Оксид бериллия

Оксид бериллия
Общие
Систематическое наименование	Оксид бериллия
Хим. формула	BeO
Рац. формула	BeO
Физические свойства
Состояние	твёрдое
Молярная масса	25,01158 г/моль
Плотность	3,01 г/см³
Энергия ионизации	10,1 эВ[2]
Термические свойства
Температура
• плавления	2530 °C
• кипения	4120 °C
Мол. теплоёмк.	25,5 Дж/(моль·К)
Теплопроводность	при 100°С 209,3[1] Вт/(м·K)
Энтальпия
• образования	589,2 кДж/моль
Давление пара	при 2000°С 0,003 атм
Химические свойства
Растворимость
• в воде	0,00005 г/100 мл
Оптические свойства
Показатель преломления	1,719
Структура
Кристаллическая структура	гексагональная
Классификация
Рег. номер CAS	1304-56-9
PubChem	14775
Рег. номер EINECS	215-133-1
SMILES	[Be]=O
InChI	InChI=1S/Be.O LTPBRCUWZOMYOC-UHFFFAOYSA-N
RTECS	DS4025000
ChEBI	62842
Номер ООН	1566
ChemSpider	14092
Безопасность
Токсичность	высокотоксичен, канцерогенен, ирритант
Пиктограммы ECB
NFPA 704	0 4 0
Приведены данные для стандартных условий (25 °C, 100 кПа), если не указано иное.
Медиафайлы на Викискладе

Окси́д бери́ллия — бинарное химическое соединение бериллия и кислорода с химической формулой BeO, амфотерный оксид.

В зависимости от способа получения, при стандартных условиях, оксид бериллия представляет собой белое кристаллическое или аморфное вещество без вкуса и запаха, очень малорастворимое в воде.

Растворяется в концентрированных минеральных кислотах и щелочах, хорошо растворим в щелочных расплавах[3][4].

Как и все соединения бериллия, очень ядовит и обладает выраженными канцерогенными свойствами.

Оксид бериллия является одним из 2 (так же существует оксид бериллия 1), бинарным соединением бериллия с кислородом, хотя в паровой фазе над ВеО при температуре около 2000 °С было отмечено присутствие полимеров типа (ВеО)₃ и (ВеО)₄[3]. Имеет кристаллическую структуру типа вюрцита.

Нахождение в природе

В природе оксид бериллия встречается в виде минерала бромеллита[4].

Получение и свойства

Оксид бериллия получают термическим разложением гидроксида бериллия и некоторых его солей (например, нитрата, основного ацетата, карбоната и др.) при температуре от 500 до 1000 °С. Полученный таким образом оксид представляет собой белый аморфный порошок. В виде крупных кристаллов оксид бериллия может быть получен нагреванием до высокой температуры (плавлением) аморфной формы или, например, при кристаллизации из расплавленных карбонатов щелочных металлов[3].

Упругость пара ВеО незначительна, поэтому в отсутствие паров воды это наименее летучий из всех тугоплавких оксидов. Примесь таких оксидов, как MgO, CaO, Al₂O₃, SiO₂, ещё больше понижает летучесть ВеО из-за химического взаимодействия между ними. В присутствии паров воды при 1000—1800 °С летучесть оксида бериллия сильно возрастает в связи с образованием газообразного гидроксида бериллия[3].

Оксид бериллия в компактном состоянии обладает очень высокой теплопроводностью. При 100° С она составляет 209,3 Вт·м^−1·К^−1, что больше, чем теплопроводность любых неметаллов (кроме алмаза и карбида кремния) и большинства металлов (кроме меди, серебра, золота, алюминия и ряда их сплавов)[5][6]. При понижении температуры теплопроводность оксида бериллия сначала растёт (370 Вт·м^−1·К^−1 при 300 К), достигая максимума (13 501 Вт·м^−1·К^−1) при 40 К, затем понижается (47 Вт·м^−1·К^−1 при 4 К)[6].

Химические свойства

Реакционная способность оксида бериллия зависит от способа его получения и от степени прокаливания. Повышение температуры при прокаливании ведет к увеличению размера зерен (то есть к уменьшению удельной поверхности), а, следовательно, и к уменьшению химической активности соединения.[3]

Прокаленный при температуре не выше 500 °С, оксид бериллия растворяется в водных растворах кислот и щелочей (даже разбавленных), образуя соответствующие соли и гидроксобериллаты. Например:

${\displaystyle {\ce {BeO + 2NaOH + H2O ->Na2[Be(OH)4],}}}$

${\displaystyle {\ce {BeO + 2HCl -> BeCl2 + H2O}}}$.

Оксид бериллия, прокалённый при температуре от 1200 до 1300 °С, растворим в концентрированных растворах кислот. Например, прокаленный таким образом ВеО реагирует с горячей концентрированной серной кислотой:

${\displaystyle {\ce {BeO + H2SO4 -> BeSO4 + H2O}}}$.

