Berylium je chemický prvek se symbolem Be a atomovým číslem 4. Jedná se o poměrně vzácný prvek ve Vesmíru, který se obvykle vyskytuje jako produkt štěpení velkých atomových jader srážejících se s kosmickým zářením. V jádrech hvězd je berylium vyčerpáno, protože se spojuje a vytváří větší prvky. Jde o dvojmocný prvek, který se přirozeně vyskytuje pouze v kombinaci s jinými prvky v minerálech. Mezi významné drahé kameny obsahující berylium patří beryl (akvamarín, smaragd) a chrysoberyl. Jako volný prvek je berylium silný, lehký a křehký ocelově zbarvený kov alkalických zemin. Beryllium zlepšuje mnoho fyzikálních vlastností jiných látek, když se přidává jako legující prvek k hliníku, mědi (zejména slitině beryllium mědi), železu a niklu. Berylium nevytváří oxidy, dokud nedosáhne velmi vysokých teplot. Nástroje ze slitiny berylliové mědi jsou pevné a tvrdé a nevytvářejí jiskry při nárazu na ocelový povrch. V konstrukčních aplikacích kombinace vysoké tuhosti v ohybu, tepelné stability, tepelné vodivosti a nízké hustoty (1,85násobek hustoty vody) činí berylium z kovu žádaným leteckým materiálem pro součásti letadel, rakety, kosmické lodě a satelity. Vzhledem ke své nízké hustotě a atomové hmotnosti je berylium relativně transparentní pro rentgenové paprsky a jiné formy ionizujícího záření; jedná se tedy o nejběžnější zasklívací materiál pro rentgenová zařízení a součásti detektorů částic. Vysoká tepelná vodivost oxidu berylia a berylia vedla k jejich použití v zařízeních pro regulaci teploty. Komerční použití berylia vyžaduje řádné vybavení pro kontrolu prachu a průmyslové kontroly, které musí být vždy na místě kvůli toxicitě inhalačního prachu obsahujícího beryllium, který může u některých lidí způsobit chronické život ohrožující alergické onemocnění zvané berylium.
Charakteristika
Fyzikální vlastnosti
Berylium je ocelově zbarvený tvrdý kov, který je při pokojové teplotě křehký a má uzavřenou hexagonální krystalovou strukturu. Má výjimečnou tvrdost (Youngův modul 287 GPa) a poměrně vysoký bod tání. Modul pružnosti berylia je přibližně o 50 % větší než modul pružnosti oceli. Kombinace tohoto modulu a relativně nízké hustoty má za následek neobvykle vysokou rychlost zvuku v beryliu - asi 12,9 km/s za pokojových podmínek. Dalšími významnými vlastnostmi berylia jsou jeho vysoké měrné teplo (1925 J kg-1 K-1) a tepelná vodivost (216 W m-1 K-1), díky nimž je beryllium kovem s nejlepšími vlastnostmi přenosu tepla na jednotku hmotnosti. V kombinaci s relativně nízkým koeficientem lineární tepelné roztažnosti (11,4 x 10-6 K-1) tyto vlastnosti vedou k tomu, že beryllium je jedinečně stabilní za podmínek tepelného namáhání.
Jaderné vlastnosti
Přirozeně se vyskytující beryllium, s výjimkou drobné kontaminace kosmogenními radioizotopy, je izotopicky čisté beryllium-9, které má jaderný spin 3/2. Beryllium má velký rozptylový průřez pro neutrony s vysokou energií, asi 6 barnů pro energie nad asi 10 keV. Působí tedy jako reflektor neutronů a moderátor neutronů, účinně moderuje neutrony na rozsah tepelné energie pod 0,03 eV, kde je celkový průřez nejméně o řád nižší – přesná hodnota vysoce závisí na čistotě a velikosti krystalitů. v materiálu. Jediný prvotní izotop berylia, 9Be, také prochází (n, 2n) neutronovou reakcí s energiemi neutronů většími než 1,9 MeV, za vzniku 8Be, který se téměř okamžitě rozpadne na dvě částice alfa. Pro neutrony s vysokou energií je tedy berylium multiplikátorem neutronů, který uvolňuje více neutronů, než absorbuje. Tato jaderná reakce:
94Be + N → 2 (42He) + 2n
Neutrony se uvolňují, když jsou jádra berylia zasažena energetickými částicemi alfa, což vede k jaderné reakci
94Be + 42He → 126C + N
kde 42He je částice alfa a 126C je jádro uhlíku-12. Beryllium také uvolňuje neutrony, když je bombardováno gama paprsky. Přírodní berylium, bombardované alfa nebo gama z vhodného radioizotopu, je tedy klíčovou součástí většiny jaderných reakčních neutronových zdrojů s radioaktivním izotopem pro laboratorní produkci volných neutronů. Malé množství tritia se uvolní, když jádra 94Be absorbují nízkoenergetické neutrony v třífázové jaderné reakci
94Be + N → 42He + 62He, 62He → 63Li + B-, 63Li + N → 42He + 31H
Všimněte si, že 62He má poločas rozpadu pouze 0,8 sekundy, β- je elektron a 63Li má vysoký průřez absorpce neutronů. Tritium je radioizotop v odpadu jaderných reaktorů. Jako kov je berylium transparentní pro většinu vlnových délek rentgenových a gama paprsků, takže je užitečné pro výstupní okna rentgenových trubic a dalších podobných zařízení.
Izotopy a nukleosyntéza
Ve hvězdách vznikají stabilní i nestabilní izotopy berylia, ale radioizotopy mají krátkou životnost. Předpokládá se, že většina stabilního berylia ve vesmíru byla původně vytvořena v mezihvězdném prostředí, když kosmické záření vyvolalo štěpení těžších prvků nalezených v mezihvězdném plynu a prachu. Primordiální berylium obsahuje pouze jeden stabilní izotop, 9Be, a proto je berylium monoizotopický prvek. Radioaktivní kosmogenní 10Be vzniká v zemské atmosféře štěpením kyslíku kosmickým zářením. 10Be se hromadí na povrchu půdy, kde jeho relativně dlouhý poločas rozpadu (1,36 milionu let) umožňuje tomuto prvku setrvat v tomto stavu po dlouhou dobu, než se rozpadne na bor-10. 10Be a jeho potomci se tedy používají ke studiu přirozené eroze půdy, pedogeneze a vývoje lateritických půd a k měření změn sluneční aktivity a stáří ledových jader. Produkce 10Be je nepřímo úměrná sluneční aktivitě, protože zvýšený sluneční vítr během období vysoké sluneční aktivity snižuje tok galaktického kosmického záření dopadajícího na Zemi. Jaderné výbuchy také produkují 10Be reakcí rychlých neutronů s 13C v oxidu uhličitém ve vzduchu. To je jeden z ukazatelů minulé aktivity v lokalitách jaderných zbraní. Izotop 7Be (poločas rozpadu 53 dní) je také kosmogenní a vykazuje atmosférickou hojnost spojenou se slunečními skvrnami, podobně jako 10Be. 8Be má velmi krátký poločas rozpadu, asi 7×10-17 s, což přispívá k jeho významné kosmologické roli, protože prvky těžší než berylium nemohly být vyrobeny jadernou fúzí při velkém třesku. To je způsobeno nedostatkem dostatečného času během fáze nukleosyntézy velkého třesku k produkci uhlíku z fúze jader 4He a velmi nízkými dostupnými koncentracemi berylia-8. Britský astronom Sir Fred Hoyle poprvé ukázal, že energetické hladiny 8Be a 12C umožňují produkci uhlíku takzvaným procesem trojitého alfa ve hvězdách nesoucích helium, kde je k dispozici více času nukleosyntézy. Tento proces umožňuje produkci uhlíku ve hvězdách, ale ne ve Velkém třesku. Uhlík vytvořený hvězdami (základ života na bázi uhlíku) je tedy součástí prvků plynu a prachu vyvržených asymptotickými obřími větvemi hvězd a supernov (viz také nukleosyntéza velkého třesku), stejně jako tvorba všech ostatních prvků. s atomovým číslem větším než uhlík. Elektrony 2s berylia mohou usnadnit chemickou vazbu. Proto, když se 7Be rozpadne zachycením L elektronů, stane se tak odebráním elektronů z jejich atomových orbitalů, které se mohou podílet na vazbě. To způsobuje, že rychlost jeho rozpadu závisí do měřitelné míry na jeho chemickém prostředí – což je u jaderného rozpadu vzácný jev. Nejkratší izotop berylia je 13Be, který se rozpadá v důsledku neutronového záření. Má poločas rozpadu 2,7 x 10-21 s. 6Be má také velmi krátkou životnost s poločasem 5,0 × 10-21 s. Je známo, že exotické izotopy 11Be a 14Be mají jaderné halo. Tento jev lze pochopit, protože jádra 11Be a 14Be mají 1 a 4 neutrony, v daném pořadí, rotující téměř mimo klasický Fermiho model.
