Beryllium

Beryllium
←  Lithium | Bor  →
čtyři Buď ↓ mg 4 Buďte
Vzhled jednoduché látky
Polykrystalický fragment berylia. Čistota > 99 %.
Vlastnosti atomu
Jméno, symbol, číslo	Beryllium / Beryllium (Be), 4
Skupina , období , blok	2 (zastaralé 2), 2, s-prvek
atomová hmotnost ( molární hmotnost )	9.012182(3) [1]  a. e. m.  ( g / mol )
Elektronická konfigurace	[ On ] 2s 2 1s 2 2s 2
Poloměr atomu	112 hodin
Chemické vlastnosti
kovalentní poloměr	90  večer
Poloměr iontů	35 (+2e)  odpoledne
Elektronegativita	1,57 (Paulingova stupnice)
Elektrodový potenciál	-1,69 V
Oxidační stavy	0, +2
Ionizační energie (první elektron)	898,8 (9,32)  kJ / mol  ( eV )
Termodynamické vlastnosti jednoduché látky
Hustota (v n.a. )	1,848 g/cm³
Teplota tání	1551K (1278  ° C , 2332 °F)
Teplota varu	3243K (2970  ° C , 5378 °F)
Oud. teplo tání	12,21 kJ/mol
Oud. výparné teplo	309 kJ/mol
Molární tepelná kapacita	16,44 [2]  J/(K mol)
Molární objem	5,0  cm³ / mol
Krystalová mřížka jednoduché látky
Příhradová konstrukce	Šestihranný
Parametry mřížky	a = 2,286 Á; c = 3,584  Á
poměr c / a	1,567
Debyeho teplota	1000 000  _
Další vlastnosti
Tepelná vodivost	(300 K) 201 W/(m K)
Číslo CAS	7440-41-7

Beryllium ( chemická značka  - Be , z lat.  Beryllium ) je chemický prvek 2. skupiny (podle zastaralé klasifikace  - hlavní podskupina druhé skupiny, IIA), druhé období periodického systému chemických prvků D. I. Mendělejev s atomovým číslem 4.

Jako jednoduchá látka je berylium  relativně tvrdý , světle šedý kov alkalických zemin . Extrémně toxické . Berylium a jeho sloučeniny jsou karcinogeny IARC kategorie 1 .

Historie

Objeven v roce 1798 francouzským chemikem Louisem Nicolasem Vauquelinem , který jej pojmenoval glucinium. Své moderní jméno získal prvek na návrh německých chemiků Klaprotha a Švéda Ekeberga .

Velký kus práce na stanovení složení sloučenin berylia a jeho minerálů odvedl ruský chemik Ivan Avdějev . Byl to on, kdo dokázal, že oxid berylnatý má složení BeO, a nikoli Be 2 O 3 , jak se dříve myslelo.

Berylium bylo izolováno ve volné formě v roce 1828 francouzským chemikem Antoinem Bussym a nezávisle německým chemikem Friedrichem Wöhlerem . Čisté kovové beryllium získal v roce 1898 francouzský fyzik Paul Lebeau elektrolýzou roztavených solí [3] .

Původ jména

Název berylia pochází z názvu minerálu beryl ( jiné řecké βήρυλλος ) (berylium a křemičitan hlinitý, Be 3 Al 2 Si 6 O 18 ), který sahá až k názvu města Belur (Vellur) v jižní Indii . , nedaleko od Madrasu ; Od starověku jsou v Indii známá ložiska smaragdů  , odrůd berylu . Kvůli sladké chuti ve vodě rozpustných sloučenin berylia byl prvek nejprve nazýván „glycium“ ( jiné řecké γλυκύς  – sladký) [4] .

