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Fluoruro di magnesio

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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 e 5360311
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]
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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.

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

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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

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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.[10] Altri due fluoruri di metalli bivalenti che cristallizzano nella stessa struttura di MgF2 sono FeF2 e ZnF2, tra i più comuni.[11]

Termodinamicamente MgF2 è un composto stabilissimo, ΔHƒ° = -1.124,2 kJ/mol,[12] appena un po' meno di CaF2 (-1.225,91 kJ/mol).[13]

Proprietà in fase gassosa

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Il fluoruro di magnesio in fase vapore (ΔHƒ° = -726,76 kJ/mol[14]), come quello di berillio (BeF2), è costituito da molecole F–Mg–F lineari,[15][16] con l'atomo metallico ibridato sp (come Be in BeF2), dove la distanza Mg-F è di 177,0 pm.[17] Questo a differenza dei fluoruri degli elementi seguenti nel gruppo (CaF2, SrF2, BaF2) che, contrariamente alle indicazioni VSEPR, sono invece molecole angolari.[10] Il potenziale di ionizzazione della molecola è stato valutato in 13,6 eV.[18] Di questa molecola ne è stato osservato anche il dimero in fase vapore.[19]

Proprietà ottiche

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Il fluoruro di magnesio cristallino, con un band gap di 12,4 eV,[20] che ne fa un ottimo materiale ceramico,[21] 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[22] (vacuum ultraviolet) fino all'infrarosso lontano. Grazie a questo, e alla sua durevolezza come materiale, viene usato in finestre ottiche, prismi e lenti.[23][24] In questo senso è apprezzato anche per il suo indice di rifrazione basso (1,3776 a 589 nm[25]), che lo rende utile per ricoprire lenti con sottili strati antiriflesso,[26] e per la sua bassa dispersione ottica, cosa quest'ultima che consente di limitare notevolmente l'aberrazione cromatica nelle lenti.[27]

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.[28]

Note

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  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. ^ a b c N. N. Greenwood e A. Earnshaw, Chemistry of the Elements, 2ª ed., Butterworth - Heinemann, 1997, pp. 117-118, ISBN 0-7506-3365-4.
  11. ^ (DE) Ulrich Müller, 7.1 Radienquotienten, in Anorganische Strukturchemie, 6ª ed., Vieweg+Teubner, 2008, p. 86, ISBN 978-3-8348-0626-0.
  12. ^ (EN) Magnesium fluoride, su webbook.nist.gov. URL consultato il 7 luglio 2023.
  13. ^ M. W. Chase, NIST-JANAF Themochemical Tables, Fourth Edition, 1998, pp. 1–1951. URL consultato il 5 luglio 2023.
  14. ^ M. W. Chase, NIST-JANAF Themochemical Tables, Fourth Edition, 1998, pp. 1–1951. URL consultato l'8 luglio 2023.
  15. ^ (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.
  16. ^ Alexander F. Wells, Structural inorganic chemistry, 5th ed., 1st publ. in paperback, Clarendon Press, 2012, ISBN 978-0-19-965763-6.
  17. ^ 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.
  18. ^ (EN) Magnesium fluoride, su webbook.nist.gov. URL consultato l'8 luglio 2023.
  19. ^ (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.
  20. ^ (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.
  21. ^ (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.
  22. ^ Stefano Masiero, Glossario di chimica, Alpha Test, 2010, ISBN 978-88-483-1271-4. URL consultato l'8 luglio 2023.
  23. ^ (EN) Magnesium Fluoride - MgF2 | lenses, windows, mirrors, filters and prisms, su Global Optics. URL consultato il 7 luglio 2023.
  24. ^ (EN) Optical Solutions | Magnesium Fluoride (MgF2), su opticalsolutions.it. URL consultato l'8 luglio 2023.
  25. ^ 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.
  26. ^ (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.
  27. ^ (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.
  28. ^ (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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