BERYLIUM: HISTORIE, STRUKTURA, VLASTNOSTI, POUŽITÍ - CHEMIE - 2025

Beryllium je kovový prvek patřící do skupiny 2 nebo IIA periodické tabulky. Je to nejlehčí kov alkalické zeminy ve skupině a je reprezentován symbolem Be. Její atom a kation jsou také menší než atomy jeho kongenerů (Mg, Ca, Sr…).

Z důvodu své neobvyklé hustoty náboje se tento kov obvykle nevyskytuje izolovaně. Asi 30 minerály je známo, že ji obsahují, mezi něž patří: beryl (3BeO · Al ₂ O ₃ · 6SiO ₂ · 2H ₂ O), bertrandite (4BeO.2SiO ₂.2H ₂ O), chryzoberyl (Beal ₂ O ₄) a fenakit (Be ₂ Si ₄).

Kovové beryliové nugety. Zdroj: W. Oelen

Emerald, drahokam, je variantou berylu. Čisté berylium však není tak nápadné; má světle šedý lesk (horní obrázek) a bylo dosaženo ve formě semen nebo pastilek.

Berylium má řadu charakteristických fyzikálních vlastností. Má nízkou hustotu; vysoká tepelná a elektrická vodivost, jakož i její tepelná kapacita a odvod tepla; není to magnetický kov; a má také vhodnou kombinaci tuhosti a pružnosti.

Všechny tyto vlastnosti vedly k tomu, že berylium bylo kovem s mnoha aplikacemi, od jeho použití ve slitinách s mědí pro výrobu nástrojů, až po použití v raketách, letadlech, automobilech, jaderných reaktorech, rentgenovém vybavení, rezonanci jaderný magnet atd.

Berylium má 10 známých izotopů, od ⁵ Be do ¹⁴ Be, přičemž ⁹ Be je jediný stabilní. Stejně tak je to velmi toxický kov, který ovlivňuje zejména dýchací systém, takže jeho použití je omezené.

Historie jejího objevu

Berylium objevil Louis-Nicolas Vauguelin v roce 1798 jako kompoziční prvek minerálního berylu a křemičitanu hliníku a berylia.

Pozdnější, německý chemik Frederic Wöhler, v 1828, uspěl v izolaci beryllium tím, že reaguje draslík s beryllium chloridem v platinovém kelímku.

Současně a nezávisle francouzský chemik Antoine Bussy také dosáhl izolace berylia. Wöhler jako první navrhl pro kov název berylium.

Svůj současný název obdržela v roce 1957, protože dříve byla známá jako glucinium, díky sladké chuti některých jeho solí. Aby se však zabránilo záměně s jinými sladce chutnými sloučeninami as rostlinou zvanou glucin, bylo rozhodnuto ji přejmenovat na berylium.

Struktura berylia

Křišťálová struktura berylia. Zdroj: Uživatel: Dornelf

Berylium, které je nejlehčí z kovů alkalických zemin, by mělo být očekáváno, že objem jeho atomů bude nejmenší ze všech. Atomy berýlia vzájemně interagují prostřednictvím kovové vazby, takže jejich „moře elektronů“ a odpuzování mezi jádry formují strukturu výsledného krystalu.

Poté se vytvoří černé krystaly berýlia. Tyto krystaly mají hexagonální strukturu (horní obrázek), kde každý atom Be má šest vedlejších sousedů a další tři v rovinách nad a pod.

Protože krystaly jsou černé, je užitečné si představit, že černé body hexagonální struktury jsou nahrazeny atomy berylia. Toto je jedna z nejkompaktnějších struktur, které může kov přijmout; a to dává smysl, že velmi malé atomy Be jsou „vymačkané“ natolik, aby se zabránilo nejmenšímu množství prázdných míst nebo počtu otvorů mezi nimi.

Elektronická konfigurace

1s ² 2s ²

Což se rovná 4 elektronům, z nichž 2 jsou valenční. Pokud povýšíte elektron na 2p orbitál, budete mít dvě sp hybridní orbity. Ve sloučeninách berylia tak mohou existovat lineární geometrie, X-Be-X; například, izolovaná BeCl ₂ molekula, Cl-BeCl.

Vlastnosti

Fyzický popis

Lesklá, křehká, silně šedá pevná látka.

Bod tání

1287 ° C

Bod varu

2471 ° C

Hustota

- 1,848 g / cm ³ při teplotě místnosti.

- 1,69 g / cm ³ při teplotě tání (v kapalném stavu).

Atomové rádio

112 hodin.

Kovalentní poloměr

90 hodin.

Atomový objem

5 cm ³ / mol.

Měrné teplo

1,824 J / g · mol při 20 ° C

Teplo fúze

12,21 kJ / mol.

Odpařovací teplo

309 kJ / mol.

Elektronegativita

1,57 v Paulingově stupnici.

Standardní potenciál

1,70 V.

Rychlost zvuku

12,890 m / s.

Teplotní roztažnost

11,3 µm / m · K při 25 ° C

Tepelná vodivost

200 w / m K.

Chemické vlastnosti

Berylium je potaženo vrstvou oxidu berylia (BeO), který ho chrání na vzduchu při pokojové teplotě. Oxidace berylia se vyskytuje při teplotách nad 1 000 ° C, přičemž se jako produkt vyrábí oxid berylia a nitrid berylia.

Je také odolný vůči působení kyseliny dusičné 15 M, ale rozpustí se v kyselině chlorovodíkové a zásadách, jako je hydroxid sodný.

