Berýlium je chemický prvok so symbolom Be a atómovým číslom 4. Ide o pomerne vzácny prvok vo vesmíre, ktorý sa zvyčajne vyskytuje ako produkt štiepenia veľkých atómových jadier, ktoré sa zrážajú s kozmickým žiarením. V jadrách hviezd sa berýlium vyčerpáva, pretože sa spája a vytvára väčšie prvky. Ide o dvojmocný prvok, ktorý sa prirodzene vyskytuje len v kombinácii s inými prvkami v mineráloch. Medzi významné drahé kamene obsahujúce berýlium patrí beryl (akvamarín, smaragd) a chryzoberyl. Ako voľný prvok je berýlium silný, ľahký a krehký oceľovo sfarbený kov alkalických zemín. Berýlium zlepšuje mnohé fyzikálne vlastnosti iných látok, keď sa pridáva ako legovací prvok do hliníka, medi (najmä zliatiny berýlia a medi), železa a niklu. Berýlium nevytvára oxidy, kým nedosiahne veľmi vysoké teploty. Nástroje zo zliatiny medi berýlium sú pevné a tvrdé a nevytvárajú iskry, keď narážajú na oceľový povrch. V konštrukčných aplikáciách kombinácia vysokej tuhosti v ohybe, tepelnej stability, tepelnej vodivosti a nízkej hustoty (1,85-násobok hustoty vody) robí z berýlia žiadaný letecký materiál pre letecké komponenty, rakety, kozmické lode a satelity. Kvôli svojej nízkej hustote a atómovej hmotnosti je berýlium relatívne transparentné pre röntgenové žiarenie a iné formy ionizujúceho žiarenia; je preto najbežnejším zasklievacím materiálom pre röntgenové zariadenia a komponenty detektorov častíc. Vysoká tepelná vodivosť oxidu berýlia a berýlia viedla k ich použitiu v zariadeniach na reguláciu teploty. Komerčné využitie berýlia si vyžaduje, aby boli vždy zavedené vhodné zariadenia na kontrolu prachu a priemyselné kontroly kvôli toxicite inhalačného prachu obsahujúceho berýlium, ktorý môže u niektorých ľudí spôsobiť chronické život ohrozujúce alergické ochorenie nazývané berýlium.
Charakteristika
Fyzikálne vlastnosti
Berýlium je oceľovo sfarbený tvrdý kov, ktorý je pri izbovej teplote krehký a má hustú šesťhrannú kryštálovú štruktúru. Má výnimočnú tvrdosť (Youngov modul 287 GPa) a pomerne vysoký bod topenia. Modul pružnosti berýlia je približne o 50 % väčší ako modul pružnosti ocele. Kombinácia tohto modulu a relatívne nízkej hustoty má za následok nezvyčajne vysokú rýchlosť zvuku v berýliu - asi 12,9 km/s pri izbových podmienkach. Ďalšími významnými vlastnosťami berýlia sú jeho vysoká merná tepelná kapacita (1925 J kg-1 K-1) a tepelná vodivosť (216 W m-1 K-1), vďaka ktorým je berýlium kovom s najlepšími vlastnosťami prenosu tepla na jednotku hmotnosti. V kombinácii s relatívne nízkym koeficientom lineárnej tepelnej rozťažnosti (11,4 x 10-6 K-1) majú tieto vlastnosti za následok, že berýlium je jedinečne stabilné v podmienkach tepelného namáhania.
Jadrové vlastnosti
Prirodzene sa vyskytujúce berýlium, s výnimkou menšej kontaminácie kozmogénnymi rádioizotopmi, je izotopovo čisté berýlium-9, ktoré má jadrový spin 3/2. Berýlium má veľký rozptylový prierez pre neutróny s vysokou energiou, asi 6 barn pre energie nad asi 10 keV. Pôsobí teda ako neutrónový reflektor a moderátor neutrónov, účinne moderuje neutróny na rozsah tepelnej energie pod 0,03 eV, kde je celkový prierez minimálne o rádovo nižší - presná hodnota vysoko závisí od čistoty a veľkosti kryštalitov. v materiáli. Jediný prvotný izotop berýlia, 9Be, tiež prechádza (n, 2n) neutrónovou reakciou s energiami neutrónov väčšími ako 1,9 MeV, pričom vzniká 8Be, ktoré sa takmer okamžite rozpadne na dve častice alfa. Pre neutróny s vysokou energiou je teda berýlium multiplikátorom neutrónov, ktorý uvoľňuje viac neutrónov, ako absorbuje. Táto jadrová reakcia:
94Be + N → 2 (42He) + 2n
Neutróny sa uvoľňujú, keď sú jadrá berýlia zasiahnuté energetickými časticami alfa, čím vzniká jadrová reakcia
94Be + 42He → 126C + N
kde 42He je častica alfa a 126C je jadro uhlíka-12. Berýlium tiež uvoľňuje neutróny pri bombardovaní gama lúčmi. Prírodné berýlium, bombardované alfa alebo gama z vhodného rádioizotopu, je teda kľúčovou zložkou väčšiny neutrónových zdrojov jadrovej reakcie s rádioaktívnym izotopom na laboratórnu produkciu voľných neutrónov. Malé množstvo trícia sa uvoľní, keď jadrá 94Be absorbujú neutróny s nízkou energiou v trojstupňovej jadrovej reakcii
94Be + N → 42He + 62He, 62He → 63Li + B-, 63Li + N → 42He + 31H
Všimnite si, že 62He má polčas rozpadu iba 0,8 sekundy, β- je elektrón a 63Li má vysoký prierez absorpcie neutrónov. Trícium je rádioizotop v odpade z jadrových reaktorov. Ako kov je berýlium transparentné pre väčšinu vlnových dĺžok röntgenového a gama žiarenia, čo ho robí užitočným pre výstupné okná röntgenových trubíc a iných podobných zariadení.
Izotopy a nukleosyntéza
Vo hviezdach sa vytvárajú stabilné aj nestabilné izotopy berýlia, ale rádioizotopy sú krátkodobé. Predpokladá sa, že väčšina stabilného berýlia vo vesmíre bola pôvodne vytvorená v medzihviezdnom médiu, keď kozmické žiarenie vyvolalo štiepenie ťažších prvkov nachádzajúcich sa v medzihviezdnom plyne a prachu. Primordiálne berýlium obsahuje iba jeden stabilný izotop, 9Be, a preto je berýlium monoizotopický prvok. Rádioaktívny kozmogénny 10Be vzniká v zemskej atmosfére štiepením kyslíka kozmickým žiarením. 10Be sa hromadí na povrchu pôdy, kde jeho relatívne dlhý polčas rozpadu (1,36 milióna rokov) umožňuje tomuto prvku zotrvať v tomto stave dlhú dobu pred rozpadom na bór-10. 10Be a jeho potomkovia sa teda používajú na štúdium prirodzenej erózie pôdy, pedogenézy a vývoja lateritických pôd a na meranie zmien slnečnej aktivity a veku ľadových jadier. Produkcia 10Be je nepriamo úmerná slnečnej aktivite, pretože zvýšený slnečný vietor počas období vysokej slnečnej aktivity znižuje tok galaktického kozmického žiarenia dosahujúceho Zem. Jadrové výbuchy tiež produkujú 10Be reakciou rýchlych neutrónov s 13C v oxide uhličitom vo vzduchu. Toto je jeden z ukazovateľov minulej aktivity na miestach s jadrovými zbraňami. Izotop 7Be (polčas rozpadu 53 dní) je tiež kozmogénny a vykazuje atmosferickú hojnosť spojenú so slnečnými škvrnami, podobne ako 10Be. 8Be má veľmi krátky polčas rozpadu, asi 7×10-17 s, čo prispieva k jeho významnej kozmologickej úlohe, pretože prvky ťažšie ako berýlium nebolo možné vyrobiť jadrovou fúziou pri Veľkom tresku. Je to spôsobené nedostatkom času počas fázy nukleosyntézy veľkého tresku na produkciu uhlíka z fúzie jadier 4He a veľmi nízkymi dostupnými koncentráciami berýlia-8. Britský astronóm Sir Fred Hoyle prvýkrát ukázal, že energetické hladiny 8Be a 12C umožňujú produkciu uhlíka prostredníctvom takzvaného procesu trojitého alfa v héliových hviezdach, kde je k dispozícii dlhší čas nukleosyntézy. Tento proces umožňuje produkciu uhlíka vo hviezdach, ale nie vo Veľkom tresku. Uhlík vytvorený hviezdami (základ života založeného na uhlíku) je teda súčasťou prvkov plynu a prachu vyvrhnutých asymptotickými obrovskými vetvami hviezd a supernov (pozri tiež nukleosyntézu veľkého tresku), ako aj stvorením všetkých ostatných prvkov. s atómovými číslami väčšími ako uhlík. Elektróny 2s berýlia môžu uľahčiť chemickú väzbu. Preto, keď sa 7Be rozpadne zachytením L elektrónov, stane sa to tak, že sa z ich atómových orbitálov odoberú elektróny, ktoré sa môžu podieľať na väzbe. To spôsobuje, že rýchlosť jeho rozpadu závisí do merateľnej miery od jeho chemického prostredia - zriedkavý jav pri rozpade jadra. Najkratší izotop berýlia je 13Be, ktorý sa rozpadá v dôsledku neutrónového žiarenia. Má polčas rozpadu 2,7 x 10-21 s. 6Be je tiež veľmi krátkodobý s polčasom rozpadu 5,0 × 10-21 s. Je známe, že exotické izotopy 11Be a 14Be majú jadrové halo. Tento jav možno pochopiť, pretože jadrá 11Be a 14Be majú 1 a 4 neutróny, ktoré rotujú takmer mimo klasického Fermiho modelu.
Prevalencia
Slnko má koncentráciu berýlia 0,1 časti na miliardu (ppb). Berýlium má v zemskej kôre koncentrácie 2 až 6 častíc na milión (ppm). Najviac sa koncentruje v pôdach, 6 ppm. Stopové množstvá 9Be sa nachádzajú v zemskej atmosfére. Koncentrácia berýlia v morskej vode je 0,2-0,6 dielov na bilión. V tečúcej vode je však berýlium rozšírenejšie a má koncentráciu 0,1 ppm. Berýlium sa vyskytuje vo viac ako 100 mineráloch, no väčšina z nich je vzácna. Medzi bežnejšie minerály obsahujúce berýlium patria: bertrandit (Be4Si2O7(OH)2), beryl (Al2Be3Si6O18), chryzoberyl (Al2BeO4) a fenacit (Be2SiO4). Vzácne formy berylu sú akvamarín, červený beryl a smaragd. Zelená farba vo vysoko kvalitných formách berylu je spojená s rôznym množstvom chrómu (asi 2% pre smaragd). Dve hlavné berýliové rudy, beryl a bertranit, sa nachádzajú v Argentíne, Brazílii, Indii, na Madagaskare, v Rusku a Spojených štátoch. Celkové svetové zásoby berýliovej rudy dosahujú viac ako 400 000 ton Berýlium je súčasťou tabakového dymu.
Výroba
Extrakcia berýlia z jeho zlúčenín je náročný proces kvôli jeho vysokej afinite ku kyslíku pri zvýšených teplotách a jeho schopnosti znižovať množstvo vody pri odstraňovaní oxidového filmu. Spojené štáty, Čína a Kazachstan sú jediné tri krajiny zapojené do komerčnej ťažby berýlia. Berýlium sa najčastejšie získava z minerálu berylu, ktorý sa buď speká pomocou extrakčného činidla, alebo sa roztaví na rozpustnú zmes. Proces spekania zahŕňa zmiešanie berylu s fluorokremičitanom sodným a sódou pri 770 °C (1 420 °F) za vzniku fluoroberylátu sodného, oxidu hlinitého a oxidu kremičitého. Hydroxid berýlinatý sa vyzráža z roztoku fluoroberylátu sodného a hydroxidu sodného vo vode. Extrakcia berýlia tavnou metódou zahŕňa rozomletie berylu na prášok a jeho zahriatie na 1 650 °C (3 000 °F). Roztok sa rýchlo ochladí vodou a potom sa znova zahreje na 250–300 °C (482–557 °F) v koncentrovanej kyseline sírovej, čím sa v podstate získa síran berýlium a síran hlinitý. Na odstránenie hliníka a síry sa potom použije vodný amoniak, pričom zostane hydroxid berýlium. Hydroxid berýlia, vytvorený buď metódou spekania alebo taveniny, sa potom premieňa na fluorid berýlinatý alebo chlorid berýliitý. Na vytvorenie fluoridu sa vodný roztok fluoridu amónneho pridá k hydroxidu berýlinatému, aby sa vytvorila zrazenina tetrafluórberylátu amónneho, ktorý sa zahreje na 1000 °C (1830 °F) za vzniku fluoridu berýlia. Zahriatím fluoridu na 900 °C (1650 °F) s horčíkom vzniká jemne rozptýlené berýlium a ďalším zahriatím na 1300 °C (2370 °F) vznikne kompaktný kov. Zahrievaním hydroxidu berýlnatého vzniká oxid, ktorý sa po spojení s uhlíkom a chlórom zmení na chlorid berýliový. Na výrobu kovu sa potom použije elektrolýza roztaveného chloridu berýlinatého.
Chemické vlastnosti
Chemické správanie berýlia je z veľkej časti výsledkom jeho malých atómových a iónových polomerov. V kombinácii s inými atómami má teda veľmi vysoký ionizačný potenciál a silnú polarizáciu, preto sú všetky jeho zlúčeniny kovalentné. Je chemicky podobný hliníku ako jeho blízki susedia v periodickej tabuľke, pretože má rovnaký pomer náboja k polomeru. Okolo berýlia sa vytvorí oxidová vrstva, ktorá bráni ďalším reakciám so vzduchom, pokiaľ sa látka nezahreje nad 1000 °C. Po zapálení berýlium horí brilantným ohňom a vytvára zmes oxidu berýlia a nitridu berýlia. Berýlium sa ľahko rozpúšťa v neoxidačných kyselinách, ako je HCl a zriedená H2SO4, ale nie v kyseline dusičnej alebo vo vode, pretože pri tomto procese vzniká oxid. Je to podobné ako správanie hliníka. Berýlium je rozpustné aj v alkalických roztokoch. Atóm berýlia má elektrónovú konfiguráciu 2s2. Dva valenčné elektróny dávajú berýliu oxidačný stav a+2 a teda schopnosť vytvárať dve kovalentné väzby; jediným dôkazom nižšej valencie berýlia je rozpustnosť kovu v BeCl2. Kvôli oktetovému pravidlu majú atómy tendenciu nájsť valenciu 8, aby sa podobali vzácnemu plynu. Berýlium sa snaží dosiahnuť koordinačné číslo 4, pretože jeho dve kovalentné väzby vypĺňajú polovicu tohto oktetu. Tetrakoordinácia umožňuje zlúčeninám berýlia, ako je fluorid alebo chlorid, vytvárať polyméry. Táto charakteristika sa využíva v analytických metódach využívajúcich EDTA (kyselinu etyléndiamíntetraoctovú) ako ligand. EDTA tvorí prednostne oktaedrické komplexy, čím absorbuje iné katióny, ako je Al3+, čo môže interferovať napríklad s extrakciou komplexu vytvoreného medzi Be2+ a acetylacetónom rozpúšťadlom. Berýlium (II) ľahko tvorí komplexy so silnými donorovými ligandami, ako sú fosfínoxidy a oxidy arzínu. Na týchto komplexoch sa uskutočnili rozsiahle štúdie, ktoré ukazujú stabilitu väzby O-Be. Roztoky solí berýlia, ako je síran berýlinatý a dusičnan berýlinatý, sú kyslé v dôsledku hydrolýzy 2+ 2+ + H2O ⇌ + + H3O + Medzi ďalšie produkty hydrolýzy patrí trimérny 3+ ión. Hydroxid berýlia, Be(OH)2, je nerozpustný aj v kyslých roztokoch s pH nižším ako 6, teda pri biologickom pH. Je amfotérny a rozpúšťa sa v silne alkalických roztokoch. Berýlium tvorí binárne zlúčeniny s mnohými nekovmi. Bezvodé halogenidy sú známe pre F, Cl, Br a I. BeF2 má štruktúru podobnú oxidu kremičitému so štyrmi štvorstenmi zdieľajúcimi rohy. BeCl2 a BeBr2 majú reťazové štruktúry s okrajovými tetraédrami. Všetky halogenidy berýlia majú v plynnej fáze lineárnu monomérnu molekulovú štruktúru. Difluorid berýlia, BeF2, sa líši od ostatných difluoridov. Vo všeobecnosti má berýlium tendenciu viazať sa kovalentne, oveľa viac ako iné kovy alkalických zemín, a jeho fluorid je čiastočne kovalentný (hoci je viac iónový ako jeho ostatné halogenidy). BeF2 má veľa podobností so SiO2 (kremeň), hlavne kovalentne viazaná sieť. BeF2 má tetraedricky koordinovaný kov a tvorí sklá (ťažko kryštalizujúce). V kryštalickej forme má fluorid berylnatý rovnakú kryštálovú štruktúru pri izbovej teplote ako kremeň a má tiež mnoho vysokoteplotných štruktúr. Na rozdiel od iných difluoridov kovov alkalických zemín je fluorid berýlia veľmi rozpustný vo vode. (Hoci sú vysoko iónové, nerozpúšťajú sa kvôli obzvlášť silnej energii mriežky fluoritovej štruktúry). Avšak BeF2 má oveľa nižšiu elektrickú vodivosť, keď je v roztoku alebo roztavenom, než by sa dalo očakávať, keby bol úplne iónový. Oxid berýlia, BeO, je biela, ohňovzdorná pevná látka, ktorá má kryštálovú štruktúru wurtzitu a tepelnú vodivosť vyššiu ako niektoré kovy. BeO je amfotérny. Soli berýlia možno pripraviť pôsobením kyseliny na Be(OH)2. Sú známe sulfid berýlia, selenid a telurid, pričom všetky majú sfaleritovú štruktúru. Nitrid berýlia, Be3N2, je zlúčenina s vysokou teplotou topenia, ktorá sa ľahko hydrolyzuje. Známy sú azid berýlia, BeN6 a fosfid berýlia, Be3P2, ktorý má podobnú štruktúru ako Be3N2. Bázický dusičnan berýlia a zásaditý acetát berýlia majú podobné tetraedrické štruktúry so štyrmi atómami berýlia koordinovanými s centrálnym oxidovým iónom. Je známych množstvo boridov berýlia, ako napríklad Be5B, Be4B, Be2B, BeB2, BeB6 a BeB12. Karbid berýlia, Be2C, je ohňovzdorná tehlovočervená zlúčenina, ktorá reaguje s vodou za vzniku metánu. Beryllium silicid nebol identifikovaný.
Príbeh
Minerál beryl, obsahujúci berýlium, sa používa prinajmenšom od vlády dynastie Ptolemaiovcov v Egypte. V prvom storočí nášho letopočtu. Rímsky prírodovedec Plínius Starší vo svojej encyklopédii „Natural History“ spomenul podobnosť berylu a smaragdu („smaragdus“). Papyrus Graecus Holmiensis, napísaný v treťom alebo štvrtom storočí nášho letopočtu, obsahuje poznámky o tom, ako pripraviť umelý smaragd a beryl. Skoré analýzy smaragdov a berylov od Martina Heinricha Klaprotha, Thorberna Olofa Bergmanna, Franza Carla Acharda a Johanna Jakoba Bindheima vždy priniesli podobné prvky, čo viedlo k chybnému záveru, že obe látky boli kremičitany hlinité. Mineralóg René Just Haüy zistil, že oba kryštály sú geometricky identické, a požiadal chemika Louisa-Nicolasa Vauquelina, aby vykonal chemickú analýzu. V publikácii z roku 1798 vo francúzskom inštitúte Vauquelin uviedol, že našiel novú „zem“ rozpustením hydroxidu hlinitého zo smaragdu a berylu v ďalšej alkálii. Redaktori časopisu Annales de Chimie et the Physique nazvali novú zem „glucín“ kvôli sladkej chuti niektorých jej zlúčenín. Klaproth uprednostňoval názov "beryllín" kvôli tomu, že ytrium tvorilo aj sladké soli. Názov „berýlium“ prvýkrát použil Wöhler v roku 1828. Friedrich Wöhler bol jedným z vedcov, ktorí nezávisle izolovali berýlium. Friedrich Wöhler a Antoine Bussy nezávisle izolovali berýlium v roku 1828 chemickou reakciou kovového draslíka s chloridom berýliom takto:
BeCl2 + 2 K -> 2 KCl +
Pomocou alkoholovej lampy Wöhler zahrieval striedavé vrstvy berýlia a chloridu draselného v platinovom tégliku s drôteným okruhom. Vyššie uvedená reakcia okamžite nastala a spôsobila, že téglik zbelel. Po ochladení a umytí výsledného šedočierneho prášku vedec zistil, že látka pozostáva z malých častíc s tmavým kovovým leskom. Vysoko reaktívny draslík sa vyrábal elektrolýzou jeho zlúčenín, čo je proces objavený pred 21 rokmi. Chemická metóda využívajúca draslík produkovala len malé zrná berýlia, ktoré nebolo možné odlievať ani vbíjať do kovového ingotu. Priama elektrolýza roztavenej zmesi berylfluoridu a fluoridu sodného Paulom Lebeauom v roku 1898 viedla k vytvoreniu prvých čistých (99,5 - 99,8 %) vzoriek berýlia. Prvý komerčne úspešný proces výroby berýlia vyvinuli v roku 1932 Alfred Fonda a Hans Goldschmidt. Proces zahŕňa elektrolýzu zmesi fluoridov berýlia a bária, ktorá spôsobuje, že sa roztavené berýlium hromadí na vodou chladenej katóde. Vzorka berýlia bola bombardovaná alfa lúčmi z rozpadu rádia v experimente Jamesa Chadwicka z roku 1932, ktorý odhalil existenciu neutrónu. Rovnaká technika sa používa v jednej triede laboratórnych neutrónových zdrojov založených na rádioizotopoch, ktoré produkujú 30 neutrónov na každý milión častíc α. Produkcia berýlia sa počas druhej svetovej vojny rýchlo zvýšila v dôsledku rastúceho dopytu po tvrdých zliatinách berýlia a medi a fosforoch pre žiarivky. Väčšina skorých žiariviek používala ortokremičitan zinočnatý s rôznymi hladinami berýlia, ktorý vyžaroval zelenkasté svetlo. Malé prídavky wolframanu horečnatého zlepšili modrú časť spektra, aby sa vytvorilo prijateľné biele svetlo. Halogénfosfátové fosfory boli nahradené fosformi na báze berýlia po tom, čo sa zistilo, že berýlium je toxické. Elektrolýza zmesi fluoridu berylového a fluoridu sodného sa používala na izoláciu berýlia v priebehu 19. storočia. Vysoká teplota topenia kovu robí tento proces energeticky náročnejším ako zodpovedajúce procesy používané pre alkalické kovy. Začiatkom 20. storočia sa skúmala výroba berýlia tepelným rozkladom jodidu berýlinatého po úspechu podobného procesu výroby zirkónia, ale tento proces sa ukázal ako neekonomický pre sériovú výrobu. Čistý kov berýlia nebol ľahko dostupný až do roku 1957, hoci sa používal ako zliatinový kov na spevnenie medi oveľa skôr. Berýlium sa môže vyrábať redukciou zlúčenín berýlia, ako je chlorid berýlium, kovovým draslíkom alebo sodíkom. V súčasnosti sa väčšina berýlia získava redukciou fluoridu berýlia purifikovaným horčíkom. V roku 2001 bola cena vákuovo liatych berýliových ingotov na americkom trhu približne 338 USD za libru (745 USD za kilogram). V rokoch 1998 až 2008 sa celosvetová produkcia berýlia znížila z 343 ton na 200 ton, z čoho 176 ton (88 %) pochádzalo zo Spojených štátov.
Etymológia
Skoré predchodkyne slova berýlium možno vysledovať v mnohých jazykoch, vrátane latinského Beryllus; francúzsky Béry; grécky βήρυλλος, bērullos, beryl; prakritská verulija (वॆरुलिय); Pāli veḷuriya (वेलुरिय), veḷiru (भेलिरु) alebo viḷar (भिलर्) - „zblednúť“, v súvislosti s bledým polodrahokamom. Pôvodným zdrojom je pravdepodobne sanskrtské slovo वैडूर्य (vaiduriya), ktoré má drávidský pôvod a môže súvisieť s názvom moderného mesta Belur. Približne 160 rokov bolo berýlium známe aj ako glucinium alebo glucinium (so sprievodným chemickým symbolom „Gl“ alebo „G“). Názov pochádza z gréckeho slova pre sladkosť: γλυκυς, kvôli sladkej chuti solí berýlia.
Aplikácie
Radiačné okná
Kvôli nízkemu atómovému číslu a veľmi nízkej absorpcii röntgenového žiarenia je najstaršie a stále jedno z najdôležitejších použití berýlia v radiačných oknách pre röntgenové trubice. Na čistotu berýlia sú kladené extrémne požiadavky, aby sa predišlo artefaktom na röntgenových snímkach. Tenká berýliová fólia sa používa ako radiačné okienka pre röntgenové detektory a extrémne nízka absorpcia minimalizuje tepelné účinky spôsobené vysoko intenzívnym, nízkoenergetickým röntgenovým žiarením, ktoré je charakteristické pre synchrotrónové žiarenie. Vákuovo utesnené okná a lúčové trubice na experimenty so žiarením na synchrotrónoch sú vyrobené výlučne z berýlia. Vo vedeckých zariadeniach pre rôzne röntgenové štúdie (napr. energeticky disperzná röntgenová spektroskopia) je držiak vzorky zvyčajne vyrobený z berýlia, pretože jeho vyžarované röntgenové lúče majú oveľa nižšie energie (~ 100 eV) ako röntgenové lúče. z väčšiny študovaných materiálov. Nízke atómové číslo tiež robí berýlium relatívne transparentným pre energetické častice. Používa sa preto na konštrukciu trubice lúča okolo oblasti kolízie v zariadeniach na fyziku častíc, ako sú všetky štyri hlavné experimentálne detektory na veľkom hadrónovom urýchľovači (ALICE, ATLAS, CMS, LHCb), Tevatron a SLAC. Nízka hustota berýlia umožňuje kolíznym produktom dosiahnuť okolité detektory bez významnej interakcie, jeho tuhosť mu umožňuje vytvoriť silné vákuum vo vnútri trubice, aby sa minimalizovala interakcia s plynmi, jeho tepelná stabilita mu umožňuje normálne fungovať pri teplotách len niekoľko stupňov nad absolútