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Fluoruro di magnesio

composto chimico
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Il fluoruro di magnesio, nome sistematico difluoruro di magnesio,[2] è un composto inorganico binario di magnesio e fluoro ed è anche il sale di magnesio dell'acido fluoridrico, la cui formula è MgF2. Pur avendo una struttura cristallina differente, per la maggior parte delle altre sue proprietà è molto simile al fluoruro di calcio CaF2.

Fluoruro di magnesio
Caratteristiche generali
Formula bruta o molecolareMgF2
Massa molecolare (u)62,31
Aspettogranuli da incolore a bianco e cristallino
Numero CAS7783-40-6
Numero EINECS231-995-1
PubChem24546
SMILES
[F-].[F-].[Mg+2]
Proprietà chimico-fisiche
Densità (g/cm3, in c.s.)3,13 (20 °C)
Solubilità in acqua(20 °C) quasi insolubile
Costante di solubilità a 298 K7,42×10−11
Temperatura di fusione1.266 °C (1.539 K)
Temperatura di ebollizione2.239 °C (2.512 K)
Indicazioni di sicurezza
Frasi H---
Consigli P---[1]

In natura è presente come minerale sellaite.[3] Si presenta in forma di cristalli trasparenti e incolori di ragguardevole durezza, riportata da varie fonti nell'intervallo 5÷6 della scala di Mohs,[4][5] in ogni caso maggiore di quella dell'analogo fluoruro di calcio CaF2, che è 4.[6] Come per quest'ultimo e per i fluoruri dei successivi elementi nello stesso gruppo, ma a differenza di BeF2 che è solubile e molto reattivo, il fluoruro di magnesio è piuttosto inerte e praticamente insolubile in acqua (0,076 g/L a 18 °C), in contrasto con tutti gli altri alogenuri di magnesio (MgCl2, MgBr2 e MgI2 sono solubilissimi),ma è solubile in acido nitrico.[5] La sua costante di solubilità è Ks = 5,16×10-11 M3,[7] un valore molto simile a quello per il fluoruro di calcio (3,9×10-11 M3).[8]

Sintesi modifica

Il fluoruro di magnesio si può preparare in laboratorio semplicemente mescolando una soluzione acquosa di un sale di magnesio solubile (MgCl2, Mg(NO3)2) con un fluoruro alcalino solubile (NaF, KF); si forma un precipitato bianco di MgF2 che viene filtrato e asciugato:

Mg(NO3)2) + 2 KF  →  MgF2↓ + 2 KNO3

In alternativa, lo si può preparare per azione dell'acido fluoridrico sul carbonato di magnesio, con liberazione di anidride carbonica:[5]

MgCO3 + 2 HF  →  MgF2↓ + CO2↑ + H2O

Un'altra possibilità consiste nel far reagire l'ossido di magnesio l'idrogenodifluoruro di ammonio, con liberazione di ammoniaca:[9]

MgO + (NH4)HF2  →  MgF2 + NH3 + H2O

Proprietà e struttura cristallina modifica

A temperatura ambiente MgF2 è un solido ionico che si presenta come cristalli incolori o polvere cristallina bianca, inodore, non igroscopica e praticamente insolubile in acqua, assomigliando in questo al fluoruro di calcio CaF2. Cristallizza nel sistema tetragonale, il suo reticolo cristallino è analogo a quello del rutilo (TiO2),[10] ed è formato da cationi Mg++ e anioni F– in numero doppio. Nel reticolo ogni ione magnesio è circondato da 6 ioni fluoro (ai vertici di un ottaedro) e ogni ione fluoro è circondato da tre ioni magnesio (ai vertici di un triangolo equilatero). Nel gruppo dei metalli alcalino-terrosi questa struttura per i fluoruri è adottata solo dal magnesio: per il berillio la struttura è analoga a quella della silice (SiO2), mentre per Ca, Sr e Ba la struttura è quella cubica della fluorite (CaF2); queste ultime sono altre due strutture tipiche per composti binari con stechiometria 1:2.[11] Altri due fluoruri di metalli bivalenti che cristallizzano nella stessa struttura di MgF2 sono FeF2 e ZnF2, tra i più comuni.[12]

Termodinamicamente MgF2 è un composto stabilissimo, ΔHƒ° = -1.124,2 kJ/mol,[13] appena un po' meno di CaF2 (-1.225,91 kJ/mol).[14]