Být v přírodě

Ve vesmíru je berylium poměrně vzácným prvkem, protože nevzniká v důsledku jaderných reakcí v nitru hvězd. Berylium vzniká hlavně při explozích supernov , v důsledku čehož se těžší jádra štěpí na lehčí proudy rychlých částic. Na Slunci je pozorovaná koncentrace berylia 0,1 dílů na miliardu [5] . V zemské kůře má beryllium koncentraci 2 až 6 dílů na milion [6] . Průměrný obsah berylia v zemské kůře je 3,8 g/t a zvyšuje se od ultrabazických (0,2 g/t) po kyselé (5 g/t) a alkalické (70 g/t) horniny. Převážná část berylia ve vyvřelých horninách je spojena s plagioklasy , kde beryllium nahrazuje křemík . Jeho nejvyšší koncentrace jsou však charakteristické pro některé tmavě zbarvené minerály a muskovit (desítky, méně často stovky g/t). Pokud se beryllium téměř úplně rozptýlí v alkalických horninách, pak se při tvorbě kyselých hornin může hromadit v postmagmatických produktech postkolizí a anorogenních granitoidech  - pegmatitech a pneumatoliticko-hydrotermálních tělesech. V kyselých pegmatitech je tvorba významných akumulací berylia spojena s procesy albitizace a muskovitizace. V pegmatitech tvoří beryllium své vlastní minerály, ale část (asi 10 %) se nachází v izomorfní formě v horninotvorných a sekundárních minerálech ( mikroklin , albit , křemen , slídy atd.). V alkalických pegmatitech se beryllium vyskytuje v malých množstvích jako součást vzácných minerálů: eudidymitu , chkalovitu , analcimu a leukofanu , kde vstupuje do aniontové skupiny. Postmagmatická řešení vynášejí beryllium z magmatu ve formě emanací obsahujících fluor a komplexních sloučenin ve spojení s wolframem , cínem , molybdenem a lithiem .

Obsah berylia v mořské vodě je extrémně nízký - 6⋅10 −7 mg/l [7] .

Je známo více než 30 vlastních minerálů beryllia, ale pouze 6 z nich je považováno za více či méně běžné: beryl , chrysoberyl , bertrandit , fenakit , gelvin , danalit . Průmyslový význam má především beryl a bertrandit, v Rusku ( Burjatská republika ) se rozvíjí ložisko fenakit-bertrandit Ermakovskoye .

Odrůdy berylu jsou považovány za drahé kameny: akvamarín  - modrý, zelenomodrý, modrozelený; smaragd  - hustá zelená, jasně zelená; heliodor  - žlutý; je známa řada dalších odrůd berylu, které se liší barvou (tmavě modrá, růžová, červená, bledě modrá, bezbarvá atd.). Barva berylu je dána nečistotami různých prvků.

Vklady

Ložiska nerostů beryllium jsou přítomna v Brazílii , Argentině , Africe , Indii , Kazachstánu , Rusku ( ložisko Ermakovskoye v Burjatsku , ložisko Malyshevskoye ve Sverdlovské oblasti, pegmatity východní a jihovýchodní části Murmanské oblasti) atd. [8] . Bertrandit je nejběžnější ve Spojených státech, zejména v Utahu.

Fyzikální vlastnosti

Berylium je poměrně tvrdé (5,5 Mohs ), tvrdostí překonává ostatní lehké kovy ( hliník , hořčík ), ale křehký stříbrno-bílý kov . Má vysoký modul pružnosti  - 300 GPa (pro oceli  - 200-210 GPa). Na vzduchu je aktivně pokryta stabilní vrstvou oxidu BeO . Rychlost zvuku v berylliu je velmi vysoká - 12 600 m/s , což je 2-3krát více než v jiných kovech. Má vysokou tepelnou vodivost a vysoký bod tání.

Chemické vlastnosti

Berylium má dva oxidační stavy  , 0 a +2. Hydroxid beryllitý je amfoterní a jak zásadité (s tvorbou Be 2+ ), tak kyselé (s tvorbou [Be(OH) 4 ] 2− ) vlastnosti jsou slabě vyjádřeny. Oxidační stav berylia +1 byl získán studiem odpařování berylia ve vakuu v kelímcích s oxidem beryllitým BeO za vzniku těkavého oxidu Be 2 O v důsledku koproporcionace BeO + Be = Be 2 O [9] .

V mnoha chemických vlastnostech je berylium podobnější hliníku než hořčíku přímo pod ním v periodické tabulce (projev „ diagonální podobnosti “).

