بریلیم اکسید چیست و کاربرد آن در صنایع

بریلیم اکسید با فرمول مولکولی BeO، یک جامد نسوز بی رنگ با ساختار کریستالی است و با نام بریلیا نیز شناخته می شود. این جامد بی رنگ یک عایق الکتریکی قابل توجه با رسانایی حرارتی بالاتر از هر غیر فلزی به جز الماس و از اکثر فلزات است. به عنوان یک جامد آمورف، اکسید بریلیم سفید است و نقطه ذوب بالای آن منجر به استفاده از آن به عنوان یک ماده نسوز می‌شود.

بریلیم اکسید

بریلیم اکسید در طبیعت به عنوان ماده معدنی بروملیت (Bromellite) وجود دارد. از نظر تاریخی و در علم مواد، اکسید بریلیم را گلوسینا یا اکسید گلوسینیوم می‌نامیدند، زیرا طعم شیرینی دارد. BeO از بریلیم و اکسیژن تشکیل شده و دارای انرژی تشکیل بر واحد جرم واکنش دهنده‌های نزدیک به MJ / kg 24 است که بیشترین مقدار را در بین انرژی‌های تشکیل اکسیدها دارد.

این اکسید از دی هیدراته کردن هیدروکسید بریلیوم، اشتعال بریلیوم فلزی یا کلسینه کردن کربنات بریلیوم حاصل می‌شود. احتراق بریلیم در هوا مخلوطی از BeO و نیترید Be3N2 را به وجود می آورد. بر خلاف اکسیدهای تشکیل شده توسط سایر عناصر گروه 2 (فلزات قلیایی خاکی)، اکسید بریلیم به جای بازی، آمفوتریک است. اکسید بریلیم تشکیل شده در دماهای بالا (بیش از 800 درجه سانتی گراد) بی اثر است، اما به راحتی در بی فلوراید آمونیوم آبی داغ (NH4HF2) یا محلولی از اسید سولفوریک غلیظ داغ (H2SO4) و سولفات آمونیوم ((NH4)2SO4) حل می شود.

ساختار

BeO در ساختار شش ضلعی wurtzite متبلور می شود و دارای مراکز Be2+ و O2- چهار وجهی است. در مقابل، اکسیدهای فلزات گروه 2 بزرگتر، یعنی MgO، CaO، SrO، BaO، در موتیف نمک سنگی مکعبی با هندسه هشت وجهی در مورد نشانه ها و دیانیون ها متبلور می شوند. در دمای بالا ساختار به شکل چهارضلعی تبدیل می‌شود.

در فاز بخار، اکسید بریلیم به صورت مولکول های دو اتمی مجزا یافت می‌شود. در زبان تئوری پیوند ظرفیت، این مولکول ها را می توان به عنوان هیبریداسیون مداری sp در هر دو اتم توصیف نمود.

خواص فیزیکی و شیمیایی

اکسید بریلیم از خواص فیزیکی و شیمیایی زیادی برخوردار است و به جز واکنش آن با بخار آب در دمای 1000 درجه سانتی گراد بسیار پایدار است. همچنین در برابر احیای کربن در دمای بالا و محیط نمکی مقاومت خوبی از خود نشان می‌دهد. خواص این اکسید عبارتند از:

مقاومت الکتریکی بالا واستفاده از آن بعنوان عایق
ٰمقاومت به شوک حرارتی
چگالی اکسید بریلیم که از چگالی اکسید آلومینیوم پایین‌تر است.
هدایت حرارتی
انبساط حرارتی مشابه با سایر اکسیدها

کاربرد بریلیم اکسید

کریستال های با کیفیت بالا بریلیم اکسید ممکن است به روش هیدروترمال یا در غیر این صورت با روش Verneuil رشد کنند. در بیشتر موارد، اکسید بریلیم به صورت پودر آمورف سفید رنگی تولید می شود که به شکل های بزرگتر متخلخل شده است. ناخالصی‌ها، مانند کربن، می‌توانند رنگ‌های متنوعی به کریستال‌های میزبان بی‌رنگ بدهند.

از این اکسید در موتورهای موشکی و به عنوان یک پوشش محافظ شفاف روی آینه های تلسکوپ آلومینیومی استفاده می شود. همچنین در بسیاری از قطعات نیمه هادی با کارایی بالا برای کاربردهایی مانند تجهیزات رادیویی استفاده می شود زیرا رسانایی حرارتی خوبی دارد و در عین حال عایق الکتریکی خوبی نیز می باشد. به عنوان پرکننده در برخی از مواد رابط حرارتی مانند گریس حرارتی استفاده می شود.

برخی از دستگاه های نیمه هادی قدرت از سرامیک اکسید بریلیوم بین تراشه سیلیکونی و پایه فلزی بسته بندی استفاده کرده اند تا به مقاومت حرارتی کمتری نسبت به ساختار مشابه اکسید آلومینیوم دست یابند. همچنین به عنوان سرامیک ساختاری برای دستگاه های مایکروویو با کارایی بالا، لوله های خلاء، مگنترون ها و لیزرهای گازی استفاده می شود. BeO به عنوان تعدیل کننده نوترونی برای راکتورهای خنک کننده گازی با دمای بالا دریایی (MGCR) و همچنین راکتور هسته ای Kilopower ناسا برای کاربردهای فضایی پیشنهاد شده است.