Proprietà in fase gassosa modifica

Il fluoruro di magnesio in fase vapore (ΔHƒ° = -726,76 kJ/mol[15]), come quello di berillio (BeF2), è costituito da molecole F–Mg–F lineari,[16][17] con l'atomo metallico ibridato sp (come Be in BeF2), dove la distanza Mg-F è di 177,0 pm.[18] Questo a differenza dei fluoruri degli elementi seguenti nel gruppo (CaF2, SrF2, BaF2) che, contrariamente alle indicazioni VSEPR, sono invece molecole angolari.[11] Il potenziale di ionizzazione della molecola è stato valutato in 13,6 eV.[19] Di questa molecola ne è stato osservato anche il dimero in fase vapore.[20]

Proprietà ottiche modifica

Il fluoruro di magnesio cristallino, con un band gap di 12,4 eV,[21] che ne fa un ottimo materiale ceramico,[22] è trasparente, oltre che nel visibile, anche in porzioni estremamente ampie dell'infrarosso e dell'ultravioletto, coprendo approssimativamente l'intervallo di lunghezze d'onda 110÷7500 nm, ossia dall'ultravioletto nel vuoto[23] (vacuum ultraviolet) fino all'infrarosso lontano. Grazie a questo, e alla sua durevolezza come materiale, viene usato in finestre ottiche, prismi e lenti.[24][25] In questo senso è apprezzato anche per il suo indice di rifrazione basso (1,3776 a 589 nm[26]), che lo rende utile per ricoprire lenti con sottili strati antiriflesso,[27] e per la sua bassa dispersione ottica, cosa quest'ultima che consente di limitare notevolmente l'aberrazione cromatica nelle lenti.[28]

Il cristallo di fluoruro di magnesio, che è duro e resistente, si lucida bene ma, essendo leggermente birifrangente (per via della struttura tetragonale del cristallo stesso), si deve fare attenzione a tagliarlo in modo che il suo asse ottico sia perpendicolare al piano della finestra o della lente.[29]