Kovové beryllium je při pokojové teplotě relativně nereaktivní. V kompaktní formě nereaguje s vodou a vodní párou ani při červeném žáru a neoxiduje se vzduchem do 600 °C. Při zapálení hoří prášek berylia jasným plamenem a vytváří oxid a nitrid. Halogeny reagují s beryliem při teplotách nad 600 °C, zatímco chalkogeny vyžadují ještě vyšší teploty. Amoniak reaguje s beryliem při teplotách nad 1200 °C za vzniku nitridu Be 3 N 2 a uhlík dává karbid Be 2 C při 1 700 °C. Berylium přímo nereaguje s vodíkem .

Berylium se snadno rozpouští ve zředěných vodných roztocích kyselin ( hydrochloric , sulfuric , dusičná ), ale studená koncentrovaná kyselina dusičná pasivuje kov. Reakce berylia s vodnými roztoky alkálií je doprovázena vývojem vodíku a tvorbou hydroxoberylátů:

Při provádění reakce s alkalickou taveninou při 400–500 ° C se tvoří beryláty:

Izotopy berylia

Přírodní beryllium se skládá z jediného izotopu 9 Be. Všechny ostatní izotopy berylia (je jich známo 11, kromě stabilního 9 Be) jsou nestabilní. Dva nejdéle žijící z nich jsou 10 Be s poločasem rozpadu asi 1,4 milionu let a 7 Be s poločasem rozpadu 53 dní [10] .

Původ berylia

V procesech primární i hvězdné nukleosyntézy se rodí pouze lehké nestabilní izotopy berylia. Stabilní izotop se může objevit jak ve hvězdách, tak v mezihvězdném prostředí v důsledku rozpadu těžších jader bombardovaných kosmickým zářením [11] . V zemské atmosféře neustále vzniká radioaktivní v důsledku štěpení kyslíkových jader působením kosmického záření [12] .

Získání

Ve formě jednoduché látky se v 19. století berylium získávalo působením draslíku na bezvodý chlorid berylnatý :

V současné době se berylium získává redukcí fluoridu berylnatého hořčíkem :

nebo elektrolýzou taveniny směsi chloridů berylia a sodných. Počáteční soli berylia se izolují při zpracování beryliové rudy .

Výroba a aplikace

Od roku 2012 byly hlavními producenty berylia: Spojené státy americké (s velkým rozdílem) a Čína . Kromě nich beryliovou rudu zpracovává také Kazachstán [13] . V roce 2014 Rusko také vyrobilo první vzorek berylia [14] . Podíl ostatních zemí v roce 2012 tvořil 4 % světové produkce. Celkově svět vyprodukuje 300 tun berylia ročně (2016) [15] .

Legování

Berylium se používá hlavně jako legovací přísada do různých slitin. Přídavek berylia výrazně zvyšuje tvrdost a pevnost slitin, korozní odolnost povrchů vyrobených z těchto slitin. Ve strojírenství jsou poměrně rozšířené beryliové bronzy typu BeB (pružinové kontakty) . Přidání 0,5 % berylia do oceli umožňuje vyrábět pružiny, které zůstávají elastické až do rozžhavených teplot. Tyto pružiny jsou schopny odolat miliardám cyklů významného zatížení. Kromě toho se berylliový bronz při úderu o kámen nebo kov netřpytí. Jedna ze slitin má vlastní název randol . Pro svou podobnost se zlatem se randolu říká „cikánské zlato“ [16] .

Rentgenová technologie

Berylium slabě pohlcuje rentgenové záření , takže se z něj vyrábějí okénka rentgenových trubic (kterými uniká záření) a okénka rentgenových a širokorozsahových gama detektorů, kterými záření do detektoru vstupuje.

Jaderná energie

V jaderných reaktorech se beryllium používá k výrobě neutronových reflektorů a používá se jako moderátor neutronů . Ve směsích s některými α -radioaktivními nuklidy se beryllium používá v ampulových zdrojích neutronů, protože interakcí jader berylia-9 a α - částic vznikají neutrony: 9 Be + α → n + 12 C.

Oxid beryllitý spolu s kovovým beryliem slouží v jaderné technologii jako účinnější moderátor a reflektor neutronů než čisté berylium. Kromě toho se oxid beryllitý smíchaný s oxidem uranu používá jako velmi účinné jaderné palivo. Fluorid berylnatý ve slitině s fluoridem lithným se používá jako chladivo a rozpouštědlo pro soli uranu, plutonia a thoria ve vysokoteplotních jaderných reaktorech s tekutou solí .

Fluorid berylnatý se používá v jaderné technologii k tavení skla používaného k řízení malých toků neutronů. Technologicky nejpokročilejší a nejkvalitnější složení takového skla je (BeF 2  - 60%, PuF 4  - 4%, AlF 3  - 10%, MgF 2  - 10%, CaF 2  - 16%). Toto složení názorně ukazuje jeden z příkladů použití sloučenin plutonia jako konstrukčního materiálu (částečné).

Laserové materiály

V laserové technologii se hlinitan beryllitý používá k výrobě pevných zářičů (tyčinek, desek).

Letecké inženýrství

Při výrobě tepelných štítů a naváděcích systémů nemůže beryliu konkurovat téměř žádný konstrukční materiál. Konstrukční materiály na bázi berylia jsou lehké, pevné a odolné vůči vysokým teplotám. Tyto slitiny jsou 1,5krát lehčí než hliník a jsou také pevnější než mnoho speciálních ocelí. Byla zahájena výroba berylidů , které se používají jako konstrukční materiály pro motory a oplechování raket a letadel, ale i v jaderné technice.

Obzvláště zajímavá pro astronomy jsou beryliová zrcadla [17] . Velkoplošná zrcadla, často s voštinovou nosnou konstrukcí, se používají například v meteorologických družicích, kde je rozhodující nízká hmotnost a dlouhodobá rozměrová stabilita. Primární zrcadlo vesmírného dalekohledu Jamese Webba se skládá z 18 šestiúhelníkových segmentů vyrobených z pozlaceného berylia [18] [19] . Vzhledem k tomu, že dalekohled bude pracovat při 33 K, je zrcadlo vyrobeno z pozlaceného berylia, které odolává extrémním mrazům lépe než sklo. Berylium se smršťuje a deformuje méně než sklo a při těchto teplotách zůstává rovnoměrnější. Ze stejného důvodu je optika Spitzerova vesmírného dalekohledu postavena výhradně z kovového berylia. .

Raketové palivo

Za zmínku stojí vysoká toxicita a vysoká cena kovového berylia a v souvislosti s tím bylo vynaloženo značné úsilí na identifikaci paliv obsahujících berylium, která mají výrazně nižší celkovou toxicitu a cenu. Jednou takovou sloučeninou berylia je hydrid beryllia .

Žáruvzdorné materiály

Oxid beryllitý je nejvíce tepelně vodivý ze všech oxidů, jeho tepelná vodivost při pokojové teplotě je vyšší než u většiny kovů a téměř všech nekovů (kromě diamantu a karbidu křemíku ). Slouží jako vysoce tepelně vodivý vysokoteplotní izolátor a žáruvzdorný materiál pro laboratorní kelímky a další speciální příležitosti.

Akustika

Pro svou lehkost a vysokou tvrdost se berylium úspěšně používá jako materiál pro elektrodynamické reproduktory . Jeho vysoká cena, složitost zpracování (kvůli křehkosti) a toxicita (pokud není dodržena technologie zpracování) však omezují použití beryliových reproduktorů v drahých profesionálních audio systémech [20] . Vzhledem k vysoké účinnosti berylia v akustice někteří výrobci tvrdí, že beryllium používají ve svých výrobcích za účelem zlepšení prodeje, zatímco tomu tak není [21] .

Velký hadronový urychlovač

V místech srážky paprsku u velkého hadronového urychlovače (LHC) je vakuová trubice vyrobena z berylia. Prakticky přitom neinteraguje s částicemi vznikajícími při srážkách (které zaznamenají detektory), ale zároveň je dost silný.

Biologická role a fyziologické působení

Denní příjem berylia v lidském těle s jídlem je asi 0,01 mg. V živých organismech nemá berylium žádnou významnou biologickou funkci. Berylium však může v některých enzymech nahradit hořčík , což vede k narušení jejich práce.