Prevalence
Slunce má koncentraci berylia 0,1 části na miliardu (ppb). Beryllium má v zemské kůře koncentrace 2 až 6 dílů na milion (ppm). Nejvíce je koncentrován v půdách, 6 ppm. Stopová množství 9Be se nacházejí v zemské atmosféře. Koncentrace berylia v mořské vodě je 0,2-0,6 dílů na bilion. V tekoucích vodách je však berylium hojnější a má koncentraci 0,1 ppm. Berylium se vyskytuje ve více než 100 minerálech, ale většina je vzácná. Mezi běžnější minerály obsahující berylium patří: bertrandit (Be4Si2O7(OH)2), beryl (Al2Be3Si6O18), chrysoberyl (Al2BeO4) a fenacit (Be2SiO4). Vzácnými formami berylu jsou akvamarín, červený beryl a smaragd. Zelená barva u vysoce kvalitních forem berylu je spojena s různým množstvím chrómu (asi 2 % u smaragdu). Dvě hlavní beryliové rudy, beryl a bertranit, se nacházejí v Argentině, Brazílii, Indii, na Madagaskaru, v Rusku a ve Spojených státech. Celkové světové zásoby beryliové rudy dosahují více než 400 000 tun Beryllium je součástí tabákového kouře.
Výroba
Extrakce berylia z jeho sloučenin je obtížný proces kvůli jeho vysoké afinitě ke kyslíku při zvýšených teplotách a jeho schopnosti snižovat množství vody při odstraňování oxidového filmu. Spojené státy, Čína a Kazachstán jsou jediné tři země zapojené do komerční těžby berylia. Berylium se nejčastěji získává z minerálu berylu, který se buď slinuje pomocí extraktantu, nebo se roztaví na rozpustnou směs. Proces spékání zahrnuje smíchání berylu s fluorokřemičitanem sodným a sodou při 770 °C (1 420 °F) za vzniku fluoroberylátu sodného, oxidu hlinitého a oxidu křemičitého. Hydroxid beryllitý se vysráží z roztoku fluoroberylátu sodného a hydroxidu sodného ve vodě. Extrakce berylia metodou taveniny zahrnuje rozemletí berylu na prášek a jeho zahřátí na 1 650 °C (3 000 °F). Roztok se rychle ochladí vodou a poté se znovu zahřeje na 250–300 °C (482–557 °F) v koncentrované kyselině sírové, v podstatě se získá síran berylnatý a síran hlinitý. Vodný amoniak se pak používá k odstranění hliníku a síry, přičemž zůstane hydroxid berylnatý. Hydroxid beryllitý, vytvořený buď metodou spékání nebo taveniny, se poté přemění na fluorid berylnatý nebo chlorid berylnatý. Pro vytvoření fluoridu se vodný fluorid amonný přidá k hydroxidu berylnatému, aby se vytvořila sraženina tetrafluorberylátu amonného, který se zahřeje na 1000 °C (1830 °F) za vzniku fluoridu berylnatého. Zahřátím fluoridu na 900 °C (1650 °F) s hořčíkem vzniká jemně rozptýlené beryllium a dalším zahřátím na 1300 °C (2370 °F) vznikne kompaktní kov. Zahříváním hydroxidu berylnatého vzniká oxid, který se po spojení s uhlíkem a chlórem změní na chlorid beryllitý. K výrobě kovu se pak používá elektrolýza roztaveného chloridu beryllitého.
Chemické vlastnosti
Chemické chování berylia je z velké části výsledkem jeho malých atomových a iontových poloměrů. Má tedy velmi vysoký ionizační potenciál a silnou polarizaci v kombinaci s jinými atomy, proto jsou všechny jeho sloučeniny kovalentní. Je více chemicky podobný hliníku než jeho blízcí sousedé v periodické tabulce kvůli skutečnosti, že má stejný poměr náboje k poloměru. Kolem berylia se vytvoří oxidová vrstva, která zabrání dalším reakcím se vzduchem, pokud se látka nezahřeje nad 1000 °C. Při zapálení hoří berylium oslnivým ohněm a tvoří směs oxidu beryllitého a nitridu beryllia. Berylium se snadno rozpouští v neoxidačních kyselinách, jako je HCl a zředěná H2SO4, ale ne v kyselině dusičné nebo vodě, protože při tomto procesu vzniká oxid. To je podobné chování hliníku. Berylium je také rozpustné v alkalických roztocích. Atom berylia má elektronovou konfiguraci 2s2. Dva valenční elektrony dávají beryliu oxidační stav a+2 a tudíž schopnost tvořit dvě kovalentní vazby; jediným důkazem pro nižší mocenství berylia je rozpustnost kovu v BeCl2. Kvůli pravidlu oktetu mají atomy tendenci najít valenci 8, aby se podobaly vzácnému plynu. Berylium se snaží dosáhnout koordinačního čísla 4, protože jeho dvě kovalentní vazby vyplňují polovinu tohoto oktetu. Tetrakoordinace umožňuje sloučeninám berylia, jako je fluorid nebo chlorid, vytvářet polymery. Této vlastnosti se využívá v analytických metodách využívajících EDTA (kyselina ethylendiamintetraoctová) jako ligand. EDTA tvoří přednostně oktaedrické komplexy, čímž absorbuje další kationty jako Al3+, což může interferovat např. s extrakcí rozpouštědlem vzniklého komplexu mezi Be2+ a acetylacetonem. Beryllium(II) snadno tvoří komplexy se silnými donorovými ligandy, jako jsou oxidy fosfinu a oxidy arsinu. Na těchto komplexech byly provedeny rozsáhlé studie, které ukazují stabilitu vazby O-Be. Roztoky solí berylia, jako je síran berylnatý a dusičnan berylnatý, jsou kyselé v důsledku hydrolýzy 2+ 2+ + H2O ⇌ + + H3O + Mezi další produkty hydrolýzy patří trimerní 3+ iont. Hydroxid beryllitý, Be(OH)2, je nerozpustný i v kyselých roztocích s pH nižším než 6, tedy při biologickém pH. Je amfoterní a rozpouští se v silně alkalických roztocích. Berylium tvoří binární sloučeniny s mnoha nekovy. Bezvodé halogenidy jsou známé pro F, Cl, Br a I. BeF2 má strukturu podobnou oxidu křemičitému se čtyřmi čtyřstěny sdílejícími rohy. BeCl2 a BeBr2 mají řetězcovou strukturu s okrajovými čtyřstěny. Všechny halogenidy beryllia mají v plynné fázi lineární monomerní molekulární strukturu. Difluorid beryllitý, BeF2, se liší od ostatních difluoridů. Obecně má berylium tendenci se vázat kovalentně, mnohem více než jiné kovy alkalických zemin, a jeho fluorid je částečně kovalentní (ačkoli je iontičtější než jeho ostatní halogenidy). BeF2 má mnoho podobností s SiO2 (křemen), hlavně kovalentně vázanou sítí. BeF2 má tetraedricky koordinovaný kov a tvoří skla (obtížně krystalizující). V krystalické formě má fluorid berylnatý stejnou krystalickou strukturu při pokojové teplotě jako křemen a má také mnoho vysokoteplotních struktur. Na rozdíl od jiných difluoridů kovů alkalických zemin je fluorid beryllitý velmi rozpustný ve vodě. (Přestože jsou vysoce iontové, nerozpouštějí se kvůli zvláště silné energii mřížky fluoritové struktury). BeF2 má však mnohem nižší elektrickou vodivost, když je v roztoku nebo v roztaveném stavu, než by se očekávalo, kdyby byl zcela iontový. Oxid beryllitý, BeO, je bílá, ohnivzdorná pevná látka, která má krystalickou strukturu wurtzitu a tepelnou vodivost vyšší než některé kovy. BeO je amfoterní. Soli berylia lze připravit reakcí Be(OH)2 s kyselinou. Jsou známy sulfid beryllitý, selenid a tellurid, všechny mají sfaleritovou strukturu. Nitrid beryllia, Be3N2, je sloučenina s vysokým bodem tání, která se snadno hydrolyzuje. Jsou známy azid beryllitý, BeN6, a fosfid beryllitý, Be3P2, který má podobnou strukturu jako Be3N2. Zásaditý dusičnan berylnatý a zásaditý octan beryllitý mají podobné tetraedrické struktury se čtyřmi atomy berylia koordinovanými s centrálním oxidovým iontem. Je známa řada boridů berylia, jako například Be5B, Be4B, Be2B, BeB2, BeB6 a BeB12. Karbid berylia, Be2C, je žáruvzdorná cihlově červená sloučenina, která reaguje s vodou za vzniku metanu. Beryllium silicid nebyl identifikován.
Příběh
Minerál beryl, obsahující berylium, se používá přinejmenším od doby vlády dynastie Ptolemaiovců v Egyptě. V prvním století našeho letopočtu. Římský přírodovědec Plinius starší zmínil ve své encyklopedii „Přírodopis“ podobnost berylu a smaragdu („smaragdus“). Papyrus Graecus Holmiensis, napsaný ve třetím nebo čtvrtém století našeho letopočtu, obsahuje poznámky o tom, jak připravit umělý smaragd a beryl. První analýzy smaragdů a berylů od Martina Heinricha Klaprotha, Thorberna Olofa Bergmanna, Franze Carla Acharda a Johanna Jakoba Bindheima vždy přinesly podobné prvky, což vedlo k mylnému závěru, že obě látky byly křemičitany hlinité. Mineralog René Just Haüy zjistil, že oba krystaly jsou geometricky identické, a požádal chemika Louise-Nicolase Vauquelina, aby provedl chemickou analýzu. V článku z roku 1798 přečteném ve francouzském institutu Vauquelin uvedl, že našel novou „země“ rozpuštěním hydroxidu hlinitého ze smaragdu a berylu v další alkálii. Redaktoři časopisu Annales de Chimie et the Physique pojmenovali novou zemi „glucin“ kvůli sladké chuti některých jejích sloučenin. Klaproth preferoval název „beryllin“ kvůli tomu, že yttrium tvořilo i sladké soli. Název „beryllium“ poprvé použil Wöhler v roce 1828. Friedrich Wöhler byl jedním z vědců, kteří nezávisle izolovali beryllium. Friedrich Wöhler a Antoine Bussy nezávisle izolovali beryllium v roce 1828 chemickou reakcí kovu draselného s chloridem beryllnatým takto:
BeCl2 + 2 K -> 2 KCl +
Pomocí lihové lampy Wöhler zahříval střídající se vrstvy berylia a chloridu draselného v platinovém kelímku s drátem. Výše uvedená reakce okamžitě nastala a způsobila zbělení kelímku. Po ochlazení a umytí výsledného šedočerného prášku vědec viděl, že látka se skládá z malých částic s tmavým kovovým leskem. Vysoce reaktivní draslík byl vyroben elektrolýzou jeho sloučenin, což je proces objevený před 21 lety. Chemická metoda využívající draslík produkovala pouze malá zrnka berylia, která nebylo možné odlévat ani zatloukat do kovového ingotu. Přímá elektrolýza roztavené směsi berylfluoridu a fluoridu sodného Paulem Lebeauem v roce 1898 vedla k vytvoření prvních čistých (99,5 - 99,8 %) vzorků berylia. První komerčně úspěšný proces výroby berylia vyvinuli v roce 1932 Alfred Fonda a Hans Goldschmidt. Proces zahrnuje elektrolýzu směsi fluoridů beryllia a barya, která způsobuje, že se roztavené beryllium shromažďuje na vodou chlazené katodě. Vzorek berylia byl bombardován paprsky alfa z rozpadu radia v experimentu Jamese Chadwicka z roku 1932, který odhalil existenci neutronu. Stejná technika se používá v jedné třídě laboratorních neutronových zdrojů založených na radioizotopech, které produkují 30 neutronů na každý milion částic α. Produkce berylia během druhé světové války rychle vzrostla kvůli rostoucí poptávce po tvrdých slitinách berylia a mědi a fosforech pro zářivky. Většina raných zářivek používala ortokřemičitan zinku s různými úrovněmi berylia, který vyzařoval nazelenalé světlo. Malé přídavky wolframanu hořečnatého zlepšily modrou část spektra a vytvořily přijatelné bílé světlo. Halogenfosfátové fosfory byly nahrazeny fosfory na bázi berylia poté, co bylo zjištěno, že beryllium je toxické. Elektrolýza směsi berylfluoridu a fluoridu sodného byla použita k izolaci berylia během 19. století. Vysoká teplota tání kovu činí tento proces energeticky náročnějším než odpovídající procesy používané pro alkalické kovy. Na počátku 20. století byla po úspěchu podobného procesu výroby zirkonia prozkoumána výroba berylia tepelným rozkladem jodidu beryllitého, ale tento proces se ukázal jako neekonomický pro objemovou výrobu. Čistý kov beryllium nebyl snadno dostupný až do roku 1957, ačkoli se používal jako slitinový kov ke zpevnění mědi mnohem dříve. Berylium lze vyrobit redukcí sloučenin berylia, jako je chlorid beryllitý, kovovým draslíkem nebo sodíkem. V současnosti se většina berylia získává redukcí fluoridu berylnatého čištěným hořčíkem. V roce 2001 byla cena vakuově litých ingotů berylia na americkém trhu přibližně 338 USD za libru (745 USD za kilogram). Mezi lety 1998 a 2008 se celosvětová produkce berylia snížila z 343 tun na 200 tun, z čehož 176 tun (88 %) pocházelo ze Spojených států.
Etymologie
Časné předchůdce slova beryllium lze vysledovat v mnoha jazycích, včetně latinského Beryllus; Francouz Béry; řecky βήρυλλος, bērullos, beryl; prakrit verulija (वॆरुलिय); Pāli veḷuriya (वेलुरिय), veḷiru (भेलिरु) nebo viḷar (भिलर्) – „zblednout“, ve vztahu k bledému polodrahokamu. Původním zdrojem je pravděpodobně sanskrtské slovo वैडूर्य (vaiduriya), které je drávidského původu a může souviset se jménem moderního města Belur. Přibližně 160 let bylo beryllium známé také jako glucinium nebo glucinium (s doprovodným chemickým symbolem „Gl“ nebo „G“). Název pochází z řeckého slova pro sladkost: γλυκυς, kvůli sladké chuti solí berylia.
Aplikace
Radiační okna
Kvůli jeho nízkému atomovému číslu a velmi nízké absorpci pro rentgenové záření je nejstarším a stále jedním z nejdůležitějších použití berylia v radiačních oknech pro rentgenové trubice. Na čistotu berylia jsou kladeny extrémní požadavky, aby se předešlo artefaktům na rentgenových snímcích. Tenká beryliová fólie se používá jako radiační okna pro rentgenové detektory a extrémně nízká absorpce minimalizuje tepelné účinky způsobené vysokointenzivním, nízkoenergetickým rentgenovým zářením, které je charakteristické pro synchrotronové záření. Vakuově utěsněná okna a paprskové trubice pro radiační experimenty na synchrotronech jsou vyrobeny výhradně z berylia. Ve vědeckých sestavách pro různé rentgenové studie (např. energeticky disperzní rentgenová spektroskopie) je držák vzorku obvykle vyroben z berylia, protože jeho emitované rentgenové záření má mnohem nižší energie (~100 eV) než rentgenové záření. z většiny studovaných materiálů. Nízké atomové číslo také činí beryllium relativně transparentní pro energetické částice. Používá se proto ke konstrukci trubice paprsku kolem oblasti kolize v zařízeních pro částicovou fyziku, jako jsou všechny čtyři hlavní experimentální detektory na velkém hadronovém urychlovači (ALICE, ATLAS, CMS, LHCb), Tevatron a SLAC. Nízká hustota berylia umožňuje kolizním produktům dosáhnout okolních detektorů bez významné interakce, jeho tuhost mu umožňuje vytvořit uvnitř trubice silné vakuum, aby se minimalizovala interakce s plyny, jeho tepelná stabilita mu umožňuje normálně fungovat při teplotách jen několik stupňů nad absolutní nulou, a jeho diamagnetická povaha neumožňuje interferenci se složitými vícepólovými magnetickými systémy používanými k řízení a zaostřování paprsků částic.
Mechanické aplikace
Kvůli své tuhosti, nízké hmotnosti a rozměrové stabilitě v širokém teplotním rozsahu se berylium používá pro lehké konstrukční součásti v obranném a leteckém průmyslu na vysokorychlostních letadlech, řízených střelách, kosmických lodích a satelitech. Několik raket na kapalné palivo používalo čisté beryliové raketové trysky. Prášek berylia byl studován jako raketové palivo, ale k tomuto použití nikdy nedošlo. Malý počet extrémně kvalitních rámů jízdních kol byl vyroben s použitím berylia. Od roku 1998 do roku 2000 používal tým McLaren Formule 1 motory Mercedes-Benz s písty z beryllium-hliníkové slitiny. Používání beryliových součástí motoru bylo zakázáno po protestu Scuderia Ferrari. Přimícháním asi 2,0 % berylia do mědi vznikla slitina zvaná beryliová měď, která je šestkrát pevnější než samotná měď. Slitiny berylia mají četné aplikace díky kombinaci elasticity, vysoké elektrické a tepelné vodivosti, vysoké pevnosti a tvrdosti, nemagnetických vlastností a dobré odolnosti proti korozi a pevnosti. Tyto aplikace zahrnují nejiskřící nástroje používané v blízkosti hořlavých plynů (berylium nikl), v pružinách a membránách (beryllium nikl a beryllium železo), používané v chirurgických nástrojích a vysokoteplotních zařízeních. Méně než 50 ppm berylia dopovaného tekutým hořčíkem má za následek výrazně zlepšenou odolnost proti oxidaci a sníženou hořlavost. Vysoká elastická tuhost Berylia vedla k jeho širokému použití v přesných přístrojích, jako jsou inerciální naváděcí systémy a podpůrné mechanismy pro optické systémy. Slitiny beryllium-měď byly také používány jako tužidlo v „Jasonových zbraních“, které se používaly k odstraňování barvy z trupů lodí. Beryllium bylo také použito pro konzoly ve vysoce výkonných kazetových kazetách, kde jeho extrémní tvrdost a nízká hustota umožnily snížit hmotnost sledování na 1 gram a přitom stále sledovat vysokofrekvenční kanály s minimálním zkreslením. Brzy hlavní použití beryllium bylo v brzdách vojenských letadel kvůli jeho tvrdosti, vysokému bodu tání a výjimečné schopnosti rozptýlit teplo. Kvůli ochraně životního prostředí bylo berylium nahrazeno jinými materiály. Pro snížení nákladů lze berylium legovat značným množstvím hliníku, což vede ke slitině AlBeMet (obchodní název). Tato směs je levnější než čisté berylium, přičemž si zachovává mnoho prospěšných vlastností berylia.
Zrcadla
Obzvláště zajímavá jsou berylliová zrcadla. Velkoplošná zrcadla, často s voštinovou nosnou konstrukcí, se používají například v meteorologických družicích, kde jsou kritickými faktory nízká hmotnost a dlouhodobá prostorová stabilita. Menší beryliová zrcadla se používají v systémech optického navádění a řízení palby, jako jsou německé tanky Leopard 1 a Leopard 2 Tyto systémy vyžadují velmi rychlý pohyb zrcadla, což také vyžaduje nízkou hmotnost a vysokou tuhost. Zrcadlo z berylia má obvykle tvrdý niklový povlak, který se snadněji vyleští na tenčí optický povlak než berylium. V některých aplikacích je však beryliový obrobek leštěn bez jakéhokoli povlaku. To je zvláště použitelné pro kryogenní provoz, kde nesprávná tepelná roztažnost může způsobit deformaci povlaku. Vesmírný dalekohled Jamese Webba bude mít ve svých zrcadlech 18 šestiúhelníkových segmentů berylia. Vzhledem k tomu, že se tento dalekohled setká s teplotami 33 K, je zrcadlo vyrobeno z pozlaceného berylia, které zvládne extrémní chlad 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 berylia.
Magnetické aplikace
Berylium je nemagnetické. Námořní nebo vojenské posádky proto používají nástroje vyrobené z materiálů na bázi berylia k ničení munice pro práci na námořních minách nebo v jejich blízkosti, protože tyto miny mají obvykle magnetické pojistky. Nacházejí se také v opravárenských a konstrukčních materiálech v blízkosti strojů pro zobrazování magnetickou rezonancí (MRI) kvůli velkým generovaným magnetickým polím. V oblasti radiokomunikací a vysoce výkonných (obvykle vojenských) radarů se beryliové ruční nářadí používá k ladění vysoce magnetických klystronů, magnetronů, trubic s postupnou vlnou atd., které se používají ke generování vysokých úrovní mikrovlnného výkonu ve vysílačích.