Прокаливание оксида бериллия при температурах выше 1800 °С приводит к практически полной утрате им реакционной способности. После такого прокаливания ВеО растворяется только в концентрированной плавиковой кислоте с образованием фторида и в расплавленных щелочах, карбонатах и пиросульфатах щелочных металлов с образованием бериллатов[3][4]:

${\displaystyle {\ce {BeO + 2HF -> BeF2 + H2O,}}}$

${\displaystyle {\ce {BeO + 2NaOH -> Na2BeO2 + H2O,}}}$

${\displaystyle {\ce {BeO + Na2CO3 -> Na2BeO2 + CO2}}}$.

При температуре выше 1000 °С оксид бериллия реагирует с хлором, при этом в присутствии угля реакция идет легче и при гораздо меньших температурах (600—800 °С)[3]:

${\displaystyle {\ce {2BeO + 2Cl2 -> 2BeCl2 + O2,}}}$

${\displaystyle {\ce {BeO + Cl2 + C -> BeCl2 + CO}}}$.

При температуре выше 1000 °С оксид бериллия вступает в обратимую реакцию гидрохлорирования (понижение температуры системы вызывает обратный процесс разложения образовавшегося хлорида бериллия)[3]:

${\displaystyle {\ce {BeO + 2HCl <-> BeCl2 + H2O}}}$.

При нагревании оксид бериллия способен реагировать со многими хлорсодержащими соединениями. В частности, уже при 500 °С начинается реакция с фосгеном[3]:

${\displaystyle {\ce {BeO + COCl2 -> BeCl2 + CO2}}}$.

Хлорирование тетрахлорметаном протекает при температуре 450—700 °С[3]:

${\displaystyle {\ce {2BeO + CCl4 -> 2BeCl2 + CO2}}}$.

Гораздо труднее оксид бериллия взаимодействует с бромом, сведений же о взаимодействии ВеО с иодом нет.

Оксид бериллия реагирует далеко не всеми обычно применяемыми восстановителями. В частности, для восстановления бериллия до металла из оксида применимы лишь кальций, магний, титан и уголь (при высокой температуре). Кальций и магний могут быть использованы в качестве восстановителя при температуре ниже 1700 °С и атмосферном давлении, титан применим при давлении ниже 0,001 мм рт. ст. и 1400 °С[3]:

${\displaystyle {\ce {BeO + Ca -> Be + CaO,}}}$

${\displaystyle {\ce {4BeO + Ti -> 2Be + TiO2}}}$.

В обоих случаях бериллий получается загрязненным восстанавливающим металлом и продуктами реакции, так как технически очень трудно разделить продукты реакции.

Использование угля более предпочтительно, но реакция с ним идет лишь при температурах выше 2000 °С:

${\displaystyle {\ce {BeO + C -> Be + CO}}}$.

Оксид бериллия при температурах ниже 800 °С устойчив по отношению к расплавленным щелочным металлам (литию, натрию и калию) и почти совсем не реагирует с церием, платиной, молибденом, торием и железом; только при 1800 °C взаимодействует с никелем, кремнием, титаном и цирконием[3][7].

Применение

Сочетание высокой теплопроводности и небольшого коэффициента термического расширения позволяет использовать оксид бериллия в качестве термостойкого материала, обладающего значительной химической инертностью.

Керамика из оксида бериллия применяется в качестве диэлектрических теплопроводных подложек полупроводниковых кристаллов при производстве мощных полупроводниковых приборов. Применяется для изготовления корпусов электронных компонентов военного и специального назначения, также применяется для изготовления деталей мощных электронных ламп в металлокерамическом исполнении.

Токсичность

Пыль оксида бериллия очень ядовита и канцерогенна, по классификации NFPA 704 ему присвоена высшая токсичность[8]. В компактном состоянии в виде керамики безопасен, если не подвергается механической обработке с образованием пыли[9].

Примечания

1. Бериллий  (неопр.). Дата обращения: 8 июля 2012. Архивировано 13 марта 2014 года.
2. David R. Lide, Jr. Basic laboratory and industrial chemicals (англ.): A CRC quick reference handbook — CRC Press, 1993. — ISBN 978-0-8493-4498-5
3. Химия и технология редких и рассеянных элементов: Учеб. пособие для вузов: Ч. I / Под ред. К. А. Большакова. — 2-е изд., перераб. и доп. — М.: Высшая школа, 1976. — С. 176.
4. Рабинович В. А., Хавин З. Я. Краткий химический справочник. — Л.: Химия, 1977. — С. 56.
5. Бериллий. Соединения бериллия. Оксид бериллия  (неопр.). Дата обращения: 8 июля 2012. Архивировано 13 марта 2014 года.
6. Инюшкин А. В. Теплопроводность / В кн.: Физические величины: Справочник. — М.: Энергоатомиздат. — 1991. — С. 337—363.
7. Egon Wiberg, Arnold Frederick Holleman Inorganic Chemistry. — Elsevier, 2001. — ISBN 0-12-352651-5
8. Hazardous Substance Fact Sheet  (неопр.). New Jersey Department of Health and Senior Services. Дата обращения: 17 августа 2018. Архивировано 31 января 2022 года.
9. Beryllium Oxide Safety  (неопр.). American Beryllia. Дата обращения: 29 марта 2018. Архивировано 6 марта 2018 года.