اقرأ في هذا المقال
- أكسيد البيريليوم
- طرق التصنيع لمركب أكسيد البريليوم
- معلومات عامة عن أكسيد البيريليوم
- استخدامات أكسيد البريليوم
في الكيمياء يُعد مركب أكسيد البريليوم كيان جزيئي من البريليوم، حيث أنه يتكون من عنصر البريليوم في حالة أكسدة مقدارها +2 وأكسيد بنسبة 1: 1، وفي الحالة الصلبة يتخذ مركب أكسيد البريليوم شكل هيكل (wurtzite) السداسي، بينما في طور البخار، فإنه يكون موجودًا على شكل جزيئات تساهمية ثنائية الذرة منفصلة، ولها دور كعامل مسرطن، كما أنه عبارة عن كيان جزيئي البريليوم وأكسيد فلز.
أكسيد البيريليوم
- أكسيد البريليوم ذو الصيغة الكيميائية التالية: (BeO) هو عبارة عن أكسيد بلوري أبيض، يوجد في الطبيعة كمعدن “البروميت”، وتاريخيا كان يسمى أكسيد البريليوم جلوكينا أو أكسيد الجلوكينيوم، وهو عبارة عن عازل كهربائي وموصلته الحرارية أعلى من أي مادة غير معدنية أخرى باستثناء الماس، بل إنها في الواقع تتجاوز تلك الموجودة في بعض المعادن، كما وتؤدي نقطة انصهاره العالية إلى استخدامه كمواد مقاومة للحرارة.
- حرارة التكوين لأكسيد البريليوم الصلب (ΔHf) هي 609.4 كيلو جول لكل، وتبلغ سعته الحرارية 25.6 جول لكل مول كلفن، كما أن أكسيد البريليوم المتكون عند درجات حرارة عالية (> 800 درجة مئوية) خامل، ولكن من الممكن إذابته بسهولة في ثنائي فلوريد الأمونيوم المائي الساخن (NH4HF2) أو محلول ساخن من حمض الكبريتيك المركز (H2SO4) وكبريتات الأمونيوم ((NH4) 2SO4).
- إن أكسيد البريليوم عبارة عن مادة صلبة بيضاء عديمة الرائحة، تكون على شكل بلورات بيضاء أو مسحوق، والبلورات تكون عبارة عن بلورات بيضاء سداسية، ويمتلك درجة الانصهار 2578 درجة مئوية ودرجة الغليان 3787 درجة مئوية، وهو غير قابل للذوبان في الماء، ولكنه قابل للذوبان بشكل طفيف في المحاليل الحمضية والقلوية، ويمتلك كثافة 3.0 غرام لكل سم مكعب عند 68 فهرنهايت.
- أن مركب أكسيد البريليوم مستقر في ظل ظروف التخزين الموصى بها، وهو غالبا مستقر للغاية، حيث يعتمد استقراره على هيكله ويتحدد بمحتوى الماء المربوط، وكلما ارتفعت درجة حرارة التكليس زاد خامل أكسيد البريليوم، علما أن أكسيد البريليوم النقي (100٪) يعزل كهربائيًا مثل السيراميك، ولكنه ينقل الحرارة مثل المعدن.
- يمتلك مركب أكسيد البريليوم مؤشر انكسار مقداره 1.719 ، 1.733، وبعد الاشتعال يكاد يكون هذا المركب غير قابل للذوبان في الماء، والأحماض المركزة أو في محاليل هيدروكسيدات قلوية ثابتة، كما ويمتلك هذا المركب صلابة موس مقدارها 9.
طرق التصنيع لمركب أكسيد البريليوم
- من الممكن أن يتم تحضير مركب أكسيد البريليوم عن طريق عملية تكليس كربونات البريليوم أو عن طريق عملية تجفيف الهيدروكسيد أو حتى من خلال إشعال المعدن بغاز الأكسجين، وذلك كما هو موضح في التفاعلات التالية:
- لذا فإنه يتم إنتاج مركب أكسيد البريليوم بالعمليات التالية: يتم تحويل هيدروكسيد البريليوم أولاً إلى رباعي هيدرات كبريتات البريليوم عالي النقاء، كما هو موضح أعلاه، ويتم تكليس هذا الملح في درجات حرارة يتم التحكم فيها بعناية بين 1150 و 1450 درجة مئوية، كما ويتم اختياره من أجل إعطاء خصائص مساحيق أكسيد البريليوم المطلوبة من قبل مصنعي سيراميك البريليوم الفرديين، وبشكل بديل فإنه يمكن تنقية هيدروكسيد البريليوم أولاً ثم تحميصه مباشرة إلى مسحوق أكسيد البريليوم.
- يتم إنتاجه عن طريق إذابة هيدروكسيد البريليوم من الدرجة التقنية في حامض الكبريتيك، مما يؤدي إلى ترسيب كبريتات البريليوم المائية، والتي يتم تحميصها بعد ذلك عند 1150 – 1450 درجة مئوية.
