BERRYLLIUM: HISTORIA, RAKENNE, OMINAISUUDET, KÄYTTÖ - KEMIA - 2026

Beryllium on metallia kuuluva alkuaine ryhmän 2 tai IIA jaksollisen. Se on ryhmän kevyin maa-alkalimetalli, ja sitä edustaa symboli Be. Sen atomi ja kationi ovat myös pienempiä kuin vastaavat (Mg, Ca, Sr…).

Epätavallisen varaustiheyden vuoksi tätä metallia ei esiinny yleensä eristyksessä. Noin 30 mineraalit tiedetään sisältävän sitä, joiden joukossa ovat: Beryl (3BeO · Al ₂ O ₃ · 6SiO ₂ · 2H ₂ O), bertrandite (4BeO.2SiO ₂.2H ₂ O), chrysoberyl (Beal ₂ O ₄) ja fenakiitti (Be ₂ Si ₄).

Metalliset berylliumpähkinät. Lähde: W. Oelen

Emerald, jalokivi, on variantti beryylistä. Puhdas beryllium ei kuitenkaan ole niin silmiinpistävä; se on vaalean harmahtavaa kiiltää (yläkuva), ja se on saatu siementen tai pastillien muodossa.

Berrylliumilla on joukko ominaisia ​​fysikaalisia ominaisuuksia. Sen tiheys on pieni; korkea lämmön- ja sähkönjohtavuus, samoin kuin sen lämpökapasiteetti ja lämmönpoisto; se ei ole magneettinen metalli; ja siinä on myös sopiva jäykkyyden ja joustavuuden yhdistelmä.

Kaikki nämä ominaisuudet ovat johtaneet siihen, että beryllium on metalli monissa sovelluksissa, aina sen käytöstä kupariseoksissa työkalujen valmistukseen, käyttöön raketteissa, lentokoneissa, autoissa, ydinreaktoreissa, röntgenlaitteissa, resonanssissa. ydinmagneettinen jne.

Berrylliumilla on 10 tunnettua isotooppia, jotka vaihtelevat ⁵ Be: stä ¹⁴ Be: iin, ja ⁹ Be on ainoa vakaa. Samoin se on erittäin myrkyllinen metalli, joka vaikuttaa erityisesti hengityselimiin, joten sen käytölle on rajoitus.

Historia sen löytämisestä

Louis-Nicolas Vauguelin löysi berrylliumin vuonna 1798 mineraalibryylin koostumuselementiksi sekä alumiinin ja berylliumin silikaatiksi.

Myöhemmin saksalainen kemisti Frederic Wöhler, vuonna 1828, onnistui eristämään berylliumin antamalla kaliumin reagoida berylliumkloridin kanssa platina upokkaassa.

Samanaikaisesti ja itsenäisesti ranskalainen kemisti Antoine Bussy saavutti myös berylliumin eristyksen. Wöhler ehdotti metalliksi nimen beryllium ensimmäisenä.

Se sai nykyisen nimensä vuonna 1957, koska se tunnetaan aiemmin nimellä glucinium johtuen joidenkin sen suolojen makeasta mausta. Mutta sekaannuksen välttämiseksi muista makeamakuisista yhdisteistä ja glusiiniksi kutsutusta kasvista päätettiin nimetä se uudelleen berylliumiksi.

Berylliumin rakenne

Berylliumin kiderakenne. Lähde: Käyttäjä: Dornelf

Koska berryllium on kevyin maa-alkalimetallien joukosta, sen atomien määrän odotetaan olevan pienin kaikista. Berylliumatomit ovat vuorovaikutuksessa toistensa kanssa metallisella sidoksella siten, että niiden "elektronien meret" ja heikkojen ytimien muodot muodostavat tuloksena olevan kiteen rakenteen.

Sitten muodostetaan mustia berylliumkiteitä. Näillä kiteillä on kuusikulmainen rakenne (ylempi kuva), jossa jokaisella Be-atomilla on kuusi sivuinaapuria ja vielä kolme tasossa ylä- ja alapuolella.

Koska kiteet ovat mustia, on hyödyllistä kuvitella, että kuusikulmaisen rakenteen mustat kohdat korvataan berylliumatomilla. Tämä on yksi kompaktiimmista rakenteista, joita metalli voi ottaa käyttöön; ja on järkevää, että niin pieniä Be-atomeja "puristetaan" niin paljon, jotta vältetään vähiten tyhjä tila tai reikien lukumäärä niiden välillä.

