Berillium

Berillium
←  Lítium | Bor  →
négy Legyen

mg
Periodikus elemrendszer4 Legyen
Egy egyszerű anyag megjelenése
Berillium polikristályos töredéke.
Tisztaság >99%.
Az atom tulajdonságai
Név, szimbólum, szám Berillium / Berillium (Be), 4
Csoport , időszak , blokk 2 (elavult 2), 2,
s-elem
Atomtömeg
( moláris tömeg )
9.012182(3) [1]  a. e.m.  ( g / mol )
Elektronikus konfiguráció [ Ő ] 2s 2
1s 2 2s 2
Atom sugara 112 óra
Kémiai tulajdonságok
kovalens sugár este 90  óra
Ion sugara 35 (+2e)  délután
Elektronegativitás 1,57 (Pauling skála)
Elektróda potenciál -1,69 V
Oxidációs állapotok 0, +2
Ionizációs energia
(első elektron)
898,8 (9,32)  kJ / mol  ( eV )
Egy egyszerű anyag termodinamikai tulajdonságai
Sűrűség ( n.a. ) 1,848 g/cm³
Olvadási hőmérséklet 1551 K (1278  ° C , 2332 °F)
Forráshőmérséklet 3243 K (2970  ° C , 5378 °F)
Oud. fúzió hője 12,21 kJ/mol
Oud. párolgási hő 309 kJ/mol
Moláris hőkapacitás 16,44 [2]  J/(K mol)
Moláris térfogat 5,0  cm³ / mol
Egy egyszerű anyag kristályrácsa
Rácsszerkezet Hatszögletű
Rács paraméterei a = 2,286 Å; c = 3,584  Å
c / arány _ 1.567
Debye hőmérséklet 1000K_  _
Egyéb jellemzők
Hővezető (300 K) 201 W/(m K)
CAS szám 7440-41-7
négy Berillium
Lenni9,0122
2s 2

A berillium ( vegyjele  - Be , lat.  Beryllium ) a 2. csoport kémiai eleme (az elavult besorolás szerint  - a második csoport fő alcsoportja, IIA), a D. I. kémiai elemeinek periodikus rendszerének második periódusa . Mengyelejev 4 -es rendszámmal .

Egyszerű anyagként a berillium  viszonylag kemény , világosszürke alkáliföldfém . Rendkívül mérgező . A berillium és vegyületei az IARC 1. kategóriájába tartozó rákkeltő anyagok .

Történelem

1798 -ban fedezte fel Louis Nicolas Vauquelin francia kémikus , aki gluciniumnak nevezte el. Az elem modern nevét Klaproth és a svéd Ekeberg német kémikusok javaslatára kapta .

A berillium és ásványi anyagai összetételének megállapításán nagy munkát végzett Ivan Avdeev orosz kémikus . Ő volt az, aki bebizonyította, hogy a berillium-oxid összetétele BeO, és nem Be 2 O 3 , ahogy korábban gondolták.

A berilliumot szabad formában 1828-ban Antoine Bussy francia kémikus, egymástól függetlenül Friedrich Wöhler német kémikus izolálta . A tiszta fémes berilliumot 1898-ban Paul Lebeau francia fizikus olvadt sók elektrolízisével [ 3] állította elő .

A név eredete

A berillium neve a berill ásvány ( más görög βήρυλλος ) nevéből származik (berillium és alumínium-szilikát, Be 3 Al 2 Si 6 O 18 ), amely a dél-indiai Belur (Vellur) város nevéből származik. , nem messze Madrastól ; Ősidők óta ismertek Indiában a smaragd lelőhelyek  , a berill fajták . A berillium vízben oldódó vegyületeinek édes íze miatt az elemet először "gliciumnak" ( más görögül γλυκύς  - édes) nevezték [4] .

