Fluoreto de magnésio: estrutura, propriedades, síntese, usos

O fluoreto de magnésio é um sal inorgânico incolor cuja fórmula química é MgF₂. É encontrado na natureza como o sellaita mineral. Tem um ponto de fusão muito alto e é muito pouco solúvel em água. É relativamente inerte, pois, por exemplo, sua reação com ácido sulfúrico é lenta e incompleta e resiste à hidrólise com ácido fluorídrico (HF) até 750 ° C.

É um composto pouco afetado por radiação de alta energia. Além disso, possui baixo índice de refração, alta resistência à corrosão, boa estabilidade térmica, dureza significativa e excelentes propriedades de transmissão de luz visível, UV (ultravioleta) e IR (infravermelho).

Fluoreto de magnésio: estrutura, propriedades, síntese, usos 1

Essas propriedades fazem com que ele tenha excelente desempenho no campo óptico e, além disso, o tornam um material útil, como suporte de catalisador, elemento de revestimento, lentes antiofuscantes e janelas para transmissão por infravermelho, entre outras aplicações.

Estrutura

A estrutura cristalina do fluoreto de magnésio preparado quimicamente é do mesmo tipo que a do sellaita mineral natural. Cristaliza na classe dipiramidal do sistema tetragonal.

Os íons magnésio (Mg2 +) estão localizados em um espaço de grade centrado no tetragonal, enquanto os íons fluoreto (F-) estão no mesmo plano de seus vizinhos Mg2 + e associados a eles, agrupados em pares. A distância entre os íons Mg2 + e F- é de 2,07 Å (angstroms) (2,07 × 10-10m).

Sua coordenação cristalina é 6: 3. Isso significa que cada íon Mg2 + é cercado por 6 íons F- e cada íon F-, por sua vez, é cercado por 3 íons Mg2 + 5.

A estrutura é muito semelhante à do minério rutilo, que é a forma natural do dióxido de titânio (TiO2), com a qual possui várias propriedades cristalográficas em comum.

Durante sua produção, o fluoreto de magnésio não precipita como um sólido amorfo, porque os íons Mg2 + e F- não tendem a formar complexos poliméricos em solução.

Propriedades

É interessante notar que o fluoreto de magnésio é um material birrefringente. Essa é uma propriedade óptica que permite desdobrar um feixe incidente de luz em dois raios separados que se propagam em diferentes velocidades e comprimentos de onda.

A Tabela 1 mostra algumas de suas propriedades.

Tabela 1. Propriedades físicas e químicas do fluoreto de magnésio.

Fluoreto de magnésio: estrutura, propriedades, síntese, usos 2

Síntese e Preparação

Pode ser preparado de várias maneiras, dentre as quais se pode mencionar:

1-Pela reação entre óxido de magnésio (MgO) ou carbonato de magnésio (MgCO3) com ácido fluorídrico (HF) 2:

MgO + 2 HF MgF2 + H2O

MgCO3 + 2 HF MgF2 + CO2 + H2O

2-Por reação entre carbonato de magnésio e bifluoreto de amônio (NH4HF2), ambos na forma sólida, a uma temperatura entre 150 e 400ºC2:

150-400 ° C

MgCO 3 + NH 4 HF 2 MgF 2 + NH 3 + CO 2 + H 2 O

3-Aquecimento de uma solução aquosa de carbonato de magnésio e fluoreto de amônio (NH4F) na presença de hidróxido de amônio (NH4OH) a 60 ° C 2:

60 ° C, NH4OH

MgCO3 + 3 NH4F NH4MgF3 + (NH4) 2CO3

O precipitado resultante de fluoreto de magnésio e amônio (NH4MgF3) é então aquecido a 620 ° C por 4 horas para obter fluoreto de magnésio:

620 ° C

NH 4 MgF 3 MgF 2 + NH 3 + HF

4-Como subproduto da obtenção de berílio (Be) e urânio (U). O fluoreto do elemento desejado é aquecido com magnésio metálico em um cadinho revestido de MgF2 2:

BeF2 + Mg Be + MgF2

5-Reação de cloreto de magnésio (MgCl2) com fluoreto de amônio (NH4F) em solução aquosa à temperatura ambiente 3:

25 ° C, H2O

MgCl2 + 2 NH4F MgF2 + 2NH4Cl

Como os métodos de preparação do MgF2 são caros, há tentativas de obtê-lo de forma mais econômica, dentre os quais se destaca o método de produção a partir da água do mar.

Isso se caracteriza pela adição de íons fluoreto (F-) suficientes à água do mar, que possui uma concentração abundante de íons magnésio (Mg2 +), favorecendo a precipitação de MgF2.

Os cristais ópticos de fluoreto de magnésio são obtidos por prensagem a quente de MgF2 em pó de alta qualidade, obtido, por exemplo, pelo método NH4HF2.

Existem muitas técnicas para preparar materiais de fluoreto de magnésio, como crescimento de cristal único, sinterizado (compactação para moldagem ou modelagem) sem pressão, prensado a quente e sinterizado com microondas.

Usos

Óptica

Os cristais de MgF2 são adequados para aplicações ópticas porque são transparentes da região UV para a região média IR 2.10.

Como um filme inerte, é usado para alterar as propriedades de transmissão de luz de materiais ópticos e eletrônicos. Uma das principais aplicações está na ótica VUV para tecnologia de exploração espacial.

Devido à sua propriedade de birrefringência, este material é útil na óptica de polarização, em janelas e prismas do Excimer Laser (tipo de laser ultravioleta usado em cirurgia ocular).

Deve-se notar que o fluoreto de magnésio usado na fabricação de materiais ópticos de filme fino deve estar livre de impurezas ou compostos que são uma fonte de óxido, como água (H2O), íons hidróxido (OH-), íons carbonato (CO3 = ), íons sulfato (SO4 =) e similares 12.

Catálise ou aceleração de reações

O MgF2 foi usado com sucesso como suporte de catalisador para a remoção de cloro e reação de adição de hidrogênio em CFCs (clorofluorocarbonos), refrigerantes e propulsores conhecidos em aerossol e responsável por danos à camada de ozônio da atmosfera.

Os compostos resultantes, HFC (hidrofluorocarbonetos) e HCFC (hidroclorofluorocarbonetos), não exibem esse efeito prejudicial à atmosfera 5.

Também tem sido útil como suporte de catalisador para hidrodesulfurização (remoção de enxofre) de compostos orgânicos.

Outros usos

Os materiais gerados pela intercalação de grafite, flúor e MgF2 possuem alta condutividade elétrica, sendo propostos para uso em cátodos e como materiais eletrocondutores.

A eutética formada por NaF e MgF2 possui propriedades de armazenamento de energia na forma de calor latente, sendo considerada para uso em sistemas de energia solar.

Na área da bioquímica, o fluoreto de magnésio, juntamente com outros fluoretos metálicos, é usado para inibir as reações de transferência de fosforil nas enzimas.

Recentemente, nanopartículas de MgF2 foram testadas com sucesso como vetores de colocação de drogas em células doentes para tratamento de câncer.

Referências

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  10. Enciclopédia de Química Industrial de Ullmann (1996) Quinta Edição. Volume A11. VCH Verlagsgesellschaft mbH. Nova Iorque ISBN 0-89573-161-4.
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