Sähköinen kokoonpano

1s ² 2s ²

Mikä on yhtä suuri kuin 4 elektronia, joista 2 ovat valenssia. Jos edistät elektronia 2p-kiertoradalla, sinulla on kaksi sp-hybridirataa. Siten berylliumyhdisteissä voi olla lineaarisia geometrioita, X-Be-X; esimerkiksi eristetty BeCI ₂ -molekyyli, Cl-BeCI.

ominaisuudet

Fyysinen kuvaus

Kiiltävä, hauras, tasaisesti harmaa kiinteä aine.

Sulamispiste

1287 ° C.

Kiehumispiste

2471 ° C.

Tiheys

- 1,848 g / cm ³ huoneenlämpötilassa.

- 1,69 g / cm ³ sulamispisteessä (nestemäisessä tilassa).

Atomiradio

112 pm.

Kovalenttinen säde

90 pm.

Atomimäärä

5 cm ³ / mol.

Ominaislämpö

1,824 J / g · mol 20 ° C: ssa.

Fuusion lämpö

12,21 kJ / mol.

Haihtumislämpö

309 kJ / mol.

elektronegatiivisuus

1.57 Paulingin asteikolla.

Vakiopotentiaali

1,70 V.

Äänen nopeus

12 890 m / s.

Lämpölaajeneminen

11,3 µm / m · K 25 ° C: ssa.

Lämmönjohtokyky

200 paino / m K.

Kemiallisia ominaisuuksia

Berryllium on päällystetty berylliumoksidikerroksella (BeO), joka suojaa sitä ilmassa huoneenlämpötilassa. Berylliumhapetus tapahtuu yli 1000 ºC: n lämpötiloissa, jolloin tuotetaan berylliumoksidi ja berylliumnitridi tuotteina.

Se on myös kestävä typpihapon 15 M vaikutukselle. Mutta se liukenee suolahappoon ja emäksiin, kuten natriumhydroksidiin.

Sovellukset

Työkalujen teko

Berryllium muodostaa seoksia kuparin, nikkelin ja alumiinin kanssa. Erityisesti kupariseos tuottaa erittäin kovan ja kestävän työkalun, joka muodostaa vain 2% seoksen painosta.

Nämä työkalut eivät tuota kipinöitä silitettäessä rautaa, mikä mahdollistaa niiden käytön ympäristöissä, joissa on paljon palavia kaasuja.

Pienitiheydestä johtuen sillä on kevyt paino, joka yhdessä jäykkyytensä kanssa sallii sen käytön avaruuslentokoneissa, raketeissa, ohjuksissa ja lentokoneissa. Seosta berylliumin kanssa on käytetty autojen valmistuksessa. Sitä on käytetty myös jousien tuotannossa.

Koska beryllium antaa seoksilleen suuren kovuuden, niitä on käytetty sotilaslentokoneiden jarruissa.

Peilien valmistus

Berrylliumia on käytetty peilien valmistuksessa sen mittapysyvyyden ja kyvyn vuoksi olla erittäin kiillotettu. Näitä peilejä käytetään satelliiteissa ja palontorjuntajärjestelmissä. Niitä käytetään myös avaruusteleskoopeissa.

Ionisoivassa säteilyssä

Berryllium on pienitiheyksinen elementti, joten sitä voidaan pitää läpinäkyvänä röntgensäteille.Tämä ominaisuus mahdollistaa sen käytön röntgensäteitä tuottavien putkien ikkunoiden rakentamisessa, teolliseen käyttöön ja lääketieteelliseen diagnoosiin..

Lisäksi berylliumia käytetään radioaktiivisten päästöjen ilmaisimien ikkunoissa.

Magnetismia tuottavissa laitteissa

Berylliumin ominaisuuksien joukossa on, että se ei ole magneettinen elementti. Tämän ansiosta sitä voidaan käyttää esineiden rakentamisessa magneettikuvauslaitteita varten, joissa muodostetaan voimakkaita magneettikenttiä, minimoimalla kaikki häiriöt.

