Οξείδιο του βηρυλλίου
Το οξείδιο του βηρυλλίου[1] (αγγλικά beryllium oxide) είναι ανόργανη ένωση, που περιέχει βηρύλλιο και οξυγόνο, με εμπειρικό τύπο BeO. Το χημικά καθαρό οξείδιο του βηρυλλίου, στις συνηθισμένες συνθήκες, δηλαδή σε θερμοκρασία 25 °C και υπό πίεση 1 atm, είναι άχρωμο ή λευκό στερεό με αξιοσημείωτη ηλεκτρική αντίσταση (δηλαδή είναι ηλεκτρικός μονωτής) αλλά ταυτόχρονα και θερμική αγωγιμότητα υψηλότερη από κάθε άλλο μη μεταλλικό υλικό, με μόνη εξαίρεση το διαμάντι. Μάλιστα, η θερμική του αγωγιμότητα ξεπερνά και ορισμένα μέταλλα[2]. Η υψηλή θερμοκρασία τήξης του οδηγεί στη χρήση του ως πυρίμαχο υλικό[3]. Βρίσκεται στη φύση με τη μορφή του ορυκτού βρωμελλίτη. Ιστορικά, το οξείδιο του βηρυλλίου ονομαζόταν γλουσίνα ή οξείδιο του γλουσίνιου. Ο σχηματισμός οξειδίου του βηρυλλίου με ολική σύνθεση (δηλαδή από τα συστατικά του στοιχεία) απελευθερώνει τη μεγαλύτερη κατά μάζα ενέργεια από κάθε χημική αντίδραση, κοντά στα 24 MJ/kg.
| Οξείδιο του βηρυλλίου | |||
|---|---|---|---|
| |||
| Γενικά | |||
| Όνομα IUPAC | Οξείδιο του βηρυλλίου | ||
| Άλλες ονομασίες | Μπέρλοξ Βηρυλλία Κεραμικό βηρυλλίας Βρωμελλίτης Σούπερ βηρυλλία Θερμαλόξ | ||
| Χημικά αναγνωριστικά | |||
| Χημικός τύπος | BeO | ||
| Μοριακή μάζα | 25,01 amu | ||
| Αριθμός CAS | 131304-56-9 | ||
| SMILES | [Be]=Ο | ||
| InChI | 1S/Be.Ο | ||
| Αριθμός EINECS | 215-133-1 | ||
| Αριθμός RTECS | DS4025000 | ||
| Αριθμός UN | 1566 | ||
| PubChem CID | 14775 | ||
| ChemSpider ID | 14092 | ||
| Φυσικές ιδιότητες | |||
| Σημείο τήξης | 2.507 °C | ||
| Σημείο βρασμού | 3.900 °C | ||
| Πυκνότητα | 3.020 kg/m3 | ||
| Δείκτης διάθλασης , nD |
1,7 | ||
| Εμφάνιση | Λευκό κρυσταλλικό στερεό | ||
| Χημικές ιδιότητες | |||
| Επικινδυνότητα | |||
 
| |||
| Καρκινογόνο Πολύ τοξικό (T+) Ερεθιστικό (Xi) | |||
| Φράσεις κινδύνου | R49, R25, R26, R36/37/38, R43, R48/23 | ||
| Φράσεις ασφαλείας | S53, S45 | ||
| Κίνδυνοι κατά NFPA 704 |
0
4
0
| ||
| Εκτός αν σημειώνεται διαφορετικά, τα δεδομένα αφορούν υλικά υπό κανονικές συνθήκες περιβάλλοντος (25°C, 100 kPa). | |||
Παραγωγή
ΕπεξεργασίαΤο οξείδιο του βηρυλλίου μπορεί να παραχθεί με τις ακόλουθες χημικές αντιδράσεις:
Αναφλέγοντας μεταλλικό βηρύλλιο στον ατμοσφαιρικό αέρα, παράγεται ένα μίγμα από οξείδιο του βηρυλλίου και αζωτούχου βηρυλλίου (Be3N2)[2].
Χημική συμπεριφορά
ΕπεξεργασίαΑντίθετα από τα οξείδια των άλλων αλκαλικών γαιών, που έχουν βασική συμπεριφορά, το οξείδιο του βηρυλλίου έχει περισσότερο αμφοτερική συμπεριφορά, παρά καθαρά βασική. Το οξείδιο του βηρυλλίου σχηματίζεται σε υψηλές θερμοκρασίες (>800 °C) και είναι γενικά χημικά αδρανές. Το οξείδιο του βηρυλλίου είναι πρακτικά αδιάλυτο στο νερό, αλλά διαλύεται εύκολα σε θερμό υδατικό διάλυμμα διφθοριούχου αμμωνίου [(NH4)(ΗF2)], καθώς επίσης και σε μίγμα από θερμό πυκνό θειικό οξύ (Η2SO4) και θειικό αμμώνιο [(NH4)2SO4]. Το βαμμένο οξείδιο του βηρυλλίου διαλύεται μόνο σε πυκνό θειικό οξύ και άφνιο, ενώ το τηγμένο μόνο σε άφνιο. Με βάσεις σχηματίζει υδατοδιαλυτά βηρυλλικά άλατα. Το οξείδιο του βηρυλλίου δεν αντιδρά με υδρογόνο και είναι σταθερό στην επίδραση των περισσότερων μετάλλων. Σε θερμοκρασίες γύρω στους 2.000 °C, το οξείδιο του βηρυλλίου, παρουσία χαλκού, ανάγεται από άνθρακα με αποτέλεσμα το σχηματισμό κράματος χαλκού - βηρυλλίου (2 - 4% βηρύλλιο), που χρησιμοποιείται στην παρασκευή βηρυλλικού μπρούντζου.
Δομή
ΕπεξεργασίαΤο οξείδιο του βηρυλλίου κρυσταλλώνεται σε δομή εξαγωνικού βουρτσίτη, που αποτελείται από τετραεδρικά κέντρα Be2+ και Ο2-, σαν το λονσδλεΐτη και το w- BN (αζωτούχο βόριο), που και τα δυο είναι ισοηλεκτρονιακές ενώσεις. Σε αντίθεση με το οξείδιο του βηρυλλίου, τα οξείδια των υπόλοιπων στοιχείων της ομάδας των αλκαλικών γαιών, δηλαδή το οξείδιο του μαγνησίου (MgO), το οξείδιο του ασβεστίου (CaO), το οξείδιο του στροντίου (SrO) και το οξείδιο του βαρίου (BaO), κρυσταλλώνται στο κυβικό αλατοειδές μοτίβο, με οκταεδρική γεωμετρία όσων αφορούν τα δικατιόντα και τα διανιόντα[2]. Σε υψηλές θερμοκρασίες η δομή του οξειδίου του βηρυλλίου μεταμορφώνεται σε μια τετραγωνική μορφή[4].
Στην κατάσταση ατμών, το οξείδιο του βηρυλλίου βρίσκεται στη μορφή διακριτών διατομικών μορίων. Στη γλώσσα της θεωρίας σθένους - δεσμού, αυτού του είδους τα μόρια μπορούν να περιγραφούν υιοθετώντας τον sp τροχιακό υβριδισμό, περιλαμβάνοντας δύο (2) σ και δύο (2) π δεσμούς.Η αντίστοιχη βασική κατάσταση του μορίου BeO είναι: ...(2sσ)²(2sσ*)²(2pπ)⁴, όπου και τα δυο εκφυλισμένα π τροχιακά μπορούν να θεωρηθούν ως ημιπολικοί δεσμοί από το οξυγόνο προς το βηρύλλιο[5].
Εφαρμογές
ΕπεξεργασίαΥψηλής ποιότητας κρύσταλλοι οξειδίου του βηρυλλίου μπορούν να αναπτυχθούν υδροθερμαλικά (hydrothermally), ή διαφορετικά με τη μέθοδο Βερνουΐλ (Verneuil method). Κατά το μεγαλύτερο ποσοστό του, το οξείδιο του βηρυλλίου παράγεται ως λευκή άμορφη σκόνη, που συντηγμένη σε μεγαλύτερα σχήματα. Προσμείξεις, όπως άνθρακας, παγιδεύονται μέσα στους κρυστάλλους, δίνοντας μια ποικιλία χρωματισμών, στους κατά τα άλλα άχρωμους κρυστάλλους που τις φιλοξενούν. Το συντηγμένο οξείδιο του βηρυλλίου είναι ένα πολύ σταθεό κεραμικό[6]. Το οξείδιο του βηρυλλίου χρησιμοποιήθηκε για την κατασκευή κινητήρων πυραύλων.
Το οξείδιο του βηρυλλίου χρησιμοποιήθηκε σε πολλούς υψηλής επίδοσης ημιαγωγικά τμήματα συσκευών όπως εξοπλισμός ράδιο, επειδή είναι καλός ηλεκτρικός μονωτής έχοντας ταυτόχρονα καλή θερμική αγωγιμότητα. Χρησιμοποιήθηκε, ακόμη, ως γέμισμα σε κάποια θερμικά διεπιφανειακά ηλικά, όπως θερμικά γράσα[7]. Σε κάποιες συσκευές ημιαγωγών ισχύως χρησιμοποιήθηκαν κεραμικά οξειδίου του βηρυλλίου ανάμεσα σε τσιπ πυριτίου (silicon chip) και τη μεταλλική βάση πάνω στην οποία εφαρμόζονται, με σκοπό το σύνολο να επιτύχει μικρότερη τιμή θερμικής αντίστασης, σε σύγκριση με παρόμοιες κατασκευές από οξείδιο του αργιλίου (Al2O3). Το οξείδιο του βηρυλλίου χρησιμοποιήθηκε, επίσης, ως δομικό κεραμικό υλικό για υψηλής απόδοσης συσκευές μικροκυμάτων, όπως σωλήνες κενού, μαγνητρόνια και λέιζερ αερίων. Το οξείδιο του βηρυλλίου, επίσης, έχει προωθηθεί ως επιβραδυντής για προτεινόμενους ναυτικούς υψηλής θερμοκρασίας αεροψυχόμενους αντίδραστήρες (naval Marine high temperature gas cooled reactors, MGCR).
Ασφάλεια
ΕπεξεργασίαΤο οξείδιο του βηρυλλίου είναι καρκινογόνο και μπορεί να προκαλέσει χρόνια βηρυλλίωση. Εφόσον συντηχθεί σε στερεά μορφή είναι ασφαλές εφόσον δεν εκτεθεί σε οποιοδήποτε μηχανισμό δημιουργεί σκόνη[8]. Σύμφωνα με την ομοσπονδιακή νομοθεσία των ΗΠΑ, τα κεραμικά οξειδίου του βηρυλίου δεν θεωρούνται βλαβερά απόβλητα.
Παρατηρήσεις, υποσημειώσεις και αναφορές
Επεξεργασία- ↑ Για εναλλακτικές ονομασίες δείτε τον πίνακα πληροφοριών.
- ↑ 2,0 2,1 2,2 Greenwood, Norman N.; Earnshaw, Alan (1997). Chemistry of the Elements (2nd ed.). Butterworth-Heinemann. ISBN 0080379419.
- ↑ Raymond Aurelius Higgins (2006). Materials for Engineers and Technicians. Newnes. σελ. 301. ISBN 0750668504.
- ↑ A.F. Wells (1984). Structural Inorganic Chemistry (5 ed.). Oxford Science Publications. ISBN 0-19-855370-6.
- ↑ Fundamentals of Spectroscopy. Allied Publishers. pp. 234–. ISBN 978-81-7023-911-6. Retrieved 29 November 2011.
- ↑ Günter Petzow, Fritz Aldinger, Sigurd Jönsson, Peter Welge, Vera van Kampen, Thomas Mensing, Thomas Brüning"Beryllium and Beryllium Compounds" in Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry 2005, Wiley-VCH, Weinheim. doi:10.1002/14356007.a04_011.pub2
- ↑ Greg Becker, Chris Lee, and Zuchen Lin (2005). "Thermal conductivity in advanced chips — Emerging generation of thermal greases offers advantages". Advanced Packaging: 2–4. Retrieved 2008-03-04.[dead link]
- ↑ Beryllium Oxide Safety