Beryl (pierwiastek)


Beryl (pierwiastek) w encyklopedii

Z Wikipedii, wolnej encyklopedii Przejdź do nawigacji Przejdź do wyszukiwania 4 Be Niebezpieczeństwo

Beryl (Be, łac. beryllium) – pierwiastek chemiczny o liczbie atomowej 4, metal należący do drugiej grupy głównej układu okresowego. Stosunkowo rzadko występuje we Wszechświecie, z reguły jako produkt spalacji większych jąder atomowych pod wpływem promieniowania kosmicznego.

W związkach jest dwuwartościowy. Naturalnie występuje jedynie w połączeniu z innymi pierwiastkami w minerałach. Ważniejszymi kamieniami szlachetnymi zawierającymi ten pierwiastek są akwamaryn, szmaragd i chryzoberyl.

W postaci wolnej beryl jest twardym, lekkim i kruchym metalem o stalowoszarej barwie. Jedynym jego stabilnym izotopem jest 9
Be. Został odkryty przez Louisa Vauquelina w 1798 roku.

Dodany jako pierwiastek stopowy do glinu, miedzi, żelaza i niklu, znacznie zmienia ich właściwości fizyczne. Narzędzia wykonane ze stopów berylu z miedzią są twarde, trwałe i nieiskrzące. W zastosowaniach konstrukcyjnych, połączenie wysokiej sztywności, stabilności termicznej, przewodności cieplnej oraz niskiej gęstości (1,85 gęstości wody) czyni beryl materiałem odpowiednim do produkcji podzespołów samolotów, rakiet, statków kosmicznych i satelitów. Z powodu niskiej gęstości i masy atomowej przepuszcza promienie rentgenowskie oraz innego rodzaju promieniowanie jonizujące. Z tego względu stanowi najpowszechniejszy materiał do produkcji okien w aparaturze rentgenowskiej oraz komponentów wykorzystywanych do eksperymentów fizyki cząstek elementarnych. Wysoka przewodność cieplna berylu i tlenku berylu pozwoliła na wykorzystanie w systemach do zarządzania ciepłem.

Komercyjne wykorzystanie tego pierwiastka wymaga zastosowania odpowiedniego systemu odprowadzenia pyłu oraz sterowania przemysłowego ze względu na toksyczność pyłów zawierających beryl. U niektórych ludzi mogą one wywołać zagrażającą życiu chorobę alergiczną, zwaną berylozą. Uczulenie na beryl dotyczy około 16% populacji.

Spis treści

Historia | edytuj kod

Beryl odkrył francuski chemik Louis Nicolas Vauquelin podczas badania składu minerałów o tej samej nazwie, głównie szmaragdu. O odkryciu poinformował 15 lutego 1798 roku, na posiedzeniu Akademii Francuskiej. Czysty beryl po raz pierwszy otrzymał francuski chemik Paul Lebeau (1898) podczas elektrolizy stopionego fluoroberylanu sodowego NaBeF
3[7].

Występowanie | edytuj kod

Zawartość berylu w górnych warstwach skorupy Ziemi wynosi 0,0002%, występuje w minerałach takich jak beryl (Be
3Al
2[Si
6O
18]), chryzoberyl (Al
2BeO
4) lub fenakit (Be
2SiO
4). Niektóre odmiany minerału berylu (szmaragd, akwamaryn, heliodor) uznawane są za kamienie szlachetne.

Otrzymywanie | edytuj kod

Metaliczny beryl można wydzielić elektrolitycznie ze stopionych soliBeCl
2
i BeF
2
.

Właściwości | edytuj kod

Właściwości fizyczne | edytuj kod

Beryl jest twardym, kruchym metalem o zwartej heksagonalnej strukturze krystalicznej. Charakteryzuje się wyjątkowo wysoką sztywnością (moduł Younga 287 GPa[8]) i wysoką temperaturą topnienia, wynoszącą 1287 °C[1].

Właściwości chemiczne | edytuj kod

W związkach chemicznych występuje na +II stopniu utlenienia. Nie roztwarza się na zimno w kwasie azotowym (ulega pasywacji). Aby reakcja berylu z wodą zaszła efektywnie należy podgrzać ją niemal do wrzenia. Rozcieńczone kwasy siarkowy i solny reagują z berylem już w temperaturze pokojowej. Z powodu amfoterycznych właściwości rozpuszcza się w roztworach wodorotlenków metali alkalicznych:

Be + 2OH−
+ 2H
2O → [Be(OH)
4]2−
+ H
2↑

Stosunkowo duża elektroujemność sprawia, że beryl łączy się z innymi pierwiastkami poprzez wiązania kowalencyjne. Sole berylu są podatne na hydrolizę, w wyniku której powstają kationy tetraakwaberylowe [Be(H
2O)
4]2+
, wchodzące w skład soli kompleksowych o charakterze jonowym, np. [Be(H
2O)
4]SO
4 i [Be(H
2O)
4]Cl
2[9]. Beryl może tworzyć także inne związki kompleksowe, np. [BeF
4]2−
.

Z tlenem beryl tworzy tlenek berylu (BeO, krystalizuje w układzie heksagonalnym). Znane są także związki berylu z wodorem BeH
2, siarką – BeS, azotem – Be
3N
2, węglem – Be
2C.

Wodorotlenek berylu Be(OH)
2 jest trudno rozpuszczalny w wodzie i ma własności amfoteryczne, z silnymi zasadami dając berylany, np. Na
2BeO
2 i K
2BeO
2. Siarczan berylu BeSO
4 jest dobrze rozpuszczalny w wodzie (41,3 g/100 cm³ w 25 °C), natomiast węglan BeCO

4H
2O rozpuszcza się dużo słabiej (0,36 g/100 cm³ w 0 °C)[10].

Właściwości biologiczne | edytuj kod

Beryl prawdopodobnie nie ma znaczenia biologicznego; dotychczas nie stwierdzono wykorzystywania tego pierwiastka przez organizmy żywe. Związki berylu są silnie trujące, wywołując berylozę, głównie przy kontakcie ze skórą lub poprzez wdychanie pyłu berylowego[11].

Zastosowanie | edytuj kod

Technika jądrowa | edytuj kod

Ze względu na mały przekrój czynny wychwytu neutronów termicznych, metaliczny beryl stosowany jest jako moderator spowalniający neutrony w reaktorach jądrowych, oraz do wyrobu prętów sterujących i awaryjnych. W mieszaninie z pierwiastkami emitującymi cząstki alfa stosowany jest jako źródło neutronów. Będąc dobrym reflektorem neutronów, wykorzystywany jest w broni jądrowej jako osłona (reflektor) ładunku jądrowego, co pozwala na zmniejszenie masy krytycznej.

Technika radiacyjna | edytuj kod

Okienko berylowe w mikroskopie rentgenowskim

Beryl bardzo słabo pochłania promieniowanie rentgenowskie, co pozwala na stosowanie go do wyrobu okienek w aparatach i mikroskopach rentgenowskich oraz w detektorach promieniowania rentgenowskiego.

Dzięki przezroczystości berylu dla wysokoenergetycznych cząstek naładowanych elektrycznie, wykorzystuje się go do budowy detektorów takiego promieniowania w akceleratorach cząstek elementarnych (np. Wielki Zderzacz Hadronów).

Technika głośnikowa | edytuj kod

Duża sztywność (moduł Younga 287 GPa[8]) i niska gęstość sprawiają, że stosuje się go do wytwarzania membran głośników wysokotonowych charakteryzujących się znacznie lepszymi parametrami od wykonanych typowo z tytanu lub glinu (pasmo przenoszenia 1000 – 40 000 Hz)[12]. Ze względu na toksyczność berylu i jego trudną obróbkę, ich cena jest znacznie wyższa i są produkowane przez niewiele firm[13].

