03 J / mol K.

Wo befindet es sich?

Pastellblauer Glaskristall des Minerals Brucit. Quelle: Rob Lavinsky, iRocks.com - CC-BY-SA-3.0

Magnesiumhydroxid kommt in der Natur als Mineral Brucit vor, das sich durch seine transparente weiße Farbe auszeichnet und je nach Verunreinigung grüne oder bläuliche Töne aufweist. Ebenso ist Brucit Teil einiger Tone wie Chlorit, da es zwischen den Schichten von Silikaten angeordnet ist, die durch Metallionen verbunden sind.

In Brucit gibt es neben Mg ^{2+ noch} andere Ionen wie Al ³⁺ , Fe ³⁺ , Zn ²⁺ und Mn ²⁺ . Seine Erze kommen in verschiedenen Regionen oder Seen Schottlands, Kanadas, Italiens und der USA vor.

Physikalisch sehen seine Kristalle wie geschmolzenes Glas aus (oberes Bild), mit weißen, grauen, bläulichen oder grünlichen Farben und in seltenen Exemplaren transparent.

Dieses Mineral ist eines der Übel, die Zemente und Beton betreffen, da es dazu neigt, sich auszudehnen und Brüche zu verursachen. Es absorbiert jedoch kein CO ₂ , so dass seine Kalzinierung nicht zum Treibhauseffekt beiträgt und daher eine geeignete mineralogische Quelle (und die reichste) ist, um zusätzlich zu Meerwasser Magnesium zu erhalten.

Nomenklatur

Mg (OH) ₂ hat bis zu drei von der IUPAC akzeptierte Namen (außerhalb der Mineralogie oder Medizin). Diese sind einander sehr ähnlich, da die Art und Weise, wie sie enden, kaum variiert.

Zum Beispiel entspricht 'Magnesiumhydroxid' seinem Namen gemäß der Stammnomenklatur, wobei (II) am Ende weggelassen wird, da +2 fast standardmäßig die einzige Oxidationsstufe von Magnesium ist.

'Magnesiumdihydroxid', das mit dem griechischen Zählerpräfix die Anzahl der OH-Ionen angibt ^- angegeben in der Formel gemäß der systematischen Nomenklatur. Und 'Magnesiumhydroxid', das mit dem Suffix –ico endet, weil es nach traditioneller Nomenklatur die maximale und „einzige“ Oxidationsstufe von Magnesium ist.

Die anderen Namen wie Brucit oder Milchmagnesia stehen zwar in direktem Zusammenhang mit dieser Verbindung, es ist jedoch nicht zweckmäßig, sie in Bezug auf ihren reinsten Feststoff oder als anorganische Verbindung (Reagenz, Rohmaterial usw.) zu bezeichnen.

Anwendungen

Neutralisator

Mg (OH) ₂ verdankt seine geringe Löslichkeit in Wasser der Tatsache, dass es ein ausgezeichneter Neutralisator der Säure ist; Andernfalls würde das Medium wie bei anderen Basen (starken Elektrolyten) durch Bereitstellung großer Konzentrationen an OH ^- Ionen basisch gemacht .

Somit setzt Mg (OH) ₂ kaum OH ^{- frei} , während es mit H ₃ O ⁺ -Ionen unter Bildung des ebenfalls oben erwähnten wässrigen Magnesiumkomplexes reagiert . Da es den Säuregehalt wässriger Medien neutralisieren kann, ist es zur Abwasserbehandlung vorgesehen.

Es ist auch ein Zusatz zu Lebensmitteln, Düngemitteln und bestimmten Körperpflegeprodukten wie Zahnpasta, da es deren Säuregehalt verringert.

Antazida

Da es in Wasser schwer löslich ist, kann es aufgenommen werden, ohne die Auswirkungen seiner OH ^- Ionen zu gefährden (es dissoziiert nur sehr wenig als schwacher Elektrolyt).

Diese Eigenschaft, die mit dem obigen Unterabschnitt verbunden ist, macht es zu einem Antazida zur Behandlung von Sodbrennen, Magen-Darm-Erkrankungen, Verdauungsstörungen und Verstopfung, das unter der Formel der Magnesia-Milch verkauft wird.

Auf der anderen Seite hilft Magnesia-Milch auch bei der Bekämpfung von lästigen Krebsgeschwüren (den weißen und roten Wunden, die im Mund auftreten).

Feuerdämmend

Im Abschnitt Eigenschaften wurde erwähnt, dass sich Mg (OH) _{2 unter} Freisetzung von Wasser zersetzt. Dieses Wasser hilft gerade dabei, das Fortschreiten der Flammen zu stoppen, da sie Wärme absorbieren, um zu verdampfen, und die Dämpfe wiederum die brennbaren oder brennbaren Gase verdünnen.

Brucitmineral wird häufig industriell für diesen Zweck verwendet und ist als Füllstoff für bestimmte Materialien bestimmt, z. B. Kunststoffe aus verschiedenen Polymeren (PVC, Harze, Kautschuke), Kabel oder Decken.

Katalysator

Es wurde gezeigt, dass das als Nanoplatten synthetisierte Mg (OH) ₂ die chemischen Reduktionen wirksam katalysiert; zum Beispiel 4-Nitrophenol (Ph-NO ₂ ) bis 4-Aminophenol (Ph-NH ₂ ). Ebenso haben diese eine antibakterielle Aktivität, so dass sie als therapeutisches Mittel verwendet werden könnten.

Adsorbens

Einige Mg (OH) ₂ -Feststoffe können je nach Herstellungsverfahren ziemlich porös sein. Daher finden sie Anwendung als Adsorbentien.

In wässrigen Lösungen können Farbstoffmoleküle (auf ihren Oberflächen) adsorbieren und das Wasser klären. Beispielsweise können sie den in Wasserströmen vorhandenen Indigo-Karmin-Farbstoff adsorbieren.

Verweise

1. Shiver & Atkins. (2008). Anorganische Chemie . (Vierte Edition). Mc Graw Hill.
2. Wikipedia. (2019). Magnesiumhydroxid. Wiederhergestellt von: en.wikipedia.org
3. Nationales Zentrum für Informationen zur Biotechnologie. (2019). Magnesiumhydroxid. PubChem-Datenbank. CID = 14791. Wiederhergestellt von: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov
4. Amethyst Galerien. (2014). Das Mineral Brucit. Wiederhergestellt von: galleries.com
5. Henrist et al. (2003). Morphologische Untersuchung von Magnesiumhydroxid-Nanopartikeln
6. in verdünnter wässriger Lösung ausgefällt. Journal of Crystal Growth 249, 321–330.
7. Saba J., Shanza RK, Muhammad RS (2018). Synthese und Strukturanalyse von mesoporösen Magnesiumhydroxid-Nanopartikeln als effizienter Katalysator.
8. Thimmasandra Narayan Ramesh und Vani Pavagada Sreenivasa. (2015). Entfernung von Indigo-Karmin-Farbstoff aus wässriger Lösung unter Verwendung von Magnesiumhydroxid als Adsorbens. Journal of Materials, vol. 2015, Artikel-ID 753057, 10 Seiten. doi.org/10.1155/2015/753057