A természetben lenni

Az univerzumban a berillium viszonylag ritka elem, mivel nem a csillagok belsejében zajló magreakciók eredményeként jön létre. A berillium főként szupernóva-robbanások során keletkezik , melynek eredményeként a nehezebb atommagok könnyebbekké válnak szét a gyors részecskék áramlataival. A Napban a berillium megfigyelt koncentrációja 0,1 ppm [5] . A földkéregben a berillium koncentrációja 2-6 ppm [6] . A földkéreg átlagos berilliumtartalma 3,8 g/t, és az ultrabázikus (0,2 g/t) kőzetekről savas (5 g/t) és lúgos (70 g/t) kőzetekre növekszik. A magmás kőzetekben található berillium nagy része plagioklászokhoz kapcsolódik , ahol a berillium helyettesíti a szilíciumot . Legnagyobb koncentrációja azonban egyes sötét színű ásványokra és a muszkovitra jellemző (tíz, ritkábban több száz g/t). Ha a berillium szinte teljesen eloszlik a lúgos kőzetekben, akkor a savas kőzetek kialakulása során felhalmozódhat az ütközés utáni posztmagmatikus termékekben és az anorogén granitoidokban  - pegmatitokban és pneumatolit-hidrotermikus testekben. A savas pegmatitokban a berillium jelentős felhalmozódása az albitizáció és a muszkovitizáció folyamataihoz kapcsolódik. A pegmatitokban a berillium saját ásványokat képez, de egy része (kb. 10%) izomorf formában megtalálható kőzetképző és másodlagos ásványokban ( mikroklin , albit , kvarc , csillám stb.). A lúgos pegmatitokban a berillium kis mennyiségben megtalálható ritka ásványok részeként: eudidimit , chkalovit , analcim és leukofán, ahol belép az anionos csoportba. A posztmagmatikus oldatok a berilliumot fluortartalmú emanációk és összetett vegyületek formájában vonják ki a magmából, volfrámmal , ónnal , molibdénnel és lítiummal együtt .

A tengervíz berilliumtartalma rendkívül alacsony - 6⋅10 −7 mg/l [7] .

Több mint 30 tulajdonképpeni berillium ásvány ismeretes, de ezek közül csak 6 számít többé-kevésbé elterjedtnek: berill , krizoberil , bertrandit , fenakit , gelvin , danalit . Ipari jelentősége elsősorban a berillnek és a bertranditnak van, Oroszországban ( Burját Köztársaság ) a fenakit- bertrandit Ermakovszkoje lelőhelyet fejlesztik ki .

A berill fajtáit drágaköveknek tekintik: akvamarin  - kék, zöldes-kék, kékes-zöld; smaragd  - sűrű zöld, élénkzöld; heliodor  - sárga; a berillnek számos más fajtája ismert, amelyek színükben különböznek (sötétkék, rózsaszín, piros, halványkék, színtelen stb.). A berill színét különféle elemek szennyeződései adják.

Betétek

Berillium ásványlelőhelyek találhatók Brazíliában , Argentínában , Afrikában , Indiában , Kazahsztánban , Oroszországban ( Ermakovszkoje lelőhely Burjátországban , Malysevszkoje lelőhely a Szverdlovszk régióban, a Murmanszki régió keleti és délkeleti részének pegmatitjai) stb. [8] . A bertrandite a leggyakoribb az Egyesült Államokban, különösen Utahban.

Fizikai tulajdonságok

A berillium viszonylag kemény (5,5 Mohs ), keménysége meghaladja a többi könnyűfémet ( alumínium , magnézium ), de törékeny ezüst-fehér fém . Magas rugalmassági modulussal rendelkezik  - 300 GPa ( acéloknál  - 200-210 GPa). Levegőben aktívan egy stabil BeO -oxid film borítja . A berillium hangsebessége nagyon magas - 12 600 m/s , ami 2-3-szor nagyobb, mint más fémeknél. Magas hővezető képességgel és magas olvadásponttal rendelkezik.

Kémiai tulajdonságok

A berilliumnak két oxidációs állapota van  , 0 és +2. A berillium(II)-hidroxid amfoter, mind a bázikus (Be 2+ képződésével ), mind a savas ([Be(OH) 4 ] 2− ) tulajdonságai gyengén kifejeződnek. A berillium +1 oxidációs állapotát úgy kaptuk meg, hogy a berillium oxidos BeO tégelyekben a berillium vákuumban történő párolgását vizsgáltuk, a BeO + Be = Be 2 O koproporcionálás eredményeként illékony Be 2 O oxid képződésével [9] .