Ydinreaktorit

Korkean sulamispisteensä ansiosta sitä on löydetty sovelluksesta ydinreaktoreihin ja keramiikkaan. Berrylliumia käytetään ydinreaktioiden moderaattorina ja neutronien tuottajana:

⁹ Be + ⁴ He (α) => ¹² C + n (neutroni)

Arvioidaan, että yhdelle miljoonalle a-hiukkasten pommittamalle berylliumatomille syntyy jopa 30 miljoonaa neutronia. Juuri tämä ydinreaktio salli neutronin löytämisen.

James Chadwick pommitti berylliumatomia a (He) -partikkeleilla. Tutkija havaitsi subatomisten hiukkasten vapautumisen ilman sähkövarausta, mikä johti neutronien löytämiseen.

Metallisuoja

Lisäämällä hapettuvien metallien pinnalle sellainen määrä berylliumia, joka suojaa niitä. Esimerkiksi magnesiumin syttyvyys heikkenee ja hopeaseosten kiilto pidentyy.

Missä se sijaitsee?

Beryyliä löytyy pegmatiitista, joka liittyy kiilleen, maasälveen ja kvartsiin. Käyttämällä vaahdotustekniikkaa erotetaan beryylin ja maasälpäseos. Sen jälkeen maasälpä ja beryyli konsentroidaan ja käsitellään kalsiumhypokloriitilla.

Tämän jälkeen suoritetaan käsittely rikkihapolla ja kaliumsulfonaatilla laimentamalla berrylin vaahdotus, erottaen se maasälpästä.

Beryyliä käsitellään natriumfluorisilikaatilla ja soodalla 770 ° C: ssa natriumfluoribylaatin, alumiinioksidin ja piidioksidin muodostamiseksi. Sitten berylliumhydroksidi saostetaan natriumfluoriberylaattiliuoksesta natriumhydroksidilla.

Berylliumfluoridi muodostuu saattamalla berylliumhydroksidi reagoimaan ammoniakkivetyfluoridin kanssa tuottaen ammoniumtetrafluroberylaattia. Tätä kuumennetaan berylliumfluoridiksi, jota käsitellään kuumalla magneesilla berylliumin eristämiseksi.

riskit

Beryllium hienojakoisena metallina liuosten, kuivajauheen tai savun muodossa on erittäin myrkyllistä ja voi aiheuttaa ihottumaa. Suurin myrkyllisyys syntyy kuitenkin hengitettynä.

Aluksi beryllium voi aiheuttaa yliherkkyyden tai allergian, josta voi kehittyä beryllioosi tai krooninen berylliumtauti (CBD). Tämä on vakava sairaus, jolle on tunnusomaista keuhkojen kapasiteetin väheneminen.

Akuutti sairaus on harvinainen. Kroonisessa sairaudessa granuloomeja muodostuu koko kehossa, etenkin keuhkoissa. Krooninen beryllioosi aiheuttaa progressiivista hengenahdistusta, yskää ja yleistä heikkoutta (asteniaa).

Akuutti beryllioosi voi olla tappava. Beryllioosissa tapahtuu progressiivinen hengityselinten menetys, koska hengitysteissä esiintyy kaasuvirtausta ja vähentynyt valtimoveren hapettuminen.

Viitteet

1. Kemian kuninkaallinen yhdistys. (2019). Beryllium. Palautettu osoitteesta: rsc.org
2. Kansallinen bioteknologiatietokeskus. (2019). Beryllium. PubChem-tietokanta. Palautettu: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov
3. Helmenstine, tohtori Anne Marie (15. maaliskuuta 2019). Berryllium tosiasiat. Palautettu osoitteesta: gondo.com
4. Wikipedia. (2019). Beryllium. Palautettu osoitteesta: en.wikipedia.org
5. Lenntech BV (2019). Beryllium Be. Palautettu sivustolta: lenntech.com
6. Materio Corporation. (2019). Lisätietoja palautetusta beryllium-elementistä osoitteesta: beryllium.com
7. D. Michaud. (2016, 12. huhtikuuta). Berylliumin käsittely- ja uutto-ongelma. 911 metallurgia. Palautettu osoitteesta: 911metallurgist.com
8. Timothy P. Hanusa. (5. tammikuuta 2016). Beryllium. Encyclopædia Britannica. Palautettu osoitteesta: britannica.com
9. Lee S. Newman. (2014). Beryylitauti. MSD-käsikirja. Palautettu osoitteesta: msdmanuals.com