Jaderné aplikace
Tenké desky nebo fólie berylia se někdy používají v návrzích jaderných zbraní jako vnější vrstva plutoniových důlků v počátečních fázích vytváření termonukleárních bomb, umístěných kolem štěpného materiálu. Tyto beryliové vrstvy jsou dobrými "tlačnými prostředky" pro implozi plutonia-239 a jsou také dobrými reflektory neutronů, stejně jako v berylliových jaderných reaktorech. Beryllium je také široce používáno v některých neutronových zdrojích v laboratorních zařízeních, která vyžadují relativně málo neutronů (spíše než použití jaderného reaktoru nebo neutronového generátoru s urychlovačem částic). Za tímto účelem je berylium-9 bombardováno energetickými částicemi alfa z radioizotopu, jako je polonium-210, radium-226, plutonium-238 nebo americium-241. Při jaderné reakci, která probíhá, se jádro berylia přemění na uhlík-12 a uvolní se jeden volný neutron, který se pohybuje přibližně stejným směrem jako částice alfa. Tyto rané atomové bomby používaly zdroje neutronů typu beryllium nazývané hedgehog neutronové iniciátory. Neutronové zdroje, ve kterých je berylium bombardováno gama zářením z radioizotopu gama rozpadu, se také používají k vytvoření laboratorních neutronů. Beryllium se také používá k výrobě paliva pro reaktory CANDU. Palivové články mají malé odporové nástavce připájené k palivovému plášti pomocí procesu indukčního pájení s použitím Be jako výplňového pájecího materiálu. Ložiskové podložky jsou připájeny, aby se palivový svazek nedostal do kontaktu s výtlačným potrubím, a mezičlánkové distanční podložky jsou připájeny, aby se zabránilo kontaktu prvků. Beryllium se také používá ve společné evropské laboratoři pro výzkum fúze Torus a bude se používat v pokročilejším ITER ke studiu složek, které se srazí s plazmatem. Berylium bylo také navrženo jako obalový materiál pro jaderné palivové tyče kvůli jeho dobré kombinaci mechanických, chemických a jaderných vlastností. Berylfluorid je jednou ze základních solí směsi eutektických solí FLiBe, která se používá jako rozpouštědlo, moderátor a chladivo v mnoha hypotetických konstrukcích reaktorů s roztavenou solí, včetně reaktoru s kapalným fluoridem thoria (LFTR).
Akustika
Díky nízké hmotnosti a vysoké tuhosti je Beryllium užitečné jako materiál pro vysokofrekvenční reproduktory. Vzhledem k tomu, že beryllium je drahé (mnohokrát dražší než titan), obtížně se tvoří kvůli své křehkosti a je toxické, pokud se používá nesprávně, beryliové výškové reproduktory se používají pouze v domácnostech vyšší třídy, profesionálních audio systémech a aplikacích veřejného ozvučení. U některých vysoce kvalitních produktů bylo podvodně prohlašováno, že jsou vyrobeny z tohoto materiálu. Některé vysoce kvalitní kazety do gramofonu používají beryliové konzoly ke zlepšení sledování snížením hmotnosti.
Elektronika
Berylium je nečistota typu p v polovodičích sloučenin III-V. Je široce používán v materiálech, jako jsou GaAs, AlGaAs, InGaAs a InAlAs pěstované pomocí molekulární epitaxe (MBE). Křížově válcovaný beryliový plech je vynikající konstrukční podpora pro desky plošných spojů v technologii povrchové montáže. V kritických elektronických aplikacích funguje berylium jako konstrukční podpora i jako chladič. Tato aplikace také vyžaduje koeficient tepelné roztažnosti, který dobře odpovídá substrátům z oxidu hlinitého a polyimidu. Kompozice "E-Materiály" oxidu beryllia byly speciálně vyvinuty pro tyto elektronické aplikace a mají další výhodu v tom, že koeficient tepelné roztažnosti lze přizpůsobit různým materiálům substrátu. Oxid beryllitý je užitečný pro mnoho aplikací, které vyžadují kombinované vlastnosti elektrického izolantu a vynikajícího tepelného vodiče s vysokou pevností a tvrdostí a velmi vysokým bodem tání. Oxid beryllitý se často používá jako izolační deska ve vysoce výkonných tranzistorech v radiofrekvenčních vysílačích pro telekomunikace. Oxid beryllitý je také studován pro použití při zvyšování tepelné vodivosti jaderných palivových pelet na bázi uranu. Sloučeniny berylia se používaly ve zářivkách, ale toto použití bylo ukončeno kvůli nemoci beryllium, která se vyvinula u dělníků, kteří tyto trubice vyráběli.
Zdravotní péče
Pracovní bezpečnost a zdraví
Beryllium představuje bezpečnostní problém pro pracovníky manipulující s tímto prvkem. Pracovní expozice beryliu může vést k imunologické senzibilizační reakci a časem může způsobit chronické onemocnění beryllium. Národní institut pro bezpečnost a ochranu zdraví při práci (NIOSH) v USA tyto účinky zkoumá ve spolupráci s významným výrobcem produktů z berylia. Cílem těchto studií je předcházet senzibilizaci lepším porozuměním pracovním procesům a expozicím, které mohou představovat potenciální rizika pro pracovníky, a vyvinout účinné intervence, které sníží riziko nepříznivých zdravotních účinků berylia. Národní institut pro bezpečnost a ochranu zdraví při práci také provádí genetický výzkum otázek senzibilizace, nezávisle na této spolupráci. Příručka analytických metod Národního institutu pro bezpečnost a ochranu zdraví při práci poskytuje metody měření expozice berylliu na pracovišti.
Preventivní opatření
Průměrné lidské tělo obsahuje asi 35 mikrogramů berylia, což je množství, které není považováno za škodlivé. Beryllium je chemicky podobné hořčíku, a proto jej může vytlačit z enzymů a způsobit jejich poruchu. Protože Be2+ je vysoce nabitý a malý iont, může snadno proniknout do mnoha tkání a buněk, kde se specificky zaměřuje na buněčná jádra a inhibuje mnoho enzymů, včetně těch, které se používají pro syntézu DNA. Jeho toxicita je umocněna skutečností, že tělo nemá žádné prostředky ke kontrole hladiny berylia, a jakmile se berylium dostane do těla, nelze jej odstranit. Chronická beryllióza je plicní a systémové granulomatózní onemocnění způsobené vdechováním prachu nebo par kontaminovaných beryliem; buď požitím velkého množství berylia během krátké doby, nebo malých množství po dlouhou dobu. Příznaky tohoto onemocnění mohou trvat až pět let, než se vyvinou; asi třetina pacientů trpících beryliovou chorobou zemře a ti, kteří přežijí, zůstávají invalidní. Mezinárodní agentura pro výzkum rakoviny (IARC) uvádí beryllium a sloučeniny berylia jako karcinogeny kategorie 1. V USA úřad pro bezpečnost a ochranu zdraví při práci (OSHA) přidělil beryliu přípustný limit expozice na pracovišti (PEL) s časově váženým průměrem. (TWA) 0,002 mg/m3 a nepřetržitý limit expozice 0,005 mg/m3 po dobu 30 minut s maximálním maximálním limitem 0,025 mg/m3. Národní institut pro bezpečnost a ochranu zdraví při práci (NIOSH) stanovil doporučenou konstantu expozičního limitu (REL) na 0,0005 mg/m3. Hodnota IDLH (množství bezprostředně nebezpečné pro život a zdraví) je 4 mg/m3. Toxicita jemně rozmělněného berylia (prach nebo prášek, který se primárně vyskytuje v průmyslovém prostředí, kde se beryllium vyrábí nebo zpracovává) je velmi dobře zdokumentována. Pevné kovové beryllium není spojeno se stejnými nebezpečími jako aerosolový prach, ale jakékoli nebezpečí spojené s fyzickým kontaktem je špatně zdokumentováno. Pracovníci manipulující s hotovými produkty berylia obecně doporučují manipulovat s nimi v rukavicích, a to jak z preventivních důvodů, tak i proto, že mnoho, ne-li většina aplikací berylia nemůže tolerovat zbytky kontaktu s pokožkou, jako jsou otisky prstů. Krátkodobé onemocnění beryliem ve formě chemické pneumonitidy bylo poprvé zavedeno v Evropě v roce 1933 a ve Spojených státech v roce 1943. Průzkum zjistil, že asi 5 % pracovníků v továrnách vyrábějících zářivky v roce 1949 ve Spojených státech trpělo nemocemi souvisejícími s beryliem. Chronická beryllióza je v mnoha ohledech podobná sarkoidóze a diferenciální diagnostika je často obtížná. Beryllium bylo zodpovědné za smrt některých raných pracovníků ve vývoji jaderných zbraní, jako byl Herbert L. Anderson. Berylium lze nalézt v uhelné strusce. Když se tato struska použije k výrobě abrazivního reaktoru pro trysky barvy a když se na jejím povrchu vytvoří rez, může se berylium stát zdrojem škodlivých účinků.
Zpočátku, beryllium nazývané glucinium. Přeloženo z řečtiny jako „sladký“. Skutečnosti, že kovové krystaly chutnají jako bonbóny, si poprvé všiml Paul Lebeau.
Francouzskému chemikovi se podařilo syntetizovat agregáty berylia na konci 19. století. Pomohla metoda elektrolýzy. Prvek získal v kovové podobě již v roce 1828 Němec Friedrich Weller. Berylium obsadilo 4. místo a vešlo ve známost jako látka s úžasnými vlastnostmi. Neomezují se pouze na sladkosti.
Chemické a fyzikální vlastnosti berylia
Vzorec berylia se liší pouze 4 elektrony. To není překvapivé, vezmeme-li v úvahu místo prvku v periodické tabulce. Překvapivě jsou všechny na oběžné dráze s. Nezbývají žádné volné pozice pro nové elektrony.
Proto, beryllium - prvek neochotný zapojit se do chemických reakcí. Kov dělá výjimky pro látky, které mohou odebrat nebo nahradit jeho vlastní elektrony. Toho je schopen například halogen.
Berylium – kov. Má však také kovalentní vazby. To znamená, že v atom berylia některé páry elektronových mraků se překrývají a zobecňují, což je typické pro nekovy. Tato dualita ovlivňuje mechanické parametry látky. Materiál je křehký a tvrdý.
Berylium se vyznačuje svou lehkostí. Hustota kovu je pouze 1,848 gramu na centimetr krychlový. Pouze některé alkalické kovy mají spodní limit. Vzhledem k tomu, že se s nimi v hustotě sbíhá, má berylium tu výhodu, že je odolné vůči korozi.
Prvek je před ním zachráněn fólií o tloušťce zlomku milimetru. Tento oxid berylnatý. Na vzduchu se tvoří za 1,5-2 hodiny. V důsledku toho je přístup kyslíku ke kovu zablokován a zachovává si všechny své původní vlastnosti.
Potěší a pevnost berylia. Drát o průměru pouze 1 milimetr je schopen podepřít dospělého muže. Pro srovnání, podobná nit praskne při zatížení 12 kilogramů.
Berylium, vlastnosti o kterých se diskutuje, při zahřátí téměř neztrácí pevnost. Pokud zvýšíte teplotu na 400 stupňů, „síla“ kovu se oslabí pouze na polovinu. Dural se například stává 5krát méně odolným.
Limitní teplota tvrdost berylia– více než 1200 na stupnici Celsia. To je nepředvídatelné, protože v periodické tabulce je 4. prvek mezi a . První taje při 180 a druhý při 650 stupních.
Teoreticky by teplota měknutí berylia měla být asi 400 stupňů Celsia. Ale 4. prvek byl zařazen do seznamu relativně žáruvzdorných, na železo ztrácel například jen 300 stupňů.
Omezit reakce berylia na teplotu varu. Vyskytuje se při 2 450 stupních Celsia. Při varu se kov promění v jedinou šedou hmotu. Ve své obvyklé podobě má prvek výrazný, mírně mastný lesk.
Záře je krásná, ale zdraví nebezpečná. Berylium je jedovaté. Jakmile je kov v těle, nahrazuje kostní hořčík. Beryllium začíná. Jeho akutní forma je vyjádřena plicním edémem a suchým kašlem. Existují úmrtí.
Vliv na živou tkáň je jednou z mála nevýhod berylia. Výhod je více. Slouží lidstvu, zejména v těžkém průmyslu. Je tedy čas prostudovat, jak se používá 4. prvek periodické tabulky.
Aplikace berylia
Hydroxid beryllitý a oxid uranu tvoří jaderné palivo. Čtvrtý kov se používá v jaderných reaktorech a k moderování neutronů. Oxid beryllitý se přidává nejen do paliva, ale také k výrobě kelímků z něj. Jedná se o vysoce tepelně vodivé vysokoteplotní izolátory.
Kromě jaderné technologie sloučeniny berylia, na jeho základě jsou užitečné při stavbě letadel a kosmonautice. Čtvrtý kov se používá k výrobě tepelných štítů a naváděcích systémů. Prvek je také potřebný pro raketové palivo, stejně jako pokovování lodí. Jejich těla jsou vyrobena z beryliového bronzu.
Jejich vlastnosti jsou lepší než legované oceli. Pro maximalizaci pevnosti v tahu stačí přidat jen 1-3% 4. prvku. Časem se to neztratí. Ostatní slitiny se v průběhu let unaví a jejich výkonnostní parametry se snižují.
Čisté beryllium se obtížně zpracovává. Kov, který působí jako přísada, se stává ohebným. Je možné vyrobit pásku tenkou až 0,1 milimetru. Berylliová hmota Odlehčuje slitinu, eliminuje její magnetismus a jiskření při nárazu.
To vše se hodí při výrobě pružin, ložisek, listových pružin, tlumičů a převodů. Odborníci tvrdí, že moderní letadlo obsahuje více než 1000 dílů vyrobených z beryliového bronzu.
V hutnictví se využívá i pára beryllium-hořčík. Poslední kov se ztrácí při tavení. Přídavek 0,005 % 4. prvku snižuje odpařování a oxidaci hořčíku při tavení a.
Analogicky působí stejným způsobem jako sloučeniny na bázi hliníku. Pokud zkombinujete 4. kov s nebo, získáte berylidy. Jedná se o slitiny výjimečné tvrdosti, které vydrží 10 hodin při teplotách 1650 stupňů Celsia.
Chlorid beryllitý pro lékaře nezbytné. Látku používají při diagnostice tuberkulózy a obecně v rentgenovém zařízení. 4. prvek je jedním z mála, který neinteraguje s paprsky rentgenového spektra.
Jádro berylia, jeho atomy jsou téměř beztížné. Díky tomu projde 17krát více měkkých paprsků než například hliník stejné tloušťky. Proto jsou okénka rentgenových trubic vyrobena z berylia.
Těžba berylia
Kov se získává z rud. Drcené beryllium je slinováno s vápnem, fluorokřemičitanem sodným a křídou. Výsledná směs se provádí několika chemickými reakcemi, aby se získal hydroxid 4. prvku. Účastní se procesu kyselina.
Berylliumčištění je náročné na práci. Hydroxid vyžaduje kalcinaci k vytvoření oxidu. Ten se zase přemění na chlorid nebo fluor. Z nich elektrolýzou a těží se kovové beryllium. Používají také metodu redukce hořčíku.
Získání berylia zahrnuje desítky destilací a čištění. Potřebujete se hlavně zbavit oxidu kovu. Látka činí berylium nadměrně křehkým a nevhodným pro průmyslové použití.
Proces extrakce 4. prvku je komplikovaný jeho vzácností. Na tunu zemské kůry připadají méně než 4 gramy berylia. Globální zásoby se odhadují na pouhých 80 000 tun. Každý rok se jich z hlubin vytěží asi 300. Objem výroby se postupně zvyšuje.
Většina prvku se nachází v alkalických horninách bohatých na oxid křemičitý. Na východě skoro žádné nejsou. Toto je jediná oblast, kde se netěží beryllium. Většina kovu je ve Spojených státech, zejména ve státě Utah. Střední Afrika, Brazílie a Rusko jsou také bohaté na 4. prvek. Tvoří 50 % světového zásoby berylia.
Cena berylia
Na cena berylia nejen svou vzácností, ale i náročností výroby. Výsledkem je, že náklady na kilogram dosahují několika stovek amerických dolarů.
Na burzách neželezných kovů se obchoduje v librách. Anglická jednotka hmotnosti je přibližně 450 gramů. Za tento objem požadují téměř 230 konvenčních jednotek. Podle toho je kilogram oceněn na téměř 500 dolarů.
Do roku 2017 světový trh s beryliem podle odborníků dosáhne 500 tun. To naznačuje poptávku po kovu. To znamená, že jeho hodnota bude pravděpodobně dále stoupat. Ne nadarmo je berylium základem drahých kamenů.
Cena surovin se blíží nárokům klenotníků na broušené krystaly. Mimochodem, mohou být materiálem pro těžba berylia. Ale přirozeně nikdo nedovolí, aby se smaragdy roztavily, zatímco v přírodě existují ložiska rud obsahujících 4. prvek. Zpravidla doprovází hliník. Takže pokud bylo možné najít rudy posledně jmenovaných, bude v nich jistě možné najít berylium.
Berylium je stříbřitě šedý kov s lesklými krystalickými projevy při rozbití a je čtvrtým chemickým prvkem v periodické tabulce. Hmotnost atomu berylia je 9,0122 ve standardních atomových hmotnostních jednotkách, což se rovná 1/12 hmotnosti izotopu uhlíku. Berylium je kov vzácných zemin, který má procentuální poměr 2,6 · 10-4 % k hmotnosti země.
Objev berylia
Stejně jako mnoho chemických prvků bylo i berylium objeveno v souvislosti se studiem vlastností ušlechtilých kovů a drahých kamenů. V roce 1798 pracoval slavný Francouz Louis Nicolas Vauquelin s berylem - polodrahokamem, nejbližším „příbuzným“ smaragdu. Při pokusech byla aktivně využívána tzv. berylová zemina, která obsahovala oxid berylnatý BeO. Tentokrát však berylium jako autonomní chemický prvek nebyl identifikován a pojmenován. Stalo se tak později, v roce 1828, kdy se německému vědci Friedrichu Wöllerovi podařilo získat kovové beryllium. A evoluci poznání tohoto dosti vzácného prvku završil francouzský chemik Lebeau, kterému se pomocí elektrolýzy podařilo získat krystaly čistého berylia.
Krystaly berylia mají nasládlou chuť, a proto byl prvek původně nazýván „glucinium“ z řečtiny pro „sladký“. S objevem berylia se postupem času zformoval nový průmysl – syntéza polodrahokamů a drahokamů. Dnes se beryl používá k syntéze umělých smaragdů, akvamarínů a heliodorů, které se aktivně používají v klenotnictví. Polodrahokam beryl, který sloužil jako výchozí bod pro objev berylia, byl pojmenován po jihoindickém městě Vellur, které se nacházelo poblíž slavných smaragdových dolů v Indii. Beryllium se také nachází v lidském těle v množství nepřesahujícím 0,036 mg. Plynné berylium a berylliový prach jsou však vysoce toxické látky, které způsobují vážné patologie dýchacího a oběhového systému.
Základní fyzikální a chemické vlastnosti
Díky nejvyššímu vnitřnímu tepelnému výkonu má tento kov jedinečné vlastnosti, které určují jeho poptávku v předních průmyslových odvětvích a vědě. Zmíněná vzácnost berylia v přírodě způsobuje, že tento prvek je ve světě moderních kovových slitin poněkud nedostatečný.
Relativně nízký bod tání 1284°C umožňuje tvorbu beryllových ingotů za podmínek vakua, ale nejběžnější praxí je výroba berylia v práškovém stavu. Lité beryllium se vyznačuje vysoce křehkou strukturou, proto je o tento kov největší zájem ve své deformované podobě. Tepelné zpracování pod tlakem umožňuje řádově zvýšit strukturální pevnost berylia, které se v konečném stavu díky své vysoké tažnosti v mnoha charakteristikách podobá hořčíku a hliníku. Zejména berylium na volném vzduchu také vytváří oxidový film, který zabraňuje korozi. Tento kov se snadno rozpouští v mnoha kyselinách a dokonce zásadách, s výjimkou koncentrované kyseliny dusičné.
Berylium se získává izolací ze slitin hliníku pomocí různých technologií čištění a také z minerálů berylu, které jsou vystaveny působení koncentrované kyseliny sírové. Kovové berylium se vyrábí zpracováním oxidů a síranů berylia (Be(OH)2 nebo BeSO4). Technologické procesy pro výrobu berylia jsou poměrně složité a vyžadují značnou spotřebu energie, takže tento kov je drahý materiál.
Oblast použití
Jedinečná přirozená vlastnost berylia – neinteragovat s rentgenovým zářením – předurčila aktivní využití tohoto kovu při výrobě rentgenových přístrojů a zařízení.
Kromě toho se dnes slitiny berylia používají k výrobě neutronových reflektorů a moderátorů v jaderných reaktorech. Oxid beryllitý má extrémně vysokou tepelnou vodivost a požární odolnost, čehož se využívá i při výrobě zařízení pro jadernou energetiku.
Letectví a letectví jsou dvě další průmyslová odvětví, která těží z pevnosti, odolnosti proti korozi a ohnivzdornosti slitin berylia. V metalurgii se beryllium používá jako legující prvek, který zvyšuje antikorozní a strukturální pevnost oceli.
DEFINICE
Beryllium- čtvrtý prvek periodické tabulky. Označení - Být z latinského "beryllium". Nachází se ve druhém období, skupina IIA. Vztahuje se na kovy. Jaderný náboj je 4.
Berylium je v zemské kůře vzácné. Je součástí některých minerálů, z nichž nejčastější je beryl Be 3 Al 2 (SiO 3) 6.
Berylium je ocelově šedý kov (obr. 1) s hustou šestihrannou krystalovou mřížkou, dosti tvrdý a křehký. Na vzduchu se pokryje oxidovým filmem, který mu dodává matný odstín a způsobuje sníženou chemickou aktivitu.
Rýže. 1. Berylium. Vzhled.
Atomová a molekulární hmotnost berylia
Relativní atomová hmotnost A r je molární hmotnost atomu látky dělená 1/12 molární hmotnosti atomu uhlíku-12 (12 C).
Relativní molekulová hmotnost M r je molární hmotnost molekuly dělená 1/12 molární hmotnosti atomu uhlíku-12 (12 C). Jedná se o bezrozměrnou veličinu.
Protože berylium ve volném stavu existuje ve formě monoatomických molekul Be, hodnoty jeho atomových a molekulárních hmotností se shodují. Jsou rovny 9,0121.
Izotopy berylia
V přírodě berylium existuje jako jediný izotop 9Be. Hmotnostní číslo je 9. Jádro atomu obsahuje čtyři protony a pět neutronů.
Existuje jedenáct umělých izotopů berylia s hmotnostními čísly od 5 do 16, z nichž nejstabilnější jsou 10 Be s poločasem rozpadu 1,4 milionu let a 7 Be s poločasem rozpadu 53 dní.
Ionty berylia
Na vnější energetické úrovni atomu berylia jsou dva elektrony, které jsou valenční:
V důsledku chemické interakce ztrácí berylium své valenční elektrony, tzn. je jejich dárcem a mění se v kladně nabitý iont (Be 2+):
Be 0 -2e → Be 2+ ;
Ve sloučeninách berylium vykazuje oxidační stav +2.
Molekula a atom berylia
Ve volném stavu existuje berylium ve formě monatomických molekul Be. Zde jsou některé vlastnosti charakterizující atom a molekulu lithia:
Slitiny berylia
Hlavní oblastí použití berylia jsou slitiny, do kterých je tento kov zaváděn jako legovací přísada. Kromě beryliových bronzů (měď kombinovaná s 2,5 % berylia) se používají slitiny niklu s 2-4 % berylia, které jsou z hlediska odolnosti proti korozi, pevnosti a pružnosti srovnatelné s vysoce kvalitními nerezovými oceli a v některých ohledech předčí jim. Vyrábějí se z nich pružiny a chirurgické nástroje.
Malé přídavky berylia do slitin hořčíku zvyšují jejich odolnost proti korozi. Takové slitiny, stejně jako slitiny hliníku a berylia, se používají při konstrukci letadel.
Příklady řešení problémů
PŘÍKLAD 1
| Cvičení | Napište vzorce kyslíkových sloučenin (oxidů) následujících prvků: a) beryllium (II); b) křemík (IV); c) draslík (I); d) arsen (V). |
| Odpovědět | Je známo, že valence kyslíku ve sloučeninách je vždy rovna II. Chcete-li sestavit vzorec látky (oxidu), musíte provést následující posloupnost akcí. Nejprve si zapíšeme chemické znaky prvků, které tvoří komplexní látku, a nad znaménko každého prvku vložíme valenci římskou číslicí: Najděte nejmenší násobek počtu valenčních jednotek: a) (II×II) = 4;b) (IV×II) = 8; c) (IxII) = 2; d) (VxII) = 10. Vydělme nejmenší společný násobek počtem valenčních jednotek každého prvku zvlášť (výslednými kvocienty budou indexy ve vzorci): a) 4/2 = 2 a 4/2 = 2, tedy vzorec oxidu BeO; b) 8/4 = 2 a 8/2 = 4, tedy vzorec oxidu Si02; c) 2/1 = 2 a 2/2 = 1, proto vzorec oxidu je K20; d) 10/5 = 2 a 10/2 = 5, proto vzorec oxidu je As 2 O 5. |
Beryllium patří do skupiny kovů. A přestože je to v přírodě poměrně vzácný jev, často se používá v průmyslu. Kdo ví, možná bez ní by se dlouholetý sen lidstva o létání do vesmíru nesplnil, protože tento stříbrošedý kov je prakticky nenahraditelný při konstrukci raket a v leteckém průmyslu.
Při hledání jména – od Veluru po Beryl Land
Je snadné uhodnout, že berylium dostalo svůj název podle minerálu berylu. Co je však známo o původu kořenového slova - „beryl“? Předpokládá se, že název minerálu je spojen s obchodním městem Velur v jižní Indii, v jehož blízkosti bylo nalezeno ložisko smaragdů, odrůdy berylu. Beryl znamená „křišťál“, „perla“ nebo „bělit, zblednout“.
V roce 1798 objevil slavný francouzský chemik Louis Nicolas Vauquelin oxid dříve neznámého kovu berylia v minerálu berylu. Jeho práce byla publikována ve vědeckém časopise. Vydavatel publikace se rozhodl dát prvku název „glycin“ (ze starořeckého „glucinium“ znamená sladký), protože po rozpuštění ve vodě získaly jeho sloučeniny nasládlou chuť. Německému chemikovi Martinu Klaprothovi a švédskému mineralogovi Andersi Ekebergovi se však tento název pro chemický prvek nelíbil a s odvoláním na skutečnost, že soli yttria mají také sladkou chuť, dali prvku svůj název - „berryl earth“.
Přibližně do poloviny 19. století se však beryllium stále nazývalo „wisterium“ nebo „glucinium“. Stojí za zmínku, že při identifikaci tohoto prvku byla také zanechána ruská stopa. Ruský důlní inženýr I.V. Avdeev v průběhu svého výzkumu odhalil přesné složení sloučenin berylia. Údaje tohoto vědce byly užitečné pro Dmitrije Mendělejeva při sestavování slavné periodické tabulky, ve které Mendělejev připisoval beryllium do 2. skupiny prvků.
Dalším důležitým faktem je, že Vauquelin izoloval kov nikoli v čisté formě, ale pouze ve formě oxidu BeO a čisté beryllium bylo získáno až v roce 1828.
Jak nebezpečné je berylium pro lidské tělo?
Beryllium, na rozdíl od svého minerálu beryllonit, nezajímá kouzelníky, litoterapeuty a astrology. Je to všechno o jedovatých vlastnostech prvku, kvůli kterým je pro člověka prostě nebezpečné pracovat s ním bez použití speciálních zařízení.
Je známo, že berylium vstupuje do lidského těla s potravou a vodou v malém množství, je přítomno především v rajčatech a salátu.
Beryllium se do lidského těla dostává především vdechováním, dýchacím ústrojím ve formě kouře a páry. Lidé, jejichž práce zahrnuje časté vdechování prachu obsahujícího beryllium, jsou proto vystaveni riziku onemocnění z povolání, jako je beryllióza (plicní sarkoidóza). Smutné statistiky říkají, že ze 100 otrav beryliem bylo 10 případů smrtelných pro člověka. První smrtelný případ byl zaznamenán v roce 1930, kdy bylo ve vzduchu pouze 25 mg berylia na 1 metr krychlový.
Pokud dojde k nadměrnému nasycení beryllia v potravinách, může dojít k procesu, který má za následek vznik nevyléčitelné beryliové křivice. Postihuje zvířata, jejichž stanoviště spadá do provincií bohatých na berylium.
Americká agentura pro ochranu životního prostředí uvedla, že primární vstup prvku do lidských stanovišť a činností probíhá spalováním uhlí. Nejčastěji znečišťuje půdu a jeho vstup do vody je malý.
Ve studiích provedených Mezinárodní agenturou pro výzkum rakoviny a souvisejících s účinky berylia na lidské zdraví je tento chemický prvek klasifikován jako potenciálně karcinogenní látka.
Kde se beryllium používá?
Největší zásoby berylia se nacházejí ve Spojených státech, hlavně v Utahu, navíc jsou ložiska berylia v Brazílii a Rusku. Beryllium slouží pro potřeby obranného průmyslu. Tento kov se například používá při výrobě reaktorů pro jaderné ponorky, lodě - v elektronických, optických a satelitních zařízeních.
Berylium se používá v jaderném průmyslu. Použití tohoto kovu je rozšířené v ropném a plynárenském průmyslu a také při výrobě počítačů. Beryllium lze použít pro výrobu lékařského vybavení, zejména pro rentgenové přístroje.
Vrchol častého používání berylia v letecké výrobě připadl ve 40. letech, válečných letech, neboť během 2. světové války rostla potřeba rychlé a kvalitní výroby bojových vzducholodí.
kromě beryllium nepostradatelné při výrobě brzd pro letecká zařízení a tepelné štíty.
Materiály vytvořené na bázi berylia jsou cenné pro mnoho vlastností: jsou lehké, trvanlivé a odolné vůči vysokým teplotám.
