Fluoruro di magnesio

Il fluoruro di magnesio, nome sistematico difluoruro di magnesio, 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. Si presenta in forma di cristalli trasparenti e incolori di ragguardevole durezza, riportata da varie fonti nell'intervallo 5÷6 della scala di Mohs, in ogni caso maggiore di quella dell'analogo fluoruro di calcio CaF₂, che è 4. 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. La sua costante di solubilità è K_s = 5,16×10^-11 M³, un valore molto simile a quello per il fluoruro di calcio (3,9×10^-11 M³).

Sintesi

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:

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:

MgO (NH₄)HF₂  →  MgF₂ NH₃ H₂O

Proprietà e struttura cristallina

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

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

Proprietà in fase gassosa

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

Proprietà ottiche

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

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.

Note

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