Inne zastosowania | edytuj kod

Beryl może służyć jako dodatek do stopów innych metali, gdzie zwiększa twardość i odporność na korozję[11]. Stop miedzi z berylem jest wykorzystywany w produkcji narzędzi nieiskrzących, elementów sprężystych, podzespołów aparatury chemicznej oraz elementów żaroodpornych. Pył berylowy jest składnikiem stałego paliwa rakietowego o najwyższym impulsie właściwym oraz rakietowych silnikach o zastosowaniach militarnych.

Ze względu na małą gęstość i dobre parametry mechaniczne, beryl wykorzystano do budowy zwierciadeł w Kosmicznym Teleskopie Jamesa Webba[14].

Uwagi | edytuj kod

  1. Wartość w nawiasie oznacza niepewność związaną z ostatnią cyfrą znaczącą.

Przypisy | edytuj kod

  1. a b c CRC Handbook of Chemistry and Physics, David R.D.R. Lide (red.), wyd. 90, Boca Raton: CRC Press, 2009, s. 4–51, ISBN 978-1-4200-9084-0 .
  2. a b Beryl (pierwiastek) (ang.) w wykazie klasyfikacji i oznakowania Europejskiej Agencji Chemikaliów. [dostęp 2015-03-09].
  3. Beryl (pierwiastek) (nr 265063) (ang.) – karta charakterystyki produktu Sigma-Aldrich (Merck KGaA) na obszar Stanów Zjednoczonych (ze względu na zmianę sposobu wywołania karty charakterystyki, aby pobrać kartę dla obszaru USA, na stronie produktu należy zmienić lokalizację na "United States" i ponownie pobrać kartę). [dostęp 2011-10-02].
  4. JurisJ. Meija JurisJ. i inni, Atomic weights of the elements 2013 (IUPAC Technical Report), „Pure and Applied Chemistry”, 88 (3), 2016, s. 265–291, DOI10.1515/pac-2015-0305 .
  5. Beryl (pierwiastek) (CID: 5460467) (ang.) w bazie PubChem, United States National Library of Medicine.
  6. Beryl (pierwiastek) (nr 265063) – karta charakterystyki produktu Sigma-Aldrich (Merck KGaA) na obszar Polski. [dostęp 2011-10-02].
  7. Ignacy Eichstaedt: Księga pierwiastków. Warszawa: Wiedza Powszechna, 1973, s. 90–91. OCLC 839118859.
  8. a b Concise Encyclopedia Chemistry. trans. rev. Eagleson, Mary. Berlin: Walter de Gruyter, 1994. (ang.)
  9. John David Lee: Zwięzła chemia nieorganiczna. Warszawa: PWN, 1997, s. 151. ISBN 83-01-12352-4.
  10. CRC Handbook of Chemistry and Physics, 87th ed., CRC Press LLC, Boca Raton, USA, 2007.
  11. a b Ryszard Szepke: 1000 słów o atomie i technice jądrowej. Wydawnictwo Ministerstwa Obrony Narodowej, 1982. ISBN 83-11-06723-6. (pol.)
  12. Beryllium tweeter. Focal. [dostęp 2017-04-13].
  13. John E. Johnson (Jr): Usher Be-718 Bookshelf Speakers with Beryllium Tweeters (ang.). Secrets of Home Theater and High Fidelity, 12 listopada 2007. [zarchiwizowane z tego adresu (13 czerwca 2011)].
  14. The James Webb Space Telescope: Mirrors. NASA. [dostęp 2010-11-12].

Bibliografia | edytuj kod

Kontrola autorytatywna (pierwiastek chemiczny):
Na podstawie artykułu: "Beryl (pierwiastek)" pochodzącego z Wikipedii
OryginałEdytujHistoria i autorzy