Számos kémiai tulajdonságában a berillium jobban hasonlít az alumíniumhoz, mint a periódusos rendszerben közvetlenül alatta lévő magnéziumhoz (az „ átlós hasonlóság ” megnyilvánulása ).

A fémes berillium szobahőmérsékleten viszonylag nem reagál. Kompakt formában még vörös hő hatására sem lép reakcióba vízzel és vízgőzzel, és nem oxidálja a levegő 600 °C-ig. Meggyújtáskor a berilliumpor erős lánggal ég, oxidot és nitridet fejlesztve. A halogének 600 °C feletti hőmérsékleten reagálnak a berilliummal, míg a kalogének még magasabb hőmérsékletet igényelnek. Az ammónia reakcióba lép a berilliummal 1200 °C feletti hőmérsékleten Be 3 N 2 -nitridté , a szén pedig Be 2 C karbidot ad 1700 °C-on. A berillium nem lép közvetlenül reakcióba hidrogénnel .

A berillium könnyen oldódik savak híg vizes oldatában ( sósav , kénsav , salétromsav ), de a hideg tömény salétromsav passziválja a fémet. A berillium reakcióját lúgok vizes oldataival hidrogénfejlődés és hidroxoberillátok képződése kíséri:

.

Amikor lúgos olvadékkal 400-500 ° C-on reagáltatjuk, berillátok képződnek:

.

A berillium izotópjai

A természetes berillium egyetlen 9 Be izotópból áll. A berillium összes többi izotópja (11 darab ismert, kivéve a stabil 9 Be) instabil. Közülük a két leghosszabb életű a 10 Be, amelynek felezési ideje körülbelül 1,4 millió év , és a 7 Be, amelynek felezési ideje 53 nap [10] .

A berillium eredete

Mind a primer , mind a csillagok nukleoszintézisében a berilliumnak csak könnyű instabil izotópjai születnek. A kozmikus sugarak által bombázott nehezebb atommagok bomlása következtében a csillagokban és a csillagközi közegben is megjelenhet egy stabil izotóp [11] . A Föld légkörében az oxigénmagok kozmikus sugarak általi felhasadásának eredményeként folyamatosan képződik radioaktív anyag [12] .

Getting

A 19. században egyszerű anyag formájában a berilliumot kálium és vízmentes berillium-klorid hatására nyerték :

Jelenleg a berilliumot úgy állítják elő, hogy a berillium-fluoridot magnéziummal redukálják :

vagy berillium és nátrium-klorid keverékének olvadékának elektrolízisével . A berillium kezdeti sóit a berilliumérc feldolgozása során izolálják .

Gyártás és alkalmazás

2012-ben a fő berilliumtermelők: az Egyesült Államok (nagy különbséggel) és Kína . Rajtuk kívül a berilliumércet Kazahsztán is feldolgozza [13] . 2014-ben Oroszország előállította az első berilliummintát is [14] . Más országok részesedése 2012-ben a világtermelés 4%-át tette ki. A világ összesen 300 tonna berilliumot termel évente (2016) [15] .

Ötvözet

A berilliumot főként különféle ötvözetek ötvözőanyagaként használják. A berillium hozzáadása jelentősen növeli az ötvözetek keménységét és szilárdságát, az ezekből az ötvözetekből készült felületek korrózióállóságát. A gépészetben a BeB típusú (rugós érintkezők) berillium bronzok meglehetősen elterjedtek . Az acélhoz hozzáadott 0,5% berillium lehetővé teszi olyan rugók előállítását, amelyek akár vörösen izzó hőmérsékletig is rugalmasak maradnak. Ezek a rugók jelentős terhelésű ciklusok milliárdjainak ellenállnak. Ezenkívül a berillium bronz nem csillog, ha kőhöz vagy fémhez ütik. Az egyik ötvözetnek saját neve van randol . Az arannyal való hasonlósága miatt a randolt „cigányaranynak” nevezik [16] .

Röntgentechnológia

A berill gyengén nyeli el a röntgensugarakat , ezért röntgencsövek ablakai készülnek belőle (amelyeken keresztül a sugárzás távozik), valamint röntgen- és nagy hatótávolságú gammadetektorok ablakai, amelyeken keresztül a sugárzás bejut a detektorba.

Atomenergia

Az atomreaktorokban a berilliumot neutronreflektorok készítésére használják , és neutronmoderátorként használják . Néhány α -radioaktív nukliddal keverve a berilliumot ampulla neutronforrásokban használják, mivel a berillium-9 atommagok és az α - részecskék kölcsönhatása neutronokat eredményez: 9 Be + α → n + 12 C.

A berillium-oxid a fémes berilliummal együtt hatékonyabb neutronmoderátorként és reflektorként szolgál a nukleáris technológiában, mint a tiszta berillium. Ezenkívül az urán -oxiddal kevert berillium-oxidot nagyon hatékony nukleáris üzemanyagként használják. A lítium -fluoriddal ötvözött berillium -fluoridot hűtőfolyadékként és oldószerként használják urán-, plutónium- és tóriumsókhoz a magas hőmérsékletű folyékony- sós atomreaktorokban .

A berillium-fluoridot a nukleáris technológiában használják kis neutronáramok szabályozására használt üveg olvasztására. Az ilyen üvegek technológiailag legfejlettebb és legjobb minőségű összetétele (BeF 2  - 60%, PuF 4  - 4%, AlF 3  - 10%, MgF 2  - 10 %, CaF 2  - 16%). Ez a kompozíció egyértelműen mutatja a plutóniumvegyületek szerkezeti anyagként való alkalmazásának egyik példáját (részleges).

Lézeres anyagok

A lézertechnológiában a berillium-aluminátot szilárdtest-sugárzók (rudak, lemezek) gyártására használják.

Repüléstechnika

Szinte semmilyen szerkezeti anyag nem veheti fel a versenyt a berilliummal a hőpajzsok és a vezetőrendszerek gyártásában. A berillium alapú szerkezeti anyagok könnyűek, erősek és ellenállnak a magas hőmérsékletnek. Mivel 1,5-szer könnyebbek, mint az alumínium, ezek az ötvözetek erősebbek is, mint sok speciális acél. Megkezdődött a berillidek gyártása , amelyeket rakéták és repülőgépek hajtóműveinek és bevonatainak szerkezeti anyagaként, valamint a nukleáris technológiában használnak.

A csillagászok számára különösen érdekesek a berillium tükrök [17] . A nagy felületű, gyakran méhsejt tartószerkezetű tükröket például meteorológiai műholdakban használnak, ahol a kis tömeg és a hosszú távú méretstabilitás kritikus. A James Webb űrteleszkóp elsődleges tükre 18, aranyozott berilliumból készült hatszögletű szegmensből áll [18] [19] . Mivel a teleszkóp 33K-on fog működni, a tükör aranyozott berilliumból készül, amely jobban bírja a szélsőséges hideget, mint az üveg. A berillium kevésbé zsugorodik és deformálódik, mint az üveg, és egyenletesebb marad ezen a hőmérsékleten. Ugyanezen okból a Spitzer Űrteleszkóp optikája teljes egészében fémes berilliumból készült. .

Rakéta üzemanyag

Érdemes megemlíteni a fémes berillium magas toxicitását és magas költségét, és ezzel összefüggésben jelentős erőfeszítések történtek olyan berilliumtartalmú üzemanyagok azonosítására, amelyek összességében lényegesen alacsonyabb toxicitású és költségesek. Az egyik ilyen berilliumvegyület a berillium- hidrid .