Aplikace

Výroba nástrojů

Berylium tvoří slitiny s mědí, niklem a hliníkem. Zejména slitina s mědí vytváří nástroje s velkou tvrdostí a odolností, které tvoří pouze 2% hmotnosti slitiny.

Tyto nástroje nevytvářejí jiskry při úderu železa, což jim umožňuje použití v prostředích s vysokým obsahem hořlavých plynů.

Díky své nízké hustotě má nízkou hmotnost, což spolu s tuhostí umožňuje použití ve vesmírných letadlech, raketách, raketách a letadlech. Slitina s beryliem se používá při výrobě automobilových dílů. Používá se také při výrobě pružin.

Kvůli velké tvrdosti, kterou berylium dává jeho slitinám, byly použity v brzdách vojenských letadel.

Zrcadlo

Beryllium se používá při výrobě zrcadel díky své rozměrové stabilitě a schopnosti vysoce leštit. Tato zrcátka se používají v satelitech a v systémech řízení palby. Používají se také ve vesmírných dalekohledech.

V ionizujícím záření

Berylium je prvek s nízkou hustotou, takže jej lze považovat za průhledný pro rentgenové záření. Tato vlastnost umožňuje jeho použití při konstrukci oken trubek, které produkují rentgenové záření, pro průmyslové použití a pro lékařskou diagnostiku..

Také berylium se používá v oknech detektorů radioaktivní emise.

V zařízení vytvářejícím magnetismus

Mezi charakteristiky berylia patří to, že nejde o magnetický prvek. To umožňuje použití při konstrukci předmětů pro zobrazovací zařízení s magnetickou rezonancí, ve kterém se generují magnetická pole o vysoké intenzitě, čímž se minimalizuje jakékoli rušení.

Jaderné reaktory

Díky svému vysokému bodu tání našel uplatnění v jaderných reaktorech a keramice. Berylium se používá jako moderátor jaderných reakcí a jako producent neutronů:

⁹ Be + ⁴ He (a) => ¹² C + n (neutron)

Odhaduje se, že pro jeden milion atomů berylia, které jsou bombardovány částicemi a, je produkováno až 30 milionů neutronů. Právě tato jaderná reakce umožnila objev neutronu.

James Chadwick bombardoval atomy berýlia atomy α (He). Výzkumník pozoroval uvolňování subatomických částic bez elektrického náboje, což vedlo k objevu neutronů.

Chránič kovu

Přidání určitého množství berylia na povrch kovů, které lze oxidovat, jim poskytuje určitou ochranu. Například je snížena hořlavost hořčíku a lesk slitin stříbra je prodloužen.

Kde se to nachází?

Beryl se vyskytuje v pegmatitu, který je spojen se slídou, živcem a křemenem. Pomocí flotační techniky se separuje směs berylu a živce. Následně se živce a beryl koncentrují a podrobí působení chlornanu vápenatého.

Po ošetření kyselinou sírovou a sulfonátem draselným se zředěním dosáhne flotace berylu, která se oddělí od živce.

Beryl se při 770 ° C zpracovává fluorokřemičitanem sodným a sodou za vzniku fluorobylátu sodného, ​​oxidu hlinitého a oxidu křemičitého. Hydroxid berylia se potom vysráží z roztoku fluoroberylátu sodného hydroxidem sodným.

Fluorid berylia je tvořen reakcí hydroxidu berylia s fluoridem amonným za vzniku tetrafluroberylátu amonného. To se zahřeje za vzniku fluoridu berylia, který se za horka zpracovává hořčíkem, aby se izoloval berylium.

Rizika

Berylium jako jemně rozptýlený kov ve formě roztoků, suchého prášku nebo kouře, je velmi toxický a může způsobit dermatitidu. Největší toxicita je však způsobena inhalací.

Zpočátku může berylium vyvolat přecitlivělost nebo alergii, která se může vyvinout v beryliózu nebo chronické berylium (CBD). Jedná se o závažné onemocnění charakterizované snížením kapacity plic.

Akutní onemocnění je vzácné. Při chronických onemocněních se granulómy vytvářejí v celém těle, zejména v plicích. Chronická beryllióza způsobuje progresivní dušnost, kašel a celkovou slabost (astenie).

Akutní berylióza může být fatální. U berylliózy dochází k progresivní ztrátě respirační funkce, protože dochází k zablokování toku plynů v dýchacím traktu a snížené okysličování arteriální krve.

Reference

1. Královská společnost chemie. (2019). Berylium. Obnoveno z: rsc.org
2. Národní centrum pro biotechnologické informace. (2019). Berylium. PubChem Database. Obnoveno z: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov
3. Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (15. března 2019). Beryliová fakta. Obnoveno z: thinkco.com
4. Wikipedia. (2019). Berylium. Obnoveno z: en.wikipedia.org
5. Lenntech BV (2019). Beryllium-Be. Obnoveno z: lenntech.com
6. Materio Corporation. (2019). Další informace o prvku berylium Obnoveno z: beryllium.com
7. D. Michaud. (2016, 12. dubna). Zpracování a extrakce berylia. 911 Hutník. Obnoveno z: 911metallurgist.com
8. Timothy P. Hanusa. (5. ledna 2016). Berylium. Encyclopædia Britannica. Obnoveno z: britannica.com
9. Lee S. Newman. (2014). Beryliové onemocnění. Manuál MSD. Obnoveno z: msdmanuals.com