Оксид бериллия ( BeO ), также известный как бериллий , представляет собой неорганическое соединение с формулой BeO. Это бесцветное твердое вещество является электроизолятором с более высокой теплопроводностью , чем любой другой неметалл, за исключением алмаза , и превосходит таковую у большинства металлов. [12] Как аморфное твердое вещество , оксид бериллия имеет белый цвет. Его высокая температура плавления приводит к его использованию в качестве огнеупорного материала. [13] Он встречается в природе как минерал бромеллит . Исторически и в материаловедении оксид бериллия называли глюциной или оксидом глюциния из-за его сладкого вкуса.
Оксид бериллия можно получить путем прокаливания (обжига) карбоната бериллия , дегидратации гидроксида бериллия или прокаливания металлического бериллия :
При воспламенении бериллия на воздухе образуется смесь BeO и нитрида Be3N2 . [ 12] В отличие от оксидов, образованных другими элементами 2-й группы ( щелочноземельными металлами ), оксид бериллия является амфотерным , а не основным.
Оксид бериллия, образующийся при высоких температурах (>800 °C), инертен, но легко растворяется в горячем водном растворе гидробифторида аммония (NH 4 HF 2 ) или растворе горячей концентрированной серной кислоты (H 2 SO 4 ) и сульфата аммония ((NH 4 ) 2 SO 4 ).
BeO кристаллизуется в гексагональной структуре вюрцита , характеризующейся тетраэдрическими центрами Be 2+ и O 2− , как лонсдейлит и w- BN (с обоими он изоэлектронен ). Напротив, оксиды более крупных металлов группы 2, т. е. MgO , CaO , SrO , BaO , кристаллизуются в кубическом мотиве каменной соли с октаэдрической геометрией вокруг дикатионов и дианионов. [12] При высокой температуре структура трансформируется в тетрагональную форму. [14]
В паровой фазе оксид бериллия присутствует в виде дискретных двухатомных молекул . На языке теории валентных связей эти молекулы можно описать как принимающие гибридизацию sp -орбиталей на обоих атомах, демонстрируя одну σ-связь (между одной sp -орбиталью на каждом атоме) и одну π-связь (между выровненными p -орбиталями на каждом атоме, ориентированными перпендикулярно молекулярной оси). Теория молекулярных орбиталей дает немного иную картину без чистой σ-связи (потому что 2 s -орбитали двух атомов объединяются, образуя заполненную сигма-связывающую орбиталь и заполненную сигма*-разрыхляющую орбиталь) и две π-связи, образованные между обеими парами p- орбиталей, ориентированных перпендикулярно молекулярной оси. Сигма-орбиталь, образованная p- орбиталями, выровненными вдоль молекулярной оси, является незаполненной. Соответствующее основное состояние - ...(2sσ) 2 (2sσ*) 2 (2pπ) 4 (как в изоэлектронной молекуле C 2 ), где обе связи можно рассматривать как дативные связи от кислорода к бериллию. [15]
Высококачественные кристаллы могут быть выращены гидротермально или иным способом методом Вернейля . По большей части оксид бериллия производится в виде белого аморфного порошка, спеченного в более крупные формы. Примеси, такие как углерод, могут придавать различные цвета бесцветным кристаллам-хозяевам.
Спеченный оксид бериллия является очень стабильной керамикой . [16] Оксид бериллия используется в ракетных двигателях [17] и в качестве прозрачного защитного покрытия на алюминизированных зеркалах телескопов . Пластины из оксида бериллия (BeO) с металлическим покрытием используются в системах управления приводными устройствами самолетов. [18]
Оксид бериллия используется во многих высокопроизводительных полупроводниковых деталях для таких приложений, как радиооборудование, поскольку он обладает хорошей теплопроводностью, а также является хорошим электроизолятором. Он используется в качестве наполнителя в некоторых теплопроводящих материалах, таких как термопаста . [19] Он также используется в радиаторах и распределителях, которые охлаждают электронные устройства, такие как процессоры , лазеры и усилители мощности. [20] Некоторые силовые полупроводниковые приборы использовали керамику из оксида бериллия между кремниевым чипом и металлическим монтажным основанием корпуса для достижения более низкого значения теплового сопротивления , чем аналогичная конструкция из оксида алюминия . Он также используется в качестве структурной керамики для высокопроизводительных микроволновых устройств, вакуумных трубок , резонаторных магнетронов [ требуется ссылка ] и газовых лазеров . BeO был предложен в качестве замедлителя нейтронов для военно-морских высокотемпературных газовых охлаждаемых реакторов (MGCR ) , а также ядерного реактора Kilopower NASA для космических применений. [21]
BeO является канцерогенным в порошкообразной форме [22] и может вызывать хроническое аллергическое заболевание легких бериллиоз . После обжига в твердой форме он безопасен в обращении, если не подвергается обработке, которая создает пыль. Чистый раскол выделяет мало пыли, но дробление или измельчение могут представлять опасность. [23]