- يتم الحصول عليها مباشرة من هيدروكسيد البريليوم عن طريق التكليس أو من الكربونات الأساسية أو الأسيتات أو الكبريتات عن طريق الاشتعال، وتختلف المساحيق البيضاء التفاعلية في حجم الحبيبات والتشكل ومحتوى الشوائب.
- في العملية الصناعية الأولية، يتم إذابة هيدروكسيد البريليوم المستخرج من الخام في حمض الكبريتيك، ثم يتم ترشيح المحلول وتركيز المرشح بالتبخير وفك تبريد كبريتات البريليوم عالية النقاء، ثم يتبلور (BeSO4.4H2O) ويتم تحميص الملح في درجات حرارة مضبوطة بعناية تتراوح بين 1150 و 1450 درجة مئوية، كما ويتم اختياره لإعطاء خصائص مخصصة لمساحيق أكسيد البريليوم.
- يؤدي اشتعال البريليوم في الهواء إلى مزيج من (BeO) والنتريد (Be3N2) ورقم التسجيل (CAS) له هو 1304-56-9 ووزنه الجزيئي 25.0116 جم لكل مول، وهو عبارة عن مادة صلبة بيضاء بكثافة 3.02 جم لكل سم 3. .
معلومات عامة عن أكسيد البيريليوم
- إن مركب أكسيد البيريليوم متعدد الأشكال، حيث أنه شكل درجة الحرارة المنخفضة يكون سداسي (hP4) ومجموعة الفضاء الخاصة به هي (P63 / mc (# 186))، وشكل درجة الحرارة المرتفعة هو (β-BeO)، هو رباعي الزوايا (c / 2) ومجموعة الفضاء من (Im3m)، وهي شديدة السمية لجسم الإنسان، كما ويحتوي (BeO) في درجات الحرارة العادية على (wurtzite) سداسي الأضلاع، والذي يختلف عن تلك الموجودة في الأعضاء الآخرين في المجموعة 2، التي تحتوي أكاسيدها على هيكل ملح صخري مكعب.
- يحتوي الهيكل الناتج على مسافة رابطة (BeO) تبلغ تقريبا 1.659 ± 0.003 موازية للمحور c وثلاث مسافات 1.645 ± 0.003 استكمالًا للتنسيق رباعي السطوح، كما ويظهر الفرق البالغ 0.014 Å ذو دلالة إحصائية ويشير إلى أن الرابطة الطويلة لها طابع أيوني أكثر قليلاً من الثلاثة الأخرى، أما عند درجة حرارة عالية فإنه يتحول الهيكل إلى شكل رباعي الزوايا، ومركب (BeO) هو مركب معدني فريد من نوعه من حيث أنه أكسيد غير أيوني، معلمات شعرية هي: (α-BeO: a = 0.2288 Å; c = 0.4377 Å (21 °C)) و (β-BeO: a = 0.4751 Å; c = 0.2741 Å (2103 °C)).
استخدامات أكسيد البريليوم
يستخدم مركب أكسيد البريليوم في العديد من أجزاء أشباه الموصلات عالية الأداء لتطبيقات مثل المعدات الراديوية بسبب الموصلية الحرارية الجيدة مع كونه عازلًا كهربائيًا جيدًا، كما ويتم استخدامه كمادة مالئة في بعض مواد الواجهة الحرارية مثل “الشحوم الحرارية”.
لقد استخدمت بعض أجهزة أشباه الموصلات عالية الطاقة سيراميك أكسيد البريليوم بين شريحة السيليكون وقاعدة التركيب المعدنية للحزمة من أجل تحقيق درجة أعلى من التوصيل الحراري مقارنة بالبناء المماثل المصنوع من (Al2O3)، كما أنها تستخدم كسيراميك هيكلي لأجهزة الميكروويف عالية الأداء والأنابيب المفرغة والمغنطرونات والليزر الغازي.
يحتوي مركب أكسيد البريليوم على عدد من الخصائص الفيزيائية الجذابة جدًا للصناعة، حيث يستخدم أكسيد البريليوم في صناعة السيراميك عالي التقنية والمصارف الحرارية الإلكترونية والعوازل الكهربائية ومكونات فرن الميكروويف والجيروسكوبات ودروع المركبات العسكرية وبوتقات فوهات الصواريخ والأنابيب الحرارية والمكونات الهيكلية لليزر وركائز الدوائر الكهربائية عالية الكثافة وأنظمة إشعال السيارات وأنظمة الرادار الإلكترونية المضادة.
وأيضا في أنابيب الإلكترون، نوى المقاوم، النوافذ في أنابيب كليسترون، أيضا حوامل الترانزستور أنظمة مفاعلات درجات حرارة عالية مادة مضافة إلى الزجاج والسيراميك والبلاستيك، وتحضير مركبات البريليوم محفز للتفاعلات العضوية، ولقد أدت الشفافية تجاه الموجات الدقيقة إلى استخدامها كنوافذ ورادوم وهوائيات في أجهزة الميكروويف، كما أنها تستخدم في أنابيب الليزر عالية الطاقة.
