Magnesiumhydrid
# Magnesiumhydrid

Magnesiumhydrid ist ein Hydrid des Leichtmetalls Magnesium mit der Formeleinheit MgH$_2$.

## Synthese

Zur Synthese von Magnesiumhydrid aus den Elementen Magnesium und Wasserstoff sind Verfahren beschrieben worden, die jedoch entweder sehr hohe Drücke und Temperaturen oder kompliziert handhabbare und zum Teil toxische Katalysatoren benötigen. Diese Verfahren sind daher ökonomisch (und ökologisch) ungünstig.
So kann die Reaktion zum Beispiel mit einem Gemisch aus Alkyliodid, Propargylbromid und Iod als Katalysator gewonnen werden.
    $\mathrm {Mg+H_{2}\longrightarrow \ MgH_{2}}$
Möglich ist auch die Hochdruckreaktion eines Magnesiumhalogenids wie Magnesiumiodid gelöst in Ether mit Natriumhydrid.
    $\mathrm {MgI_{2}+2\ NaH\longrightarrow MgH_{2}+2\ NaI}$
Bei der Hydrierung von Magnesium wird Energie (Wärme) frei, sodass sie eigentlich spontan weiterlaufen sollte. Die Reaktion ist jedoch in ihrer Ablaufgeschwindigkeit erheblich gehemmt (kinetische Hemmung). Katalysatoren können diese Hemmschwelle erniedrigen. Magnesiumhydrid selbst katalysiert seine eigene Bildung (Autokatalyse), wie Wilfried Knott herausfand. Bei Anwesenheit von wenig Magnesiumhydrid ist die weitere Bildung unter mittleren Druck- und Temperaturbedingungen möglich.
Das so hergestellte Produkt ist ein graues Pulver, mit wenig Magnesium-Verunreinigungen.
Ebenfalls möglich ist die Herstellung durch Erhitzen von Magnesiumdialkylen (z. B. Magnesiumdiethyl, Magnesiumdibutyl, Magnesiumdiphenyl) oder entsprechenden Grignard-Verbindungen im Hochvakuum.

## Eigenschaften

Aktiviertes fein verteiltes Magnesiumhydrid ist pyrophor, makrokristallines Magnesiumhydrid entzündet sich jedoch nicht an der Luft, sondern benötigt dazu mehr als 300 Grad Celsius. Magnesiumhydrid reagiert, wie die meisten Metallhydride, heftig mit Wasser unter Abspaltung von Wasserstoff.
    $\mathrm {MgH_{2}+2\ H_{2}O\longrightarrow \ Mg(OH)_{2}+2\ H_{2}}$
Bei normalem Luftdruck (bei 1 Bar) zersetzt es sich ab einer Temperatur von 287 °C unter Bildung von Wasserstoff.
    ${\ce {MgH2 -> Mg + H2}}$
Magnesiumhydrid kann in mehreren polymorphen Formen kristallisieren. Das bei Umgebungsbedingungen stabile α-MgH$_2$ hat eine tetragonale TiO$_2$-Struktur vom Rutil-Typ. Bei hohen Drücken von mehr als 0,39 GPa wandelt sich dieses Hydrid in eine metastabile, unter normalen Bedingungen modifizierte γ-Form um, die mit einer orthorhombischen Struktur vom Typ α-PbO$_2$ kristallisiert. Weitere Untersuchungen mittels XRD zeigen, dass unterschiedliche Drücke zur Bildung des metastabilen orthorhombischen γ-MgH$_2$ zusammen mit tetragonalem α-MgH$_2$ führen. Die γ-Polymorphie kann auch durch mechanochemische Behandlung von Magnesiumhydrid erhalten werden. Ein β-Modifikation in Form einer kubisch modifizierte CaF$_2$-Struktur wurde ebenfalls berichtet, die experimentell mit In-situ-Synchrotronbeugung beobachtet wurde und bei sehr hohem Druck stabil ist. Bei hohen Drücken von bis zu 16 GPa sind weitere Modifikationen bekannt.

## Verwendung

Das MgH$_2$-Mg-System besitzt von allen bekannten Metallhydrid-Metall-Systemen, die als Wasserstoffspeicher diskutiert werden, den höchsten Gewichtsanteil an reversibel gebundenem Wasserstoff (7,65 Gew.-%) und damit die höchste Energiedichte je Gewichtseinheit Speichermaterial (2,33 kWh/kg).
In einem Kilogramm Hydrid kann somit bis zu 800 Liter Wasserstoffgas als Hydrid gespeichert werden. Zwar besitzt gewöhnlicher Treibstoff wie Benzin eine deutlich höhere Energiedichte, im Vergleich aber zu Batterien oder Flüssiggasspeichern ist die Energiedichte höher. Zu beachten ist allerdings, dass die effektive Energiedichte geringer ist, da für die Freisetzung des Wasserstoffs Energie in Form von Wärme benötigt wird. Da der Wasserstoff zudem bei höheren Temperaturen reversibel abgegeben werden kann, ist eine Anwendung als Wasserstoffspeicher möglich. Ein aktueller Forschungsschwerpunkt liegt in der Reduzierung der benötigten höheren Temperatur zur Wasserstofffreisetzung, um eine praktische Verwendung zu ermöglichen.
Durch Wasserstoff, der aus Magnesiumhydrid freigesetzt wird, können Metallschäume erzeugt werden. Theoretisch können damit zum Beispiel Aluminiumschäume erzeugt werden, deren Dichte geringer ist als die von Wasser.