Note modifica

  1. ^ scheda del fluoruro di magnesio su IFA-GESTIS (archiviato dall'url originale il 16 ottobre 2019).
  2. ^ (EN) Papiya Dutta, Magnesium Fluoride Facts, Formula, Properties, Uses, su Chemistry Learner, 13 maggio 2019. URL consultato l'8 luglio 2023.
  3. ^ Sellaite, su mindat.org.
  4. ^ CRC Handbook of Chemistry and Physics, 97ª ed., CRC Press, 31 luglio 2016, DOI:10.1201/9781315380476, ISBN 978-1-315-38047-6. URL consultato il 7 luglio 2023.
  5. ^ a b c Pradyot Patnaik, Handbook of Inorganic Chemicals, McGraw-Hill, 2003, p. 523, ISBN 0-07-049439-8.
  6. ^ D Tabor, Mohs's Hardness Scale - A Physical Interpretation, in Proceedings of the Physical Society. Section B, vol. 67, n. 3, 1º marzo 1954, pp. 249–257, DOI:10.1088/0370-1301/67/3/310. URL consultato il 5 luglio 2023.
  7. ^ 5, in CRC Handbook of Chemistry and Physics, 97ª ed., CRC Press, 31 luglio 2016, p. 178, DOI:10.1201/9781315380476, ISBN 978-1-315-38047-6. URL consultato il 7 luglio 2023.
  8. ^ Pradyot Patnaik, Handbook of inorganic chemicals, collana McGraw-Hill handbooks, McGraw-Hill, 2003, ISBN 978-0-07-049439-8. URL consultato il 5 luglio 2023.
  9. ^ (EN) MgF2 Lewis Structure, Geometry, Hybridization, and Polarity - Techiescientist, su techiescientist.com, 15 giugno 2021. URL consultato l'8 luglio 2023.
  10. ^ N. N. Greenwood e A. Earnshaw, Chemistry of the Elements, 2ª ed., Butterworth - Heinemann, 1997, pp. 117-118, ISBN 0-7506-3365-4.
  11. ^ a b N. N. Greenwood e A. Earnshaw, Chemistry of the Elements, 2ª ed., Butterworth - Heinemann, 1997, pp. 117-118, ISBN 0-7506-3365-4.
  12. ^ (DE) Ulrich Müller, 7.1 Radienquotienten, in Anorganische Strukturchemie, 6ª ed., Vieweg+Teubner, 2008, p. 86, ISBN 978-3-8348-0626-0.
  13. ^ (EN) Magnesium fluoride, su webbook.nist.gov. URL consultato il 7 luglio 2023.
  14. ^ M. W. Chase, NIST-JANAF Themochemical Tables, Fourth Edition, 1998, pp. 1–1951. URL consultato il 5 luglio 2023.
  15. ^ M. W. Chase, NIST-JANAF Themochemical Tables, Fourth Edition, 1998, pp. 1–1951. URL consultato l'8 luglio 2023.
  16. ^ (EN) John M. Dyke, Darren Haggerston e Mark P. Hastings, A He (I) photoelectron spectroscopic study of MgF2 in the gas phase, in Chemical Physics, vol. 181, n. 3, 1º aprile 1994, pp. 355–362, DOI:10.1016/0301-0104(93)E0451-Z. URL consultato l'8 luglio 2023.
  17. ^ Alexander F. Wells, Structural inorganic chemistry, 5th ed., 1st publ. in paperback, Clarendon Press, 2012, ISBN 978-0-19-965763-6.
  18. ^ 9, in CRC Handbook of Chemistry and Physics, 97ª ed., CRC Press, 31 luglio 2016, p. 25, DOI:10.1201/9781315380476, ISBN 978-1-315-38047-6. URL consultato il 7 luglio 2023.
  19. ^ (EN) Magnesium fluoride, su webbook.nist.gov. URL consultato l'8 luglio 2023.
  20. ^ (EN) C. Zachary Palmer e Ryan C. Fortenberry, Rovibrational Considerations for the Monomers and Dimers of Magnesium Hydride and Magnesium Fluoride, in The Journal of Physical Chemistry A, vol. 122, n. 35, 6 settembre 2018, pp. 7079–7088, DOI:10.1021/acs.jpca.8b06611. URL consultato l'8 luglio 2023.
  21. ^ (DE) J. Thomas, G. Stephan e J. C. Lemonnier, Optical Anisotropy of MgF, in Its UV Absorption Region, in Physica Status Solidi (b), vol. 56, n. 1, 1º marzo 1973, pp. 163–170, DOI:10.1002/pssb.2220560115. URL consultato l'8 luglio 2023.
  22. ^ (EN) Hukui Chen, Li Chang e Yangyang Jie, Reaction kinetics of MgF2 powder in air at high temperature, in Corrosion Science, vol. 126, 1º settembre 2017, pp. 121–126, DOI:10.1016/j.corsci.2017.06.020. URL consultato l'8 luglio 2023.
  23. ^ Stefano Masiero, Glossario di chimica, Alpha Test, 2010, ISBN 978-88-483-1271-4. URL consultato l'8 luglio 2023.
  24. ^ (EN) Magnesium Fluoride - MgF2 | lenses, windows, mirrors, filters and prisms, su Global Optics. URL consultato il 7 luglio 2023.
  25. ^ (EN) Optical Solutions | Magnesium Fluoride (MgF2), su opticalsolutions.it. URL consultato l'8 luglio 2023.
  26. ^ 10, in CRC Handbook of Chemistry and Physics, 97ª ed., CRC Press, 31 luglio 2016, p. 250, DOI:10.1201/9781315380476, ISBN 978-1-315-38047-6. URL consultato l'8 luglio 2023.
  27. ^ (EN) H. R. Mahida, Deobrat Singh e Yogesh Sonvane, MgF2 monolayer as an anti-reflecting material, in Solid State Communications, vol. 252, 1º febbraio 2017, pp. 22–28, DOI:10.1016/j.ssc.2017.01.005. URL consultato l'8 luglio 2023.
  28. ^ (EN) Marilyn J. Dodge, Refractive properties of magnesium fluoride, in Applied Optics, vol. 23, n. 12, 15 giugno 1984, pp. 1980–1985, DOI:10.1364/AO.23.001980. URL consultato l'8 luglio 2023.
  29. ^ (EN) Jean Aigueperse, Paul Mollard e Didier Devilliers, Fluorine Compounds, Inorganic, Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, 15 giugno 2000, DOI:10.1002/14356007.a11_307, ISBN 978-3-527-30673-2. URL consultato l'8 luglio 2023.

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