Beryllium je fytotoxické, což je spojeno s inhibicí účinku fosfatáz již při obsahu 2–16 mg/l, což se projevuje formou nevyvinutých kořenů a zakrnělých listů [22] . U hydrobiontů je LD 50 v koncentračním rozmezí 15–32 mg/l [22] .

Toxický účinek berylia je spojen s jeho pronikáním do buněčných jader, což způsobuje genové mutace, chromozomální aberace a výměnu sesterských chromatid [22] . Také ionty berylia se účastní kompetitivních reakcí s ionty hořčíku, vápníku a manganu, což vede k blokování jejich aktivace enzymů [22] .

Těkavé (a rozpustné) sloučeniny berylia, včetně prachu obsahujícího sloučeniny berylia, jsou pro člověka vysoce toxické. Pro vzduch je MPC ve smyslu berylia 0,001 mg/m³ . Berylium má výrazný alergický a karcinogenní účinek. Vdechování atmosférického vzduchu obsahujícího beryllium vede k závažnému respiračnímu onemocnění – berylióze [23] [24] . Zároveň nemá beryllium žádný vliv na reprodukční funkci a vývoj plodu [22] .

Viz také

• Sloučeniny berylia
• Randol
• svařování berylia

Poznámky

1. ↑ Michael E. Wieser, Norman Holden, Tyler B. Coplen, John K. Böhlke, Michael Berglund, Willi A. Brand, Paul De Bièvre, Manfred Gröning, Robert D. Loss, Juris Meija, Takafumi Hirata, Thomas Prohaska, Ronny Schoenberg , Glenda O'Connor, Thomas Walczyk, Shige Yoneda, Xiang-Kun Zhu. Atomové hmotnosti prvků 2011 (IUPAC Technical Report  )  // Pure and Applied Chemistry . - 2013. - Sv. 85 , č. 5 . - S. 1047-1078 . - doi : 10.1351/PAC-REP-13-03-02 .
2. ↑ Beryllium // Chemická encyklopedie  : v 5 svazcích / Ch. vyd. I. L. Knunyants . - M . : Sovětská encyklopedie , 1988. - T. 1: A - Darzana. - S. 280. - 623 s. — 100 000 výtisků.  - ISBN 5-85270-008-8 .
3. ↑ Venetsky S.I. Kov vesmírného věku // Příběhy o kovech. - Moskva: Metalurgie, 1979. - 240 s. — 60 000 výtisků.
4. ↑ Timothy P. Hanuša. Berylium  (anglicky) . Encyklopedie Britannica . Encyclopædia Britannica, Inc. (26. února 2020). Získáno 26. července 2020. Archivováno z originálu dne 23. října 2021.
5. ↑ Hojnost na slunci . Mark Winter, The University of Sheffield a WebElements Ltd, Velká Británie . WebElements. Získáno 6. srpna 2011. Archivováno z originálu dne 27. srpna 2011. (neurčitý)
6. ↑ Přispěvatelé společnosti Merck. Merck Index: Encyklopedie chemikálií, léků a biologických látek. — 14. - Whitehouse Station, NJ, USA: Merck Research Laboratories, Merck & Co., Inc., 2006. - ISBN 978-0-911910-00-1 .
7. ↑ Riley JP a Skirrow G. Chemická oceánografie. - 1965. - Sv. já
8. ↑ Populární knihovna chemických prvků. Beryllium. knihy. Věda a technologie . Získáno 25. března 2007. Archivováno z originálu 18. dubna 2015. (neurčitý)
9. ↑ Tamm M. E. , Treťjakov Yu. D. Anorganická chemie / editoval Yu. D. Treťjakov. - M. , 2008. - T. 1. - 239 s.
10. ↑ Beryllium archivováno 28. července 2009 na Wayback Machine  - Around the World
11. ↑ Ishkhanov B.S. , Kapitonov I.M. , Tutyn I.A. Vznik nejlehčích jader 2 H, He, Li, Be, B // Nukleosyntéza ve vesmíru. - M .: Nakladatelství Moskevské univerzity, 1998.
12. ↑ Emsley, John. Stavební kameny přírody: Průvodce živly A–Z . - Oxford, Anglie, UK: Oxford University Press, 2001. - ISBN 978-0-19-850340-8 .
13. ↑ Světový trh berylia . EREPORT.RU. Získáno 26. července 2020. Archivováno z originálu 11. srpna 2016. (Ruština)
14. ↑ Rusko vyrobilo první vzorek vlastního berylia . Podívejte se (16. ledna 2015). Datum přístupu: 18. ledna 2015. Archivováno z originálu 19. ledna 2015. (Ruština)
15. ↑ Chumakov V. Vášeň pro berylium // Ve světě vědy . - 2017. - č. 4 . - S. 64-69 .  — URL: https://sciam.ru/articles/details/strasti-po-berilliyu Archivováno 22. dubna 2017 na Wayback Machine
16. ↑ Randol metal. Vlastnosti Randoli. Použití randoli . "Váš klenotník" (24. dubna 2014). Získáno 7. 5. 2014. Archivováno z originálu 8. 5. 2014. (Ruština)
17. ↑ Berylliová zrcadla pomohou astronomům a výrobcům elektroniky . TASS . Staženo: 27. června 2022. (neurčitý)
18. ↑ Zprávy R.I.A. NASA dokončila přípravu zrcadel teleskopu Jamese Webba . RIA Novosti (20110630T2227). Staženo: 27. června 2022.  (Ruština)
19. ↑ Teleskop Jamese Webba otevírá své zlaté oko a dokončuje nasazení ve vesmíru . www.astronews.ru _ Staženo: 27. června 2022. (neurčitý)
20. ↑ Johnson, Jr., John E. Usher Be-718 Bookshelf Speakers with Beryllium Tweeters  ( 12. listopadu 2007). Získáno 18. září 2008. Archivováno z originálu 13. června 2011.
21. ↑ Svilar, Mark Analysis of "Beryllium" Speaker Dome and Cone Získané z Číny  (anglicky) (8. ledna 2004). Získáno 13. února 2009. Archivováno z originálu 17. května 2013.
22. ↑ 1 2 3 4 5 Filov V. A. Berylium a jeho sloučeniny: životní prostředí, toxikologie, hygiena  // Ros. chem. časopis. - 2004. - T. 48 , no. 2 . - S. 76-86 . (Ruština)
23. ↑ Batich, Ray a James M. Marderovi. Metals Handbook: Metallography and Microstructures. Ed. 9. - Metals Park, Ohio: American Society for Metals, 1985. - S. 389-391.
24. ↑ Orlová A. A., Tolgskaya MS, Chumakov A. A.; Krylova A.H. (rozhodčí), Maksimyuk E.A. (chem.). Beryllium // Velká lékařská encyklopedie  : ve 30 svazcích  / kap. vyd. B. V. Petrovský . - 3. vyd. - M .  : Sovětská encyklopedie , 1976. - T. 3: Beklemišev - Validol. - S. 69-71. — 584 s. : nemocný.