Tűzálló anyagok

A berillium-oxid a leginkább hővezető az összes oxid közül, szobahőmérsékleten magasabb hővezető képességgel rendelkezik, mint a legtöbb fémé és szinte minden nemfémé (kivéve a gyémánt és a szilícium-karbid ). Nagy hővezető képességű, magas hőmérsékletű szigetelőként és tűzálló anyagként szolgál laboratóriumi tégelyekhez és egyéb különleges alkalmakkor.

Akusztika

Könnyűsége és nagy keménysége miatt a berilliumot sikeresen használják elektrodinamikus hangszórók anyagaként . Magas költsége, feldolgozási bonyolultsága (a törékenység miatt) és toxicitása (ha nem követik a feldolgozási technológiát) azonban korlátozza a berillium hangszórók használatát drága professzionális audiorendszerekben [20] . A berillium akusztikai hatékonysága miatt egyes gyártók azt állítják, hogy termékeikben berilliumot használnak az eladások javítása érdekében, de ez nem így van [21] .

Nagy hadronütköztető

A Large Hadron Collider (LHC) nyaláb ütközési pontjain a vákuumcső berilliumból készül. Ugyanakkor gyakorlatilag nem lép kölcsönhatásba az ütközések során keletkező részecskékkel (amelyeket a detektorok rögzítenek), ugyanakkor elég erős.

Biológiai szerep és élettani hatás

A berillium napi bevitele az emberi szervezetben élelmiszerrel körülbelül 0,01 mg. Az élő szervezetekben a berilliumnak nincs jelentős biológiai funkciója. A berillium azonban helyettesítheti a magnéziumot egyes enzimekben , ami megzavarhatja a munkájukat.

A berillium fitotoxikus, ami a foszfatázok hatásának gátlásával jár már 2-16 mg/l tartalomnál, ami fejletlen gyökerek és satnya levelek formájában nyilvánul meg [22] . A hidrobionok esetében az LD 50 a 15-32 mg/l koncentrációtartományba esik [22] .

A berillium toxikus hatása a sejtmagokba való behatolásával függ össze, ami génmutációkat, kromoszóma-rendellenességeket és testvérkromatid cserét okoz [22] . Ezenkívül a berillium ionok kompetitív reakciókban vesznek részt magnézium-, kalcium-, mangán-ionokkal, ami az enzimaktiváció blokkolásához vezet [22] .

Az illékony (és oldható) berilliumvegyületek, beleértve a berilliumvegyületeket tartalmazó port is, rendkívül mérgezőek az emberre. Levegő esetében az MPC berilliumban kifejezve 0,001 mg/m³ . A berilliumnak kifejezett allergiás és rákkeltő hatása van. A berilliumot tartalmazó légköri levegő belélegzése súlyos légúti betegséghez – berilliózishoz – vezet [23] [24] . Ugyanakkor a berilliumnak nincs hatása a reproduktív funkcióra és a magzat fejlődésére [22] .

Lásd még

Jegyzetek

  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. Az elemek atomi tömegei 2011 (IUPAC Technical Report  )  // Pure and Applied Chemistry . - 2013. - Kt. 85 , sz. 5 . - P. 1047-1078 . - doi : 10.1351/PAC-REP-13-03-02 .
  2. Berillium // Kémiai Enciklopédia  : 5 kötetben / Ch. szerk. I. L. Knunyants . - M . : Szovjet Encyclopedia , 1988. - T. 1: A - Darzana. - S. 280. - 623 p. — 100.000 példány.  - ISBN 5-85270-008-8 .
  3. Venetsky S.I. Az űrkorszak féme // Történetek a fémekről. - Moszkva: Kohászat, 1979. - 240 p. — 60.000 példány.
  4. Timothy P. Hanusa. Berillium  (angol) . Encyclopædia Britannica . Encyclopædia Britannica, inc. (2020. február 26.). Letöltve: 2020. július 26. Az eredetiből archiválva : 2021. október 23.
  5. Bőség a napon . Mark Winter, a Sheffieldi Egyetem és a WebElements Ltd, Egyesült Királyság . WebElements. Letöltve: 2011. augusztus 6. Az eredetiből archiválva : 2011. augusztus 27..
  6. Merck közreműködői. A Merck Index: Vegyi anyagok, gyógyszerek és biológiai anyagok enciklopédiája. — 14-én. - Whitehouse Station, NJ, USA: Merck Research Laboratories, Merck & Co., Inc., 2006. - ISBN 978-0-911910-00-1 .
  7. Riley JP és Skirrow G. Chemical Oceanography. - 1965. - 1. évf. ÉN.
  8. Kémiai elemek népszerű könyvtára. Berillium. Könyvek. Tudomány és Technológia . Letöltve: 2007. március 25. Az eredetiből archiválva : 2015. április 18..
  9. Tamm M. E. , Tretyakov Yu. D. Szervetlen kémia / szerkesztette Yu. D. Tretyakov. - M. , 2008. - T. 1. - 239 p.
  10. Beryllium archiválva 2009. július 28-án a Wayback Machine  - Around the World oldalon
  11. Iskhanov B.S. , Kapitonov I.M. , Tutyn I.A. A legkönnyebb magok kialakulása 2 H, He, Li, Be, B // Nukleoszintézis az Univerzumban. - M . : Moszkvai Egyetem Kiadója, 1998.
  12. Emsley, John. A természet építőkockái: A–Z útmutató az elemekhez . - Oxford, Anglia, Egyesült Királyság: Oxford University Press, 2001. - ISBN 978-0-19-850340-8 .
  13. A berillium világpiaca . EREPORT.RU. Letöltve: 2020. július 26. Az eredetiből archiválva : 2016. augusztus 11.
  14. Oroszország elkészítette saját berilliumának első mintáját . Nézd (2015. január 16.). Hozzáférés dátuma: 2015. január 18. Az eredetiből archiválva : 2015. január 19.
  15. Chumakov V. A berillium szenvedélye // A tudomány világában . - 2017. - 4. sz . - S. 64-69 .  — URL: https://sciam.ru/articles/details/strasti-po-berilliyu Archiválva : 2017. április 22. a Wayback Machine -en
  16. Randol fém. Randoli tulajdonságai. A randoli használata . "Az ékszerészed" (2014. április 24.). Letöltve: 2014. május 7. Az eredetiből archiválva : 2014. május 8..
  17. A berillium tükrök segítenek a csillagászoknak és az elektronikai gyártóknak . TASS . Letöltve: 2022. június 27.
  18. ↑ R.I.A. hírek. A NASA befejezte a James Webb távcsőtükrök előkészítését . RIA Novosti (20110630T2227). Letöltve: 2022. június 27.
  19. A James Webb teleszkóp kinyitja aranyszemét, és befejezi a telepítést az űrben . www.astronews.ru _ Letöltve: 2022. június 27.
  20. Johnson, Jr., John E. Usher Be-718 könyvespolc-hangszórók berillium magassugárzókkal  ( 2007. november 12.). Letöltve: 2008. szeptember 18. Az eredetiből archiválva : 2011. június 13.
  21. Svilar, Mark Kínából beszerzett "berillium" hangszóró kupola és kúp elemzése  (angol) (2004. január 8.). Letöltve: 2009. február 13. Az eredetiből archiválva : 2013. május 17..
  22. 1 2 3 4 5 Filov V. A. A berillium és vegyületei: környezet, toxikológia, higiénia  // Ros. chem. magazin. - 2004. - T. 48 , sz. 2 . - S. 76-86 .
  23. Batich, Ray és James M. Marder. Fémek kézikönyve: Metallográfia és mikrostruktúrák. Szerk. 9. - Metals Park, Ohio: American Society for Metals, 1985. - P. 389-391.
  24. Orlova A. A., Tolgskaya MS, Chumakov A. A.; Krylova A.H. (bíró), Maksimyuk E.A. (chem.). Berillium // Big Medical Encyclopedia  : 30 kötetben  / ch. szerk. B. V. Petrovszkij . - 3. kiadás - M .  : Szovjet Enciklopédia , 1976. - T. 3: Beklemisev - Validol. - S. 69-71. — 584 p. : ill.

Irodalom

Linkek