Fluoruro di berillio
# Fluoruro di berillio

Il fluoruro di berillio è il composto inorganico binario di berillio e fluoro ed è anche il sale di berillio dell'acido fluoridrico, avente formula $BeF_2.$ In condizioni normali è un solido incolore di aspetto vetroso, molto solubile in acqua e molto tossico. Il composto è usato principalmente per la produzione di berillio elementare tramite riduzione con magnesio metallico.

## Storia

Il primo a descrivere sintesi e proprietà del fluoruro di glucinio (denominazione ottocentesca per il berillio) fu Paul Lebeau nel 1898. Lebeau fece reagire l'idrossido di glucinio con acido fluoridrico ricavando l'ossifluoruro di glucinio; questo fu poi seccato ad alta temperatura in corrente di acido fluoridrico permettendo di isolare $BeF_2$ anidro.

## Sintesi

Il fluoruro di berillio si prepara a partire dall'idrossido di berillio grezzo derivante dalla lavorazione di minerali di berillio (berillo o bertrandite). L'idrossido di berillio è dapprima trattato con una soluzione di idrogenodifluoruro d'ammonio ottenendo il tetrafluoroberillato d'ammonio. Quest'ultimo è quindi riscaldato ad alta temperatura ottenendo così $BeF_2$ anidro.

    $Be(OH)_2$ + 2 $(NH_4)HF_2$ → $(NH_4)_2[BeF_4]$ + 2 $H_2O$
    $(NH_4)_2[BeF_4]$ → 2 $NH_4F$ + $BeF_2$

## Struttura

Il fluoruro di berillio in condizioni normali è un solido vetroso e con una struttura simile alla silice vetrosa: ogni atomo di berillio è tetracoordinato a quattro atomi di fluoro con geometria tetraedrica quasi regolare (Be $sp^3),$ e ciascun atomo di fluoro è bicoordinato a due atomi di berillio. Il fluoruro di berillio è difficile da cristallizzare ma, analogamente al quarzo, può dar luogo a varie forme cristalline che somigliano ciascuna alle modificazioni allotropiche di $SiO_2:$ quarzo-α, quarzo-β, cristobalite e tridimite. Nella forma analoga al quarzo-α la distanza Be–F risulta 154,2 pm. Passando ai fluoruri degli elementi che seguono il berillio nel suo gruppo, la struttura cristallina cambia: è del tipo rutilo per $MgF_2$ e del tipo fluorite per $CaF_2.$

Il solido è un materiale isolante con band gap notevole di 13,8 eV ed è riportato avere uno degli indici di rifrazione più bassi,1,275.

In fase liquida $BeF_2$ mostra una struttura dove il berillio ha una coordinazione tetraedrica fluttuante, con comportamento che somiglia per alcuni versi a quello dell'acqua allo stato liquido, o del quarzo fuso. Questo stato fuso conduce la corrente elettrica molto poco e anche per questo $BeF_2$ è considerato un composto essenzialmente covalente.

Il fluoruro di berillio in fase vapore è costituito da molecole discrete $BeF_2$ con disposizione lineare (simmetria $D_{∞h})$ e una distanza Be–F di 137,4 pm, valore decisamente minore della somma dei raggi ionici efficaci di $Be^{++}$ e F $^–$ (178 pm); la discrepanza con la somma dei raggi covalenti (153 pm) è minore, ma significativa.

L'accorciamento rispetto al singolo legame ionico o al sin golo legame covalente tra Be e F indica un ulteriore contributo di legame; in termini di teoria del legame di valenza si può descrivere la molecola, attraverso la risonanza, con forme limite che presentano legami covalenti polari di tipo σ ed anche di tipo π tra F e Be:

F $^–$ $Be^{++}$ F $^–$ ↔ $F–Be^+$ F $^–$ ↔ F $^–$ $Be^+–F$ ↔ F–Be–F ↔ $F^+=Be^––F$ ↔ $F–Be^–=F^+$ ↔ $F^+=Be^{2–}=F^+$

La molecola $BeF_2$ è isoelettonica sia con $CO_2,$ che con $SiO_2,$ con l'atomo di berillio ibridato sp. Il suo comportamento nel passaggio a stati condensati (liquido o solido) somiglia a quello della silice, in cui l'atomo centrale (Si) è tetraedrico e tetracoordinato $(sp^3),$ come qui l'atomo di berillio. Questo a differenza di quello di C del ghiaccio secco in cui il carbonio è bicoordinato (C sp) in molecole discrete.

## Proprietà e reattività

Il fluoruro di berillio è un composto termodinamicamente stabilissimo: $ΔH_ƒ°$ = -1026,75 kJ/mol, appena un po' meno di $MgF_2$ (-1.124,2 kJ/mol), cioè del fluoruro dell'elemento seguente nello stesso gruppo. In condizioni ambiente si presenta come un solido igroscopico inodore che fuma in presenza di umidità idrolizzandosi. In acqua è molto solubile e si scioglie formando inizialmente $BeF_2(H_2O)_2,$ $[BeF(H_2O)_3]^+$ e successivamente $[Be(H_2O)_4]^{2+}$ ed anche altri ioni idratati tra i quali $BeF^+,$ $BeF_3^–$ e $BeF_4^{2–}.$ Queste reazioni di idrolisi impediscono di isolare $BeF_2$ da soluzioni acquose. La facile solubilità di $BeF_2$ è connessa al raggio ionico efficace dello ione $Be^{++},$ che è molto piccolo (45 pm) e che quindi si idrata molto meglio in soluzione acquosa, e tale raggio è parecchio diverso da quello di $F^–$ (133 pm); per confronto, quello di $Mg^{++}$ ammonta a 72 pm (decisamente meno sproporzionato) e $MgF_2$ risulta praticamente insolubile in acqua, anche se la sua struttura cristallina (tipo rutilo) è diversa e più coesa, con Mg in coordinazione ottaedrica. Il $BeF_2$ è anche leggermente solubile il alcool.

$BeF_2$ è un acido di Lewis e può catturare facilmente molecole neutre donatrici, come $NH_3$ e $H_2O$ (vedi idratazione vista sopra), ma ancor meglio specie anioniche, come ad esempio ioni alogenuro: in presenza di ioni fluoruro, in particolare, forma diversi ioni complessi (fluoroberillati) con il berillio tri- o tetracoordinato, tipo $BeF_3^–,$ $BeF_4^{2–},$ $Be_2F_5^–,$ $Be_2F_7^{3–}.$

## Usi

Il fluoruro di berillio è un importante intermedio per ottenere berillio metallico. A tal scopo $BeF_2$ viene ridotto con magnesio a circa 1300 ºC in un crogiolo di grafite:

    $BeF_2$ + Mg → Be + $MgF_2$

## Tossicità / Indicazioni di sicurezza

Come tutti i composti di berillio, anche $BeF_2$ è fortemente tossico. Il fluoruro di berillio è inoltre classificato come cancerogeno e pericoloso per l'ambiente acquatico.