Literatura

• Beryllium: Sborník přeložených článků ze zahraničních periodik: Vzácné kovy. - M . : Zahraniční literatura, 1955. - T. 3 .: Geochemie, mineralogie a ložiska berylia. — 188 str.
• Požadavky průmyslu Beus A.A. na kvalitu nerostných surovin: Referenční kniha pro geology. - 2. vyd. -M.: Gosgeoltekhizdat, 1959. - 38 s.
• Beus A. A. Beryllium, kde a jak jej hledat. — 2. vydání. - M .: Gosgeoltekhizdat, 1962. - 28 s. — (Knihovna prospektora nerostů).

Odkazy

• Berylium na webových prvcích
• Beryllium v ​​populární knihovně chemických prvků
• Stav a perspektivy světového trhu s beryliem . Datum přístupu: 4. ledna 2014. Archivováno z originálu 30. prosince 2007. (Ruština)

Slovníky a encyklopedie	Velká dánština Velká Katalánština Skvělý norský Velký Rus Brockhaus a Efron okolo světa Malý Brockhaus a Efron Britannica (online) Britannica (online) Brockhaus Treccani Universalis
V bibliografických katalozích BNE : XX543120 BNF : 12218693d GND : 4144824-8 J9U : 987007284771305171 LCCN : sh85013403 NDL : 00560614 NKC : ph150532