Бериллия оксид
Оксид бериллия
Окси́д бери́ллия — амфотерный оксид, имеющий химическую формулу BeO.
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.
Как и все соединения бериллия, очень ядовит.
Оксид бериллия является единственным 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.
Получение и свойства
В природе оксид бериллия встречается в виде минерала.
Получают оксид бериллия термическим разложение 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 кристаллов оксид бериллия может быть получен нагреванием до высокой температуры (плавлением) аморфной формы или, например, при кристаллизации из расплавленных карбонатов щелочных металлов.
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.
Оксид бериллия 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).
При понижении температуры теплопроводность оксида бериллия сперва растёт (370 Вт·м−1·К−1 при 300 К), достигая максимума (13 500 Вт·м−1·К−1) при 40 К, затем понижается (47 Вт·м−1·К−1 при 4 К).
Химические свойства
Реакционная способность оксида бериллия зависит от способа его получения и от степени . Повышение температуры при прокаливании ведет к увеличению размера зерен (то есть к уменьшению удельной поверхности), а, следовательно, и к уменьшению химической активности соединения.
Прокаленный при температуре не выше 500 °С, оксид бериллия растворяется в водных растворах кислот и щелочей (даже разбавленных), образуя соответствующие соли и . Например:
B e O + 2 N a O H + H 2 O ⟶ N a 2 [ B e ( O H ) 4 ] {displaystyle {mathsf {BeO+2NaOH+H_{2}Olongrightarrow Na_{2}[Be(OH)_{4}]}}} B e O + 2 H C l ⟶ B e C l 2 + H 2 O {displaystyle {mathsf {BeO+2HCllongrightarrow BeCl_{2}+H_{2}O}}}
Оксид бериллия, прокаленный при температуре от 1200 до 1300 °С, растворим в растворах концентрированных кислот. Например, прокаленный таким образом ВеО реагирует с горячей концентрированной серной кислотой:
B e O + H 2 S O 4 ⟶ B e S O 4 + H 2 O {displaystyle {mathsf {BeO+H_{2}SO_{4}longrightarrow BeSO_{4}+H_{2}O}}}
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):
B e O + 2 H F ⟶ B e F 2 + H 2 O {displaystyle {mathsf {BeO+2HFlongrightarrow BeF_{2}+H_{2}O}}} B e O + 2 N a O H ⟶ N a 2 B e O 2 + H 2 O {displaystyle {mathsf {BeO+2NaOHlongrightarrow Na_{2}BeO_{2}+H_{2}O}}} B e O + N a 2 C O 3 ⟶ N a 2 B e O 2 + C O 2 {displaystyle {mathsf {BeO+Na_{2}CO_{3}longrightarrow Na_{2}BeO_{2}+CO_{2}}}}
Выше 1000 °С оксид бериллия реагирует с хлором, при этом в присутствии угля данная реакция идет легче и при гораздо меньших температурах (600—800°С):
2 B e O + 2 C l 2 ⟶ 2 B e C l 2 + O 2 {displaystyle {mathsf {2BeO+2Cl_{2}longrightarrow 2BeCl_{2}+O_{2}}}} B e O + C l 2 + C ⟶ B e C l 2 + C O {displaystyle {mathsf {BeO+Cl_{2}+Clongrightarrow BeCl_{2}+CO}}}
При температуре выше 1000 °С оксид бериллия вступает в обратимую реакцию гидрохлорирования (понижение температуры системы вызывает обратный процесс разложения образовавшегося хлорида бериллия):
B e O + 2 H C l ⟶ B e C l 2 + H 2 O {displaystyle {mathsf {BeO+2HCllongrightarrow BeCl_{2}+H_{2}O}}}
При нагревании оксид бериллия способен реагировать со многими хлорсодержащими соединениями. В частности, уже при 500 °С начинается реакция с фосгеном:
B e O + C O C l 2 ⟶ B e C l 2 + C O 2 {displaystyle {mathsf {BeO+COCl_{2}longrightarrow BeCl_{2}+CO_{2}}}}
Хлорирование тетрахлорметаном протекает при температуре 450—700 °С:2 B e O + C C l 4 ⟶ 2 B e C l 2 + C O 2 {displaystyle {mathsf {2BeO+CCl_{4}longrightarrow 2BeCl_{2}+CO_{2}}}}
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 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:
B e O + C a ⟶ B e + C a O {displaystyle {mathsf {BeO+Calongrightarrow Be+CaO}}} 4 B e O + T i ⟶ 2 B e + T i O 2 {displaystyle {mathsf {4BeO+Tilongrightarrow 2Be+TiO_{2}}}}
В обоих случаях бериллий получается загрязненным, так как технически очень трудно разделить продукты реакции.
Использование угля более предпочтительно, но реакция с ним идет лишь при температурах выше 2000 °С:
B e O + C ⟶ B e + C O {displaystyle {mathsf {BeO+Clongrightarrow 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.
Применение
Сочетание высокой теплопроводности и небольшого коэффициента термического расширения позволяет использовать оксид бериллия в качестве термостойкого материала, обладающего значительной химической инертностью.
Токсичность
Оксид бериллия очень ядовит и канцерогенен, по токсикологии NFPA 704 ему присвоена высшая токсичность.
