Оксид бериллия
 | |
 | |
| Имена | |
|---|---|
| Предпочтительное название ИЮПАК Оксид бериллия(II) | |
| Систематическое название ИЮПАК Оксобериллий | |
| Другие имена Бериллий, Термалокс, Бромеллит, Термалокс 995. [1] | |
| Идентификаторы | |
| |
3D модель ( JSmol ) |
|
| 3902801 | |
| ЧЭБИ |
|
| ChemSpider |
|
| Информационная карта ECHA | 100.013.758 |
| Номер ЕС |
|
| МеШ | бериллий+оксид |
CID PubChem |
|
| Номер RTECS |
|
| УНИИ |
|
| Номер ООН | 1566 |
Панель инструментов CompTox ( EPA ) |
|
| |
| |
| Характеристики | |
| Будь О | |
| Молярная масса | 25,011 г·моль −1 |
| Появление | Бесцветные, стекловидные кристаллы. |
| Запах | Без запаха |
| Плотность | 3,01 г/см 3 [2] |
| Температура плавления | 2578 °C (4672 °F; 2851 K) [2] |
| Ширина запрещенной зоны | 10,6 эВ [3] |
| −11,9·10 −6 см 3 /моль [4] | |
| Теплопроводность | 210 Вт/(м·К) [5] |
Показатель преломления ( nD ) | n 1 1,7184, n 2 =1,733 [6] [7] |
| Структура [8] | |
| Шестиугольный, цинкит | |
| P6 3 мс | |
| С 6в | |
а = 2,6979 Å, с = 4,3772 Å | |
Формульные единицы ( Z ) | 2 |
| Линейный | |
| Термохимия [9] | |
Теплоемкость ( С ) | 25,6 Дж/(К·моль) |
Стандартная молярная энтропия ( S ⦵ 298 ) | 13,77±0,04 Дж/(К·моль) |
Стандартная энтальпия образования (Δ f H ⦵ 298 ) | −609,4±2,5 кДж/моль |
Свободная энергия Гиббса (Δ f G ⦵ ) | −580,1 кДж/моль |
Энтальпия плавления (Δ f H ⦵ fus ) | 86 кДж/моль |
| Опасности | |
| Охрана труда и техника безопасности (OHS/OSH): | |
Основные опасности | Очень токсичен, канцероген группы 1B |
| Маркировка СГС : | |
   | |
| Опасность | |
| Х301 , Х315 , Х317 , Х319 , Х330 , Х335 , Х350 , Х372 | |
| П201 , П260 , П280 , П284 , П301+П310 , П305+П351+П338 | |
| NFPA 704 (огненный алмаз) | |
| Смертельная доза или концентрация (ЛД, ЛК): | |
LD 50 ( средняя доза ) | 15 мг/кг (мышь, перорально) [11] |
| NIOSH (пределы воздействия на здоровье в США): | |
PEL (допустимый) | TWA 0,002 мг/м 3 C 0,005 мг/м 3 (30 минут), с максимальным пиком 0,025 мг/м 3 (как Be) [10] |
РЕЛ (рекомендуется) | Ca C 0,0005 мг/м 3 (как Be) [10] |
IDLH (Непосредственная опасность) | Ca [4 мг/м 3 (как Be)] [10] |
| Родственные соединения | |
Другие анионы | Теллурид бериллия |
Другие катионы | |
| Страница дополнительных данных | |
| Оксид бериллия (страница данных) | |
Если не указано иное, данные приведены для материалов в стандартном состоянии (при 25 °C [77 °F], 100 кПа). | |
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 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.
Приготовление и химические свойства
Оксид бериллия можно получить путем прокаливания (обжига) карбоната бериллия , дегидратации гидроксида бериллия или прокаливания металлического бериллия :
- BeCO3 → BeO + CO2
- Be( OH ) 2 → BeO + H2O
- 2Be + O2 → 2BeO
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 ).
Структура
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]
Приложения
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 [ требуется ссылка ] 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. [17]
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 . [18] Он также используется в радиаторах и распределителях, которые охлаждают электронные устройства, такие как процессоры , лазеры и усилители мощности. [19] 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. [20]
Безопасность
BeO является канцерогенным в порошкообразной форме [21] 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. [22]
Ссылки
- ^ "оксид бериллия – Сводка соединений". PubChem Compound . США: Национальный центр биотехнологической информации. 27 марта 2005 г. Идентификация и связанные с ней записи . Получено 8 ноября 2011 г.
- ^ ab Haynes, стр. 4.51
- ^ Ryu, YR; Lee, TS; Lubguban, JA; Corman, AB; White, HW; Leem, JH; Han, MS; Park, YS; Youn, CJ; Kim, WJ (2006). "Широкозонный оксидный сплав: BeZnO". Applied Physics Letters . 88 (5): 052103. Bibcode : 2006ApPhL..88e2103R. doi : 10.1063/1.2168040.
- ^ Хейнс, стр. 4.126
- ↑ Хейнс, стр. 12.222
- ^ Хейнс, стр. 10.248
- ^ Данные о минерале бромеллит. webmineral
- ^ Хейнс, стр. 4.139
- ↑ Хейнс, стр. 5.1, 5.6, 6.155
- ^ abc NIOSH Карманный справочник по химическим опасностям. "#0054". Национальный институт охраны труда и здоровья (NIOSH).
- ^ Токсичность оксида бериллия
- ^ abc Гринвуд, Норман Н .; Эрншоу, Алан (1997). Химия элементов (2-е изд.). Баттерворт-Хайнеманн . ISBN 978-0-08-037941-8.
- ^ Хиггинс, Рэймонд Аврелий (2006). Материалы для инженеров и техников . Newnes. стр. 301. ISBN 0-7506-6850-4.
- ^ Уэллс, А. Ф. (1984). Структурная неорганическая химия (5-е изд.). Oxford Science Publications. ISBN 0-19-855370-6.
- ^ Основы спектроскопии. Allied Publishers. стр. 234. ISBN 978-81-7023-911-6. Получено 29 ноября 2011 г.
- ^ Петцов, Гюнтер; Олдингер, Фриц; Йонссон, Сигурд; Велге, Питер; ван Кампен, Вера; Менсинг, Томас; Брюнинг, Томас (2005) «Бериллий и соединения бериллия» в Энциклопедии промышленной химии Ульмана, Wiley-VCH, Вайнхайм. дои : 10.1002/14356007.a04_011.pub2
- ^ Тренто, Чин (27 декабря 2023 г.). «Каковы керамические материалы с высокой теплопроводностью?». Stanford Advanced Materials . Получено 3 сентября 2024 г.
- ^ Грег Беккер; Крис Ли; Зучен Лин (2005). «Теплопроводность в усовершенствованных чипах — Новое поколение термопаст предлагает преимущества». Advanced Packaging : 2– 4. Архивировано из оригинала 21 июня 2000 г. Получено 2008-03-04 .
- ^ "Бериллий (BeO)". Advanced Ceramic Materials . Получено 18 октября 2024 г. .
- ^ МакКлур, Патрик; Постон, Дэвид; Гибсон, Марк; Боуман, Шерил; Кризи, Джон (14 мая 2014 г.). «Концепция космического реактора KiloPower – Исследование материалов реактора» . Получено 21 ноября 2017 г.
- ^ "Информационный листок об опасных веществах" (PDF) . Департамент здравоохранения и услуг для пожилых людей штата Нью-Джерси . Получено 17 августа 2018 г.
- ^ "Безопасность оксида бериллия". American Beryllia . Получено 29.03.2018 .
Цитируемые источники
- Хейнс, Уильям М., ред. (2016). CRC Handbook of Chemistry and Physics (97-е изд.). CRC Press . ISBN 9781498754293.
Внешние ссылки
- Паспорт безопасности оксида бериллия от American Beryllia
- Монография МАИР «Бериллий и соединения бериллия»
- Международная карта химической безопасности 1325
- Национальный реестр загрязняющих веществ – Бериллий и его соединения
- Карманный справочник NIOSH по химическим опасностям
