Berillium | ||||
---|---|---|---|---|
← Lítium | Bor → | ||||
| ||||
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 .
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 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] .
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.
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.
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.
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 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] .
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] .
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 .
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] .
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] .
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.
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).
A lézertechnológiában a berillium-aluminátot szilárdtest-sugárzók (rudak, lemezek) gyártására használják.
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. .
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 .
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.
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] .
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.
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] .
D. I. Mengyelejev kémiai elemeinek periodikus rendszere | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
|
Fémek elektrokémiai tevékenységsorai | |
---|---|
Eu , Sm , Li , Cs , Rb , K , Ra , Ba , Sr , Ca , Na , Ac , La , Ce , Pr , Nd , Pm , Gd , Tb , Mg , Y , Dy , Am , Ho , Er , Tm , Lu , Sc , Pu , |
Berillium vegyületek | |
---|---|
Berillium-aluminát (BeAl 2 O 4 ) Berillium-acetát (Be(CH 3 COO) 2 ) Berillium-borid (BeB 2 ) Berillium-bromid (BeBr 2 ) Berillium-hidrid (BeH 2 ) Berillium-hidrogén-karbonát (Be(HCO 3 ) 2 ) Berillium-hidroxid (Be(OH) 2 ) Berillium-hidrogén-ortofoszfát (BeHPO 4 ) Berillium-dihidroortofoszfát (Be(H 2 PO 4 ) 2 ) Dimetil-berillium (Be(CH 3 ) 2 ) Berillium-jodid (BeI 2 ) Berillium-karbid (Be 2 C) Berillium-karbonát (BeCO 3 ) Berillium-nitrát (Be(NO 3 ) 2 ) Berillium-nitrid (Be 3 N 2 ) Berillium-oxalát (BeC 2 O 4 ) berillium-oxid (BeO) Berillium-oxid-hexaacetát (Be 4 O (CH 3 COO) 6 ) Berillium-oxid-hexaformiát (Be 4 O(HCOO) 6 ) Berillium ortoszilikát (Be 2 SiO 4 ) Berillium-peroxid (BeO 2 ) Berillium-perklorát (Be(ClO 4 ) 2 ) Berillium-szelenát (BeSeO 4 ) Berillium-szelenid (BeSe) Berillium szilicid (Be 2 Si) Berillium-szulfát (BeSO 4 ) berillium-szulfid (BeS) Berillium-szulfit (BeSO 3 ) Berillium-tellurid (BeTe) Ammónium-tetrafluor-berillát (NH 4 ) 2 [BeF 4 ]) Kálium-tetrafluoroberillát K 2 [BeF 4 ]) Lítium-tetrafluoroberillát Li 2 [BeF 4 ]) Nátrium-tetrafluoroberillát Na 2 [BeF 4 ]) Berillium-foszfát (Be 3 (PO 4 ) 2 ) Berillium-fluorid (BeF 2 ) Berillium-klorid (BeCl 2 ) Berillium-citrát (BeC 6 H 6 O 7 ) |
Szótárak és enciklopédiák |
| |||
---|---|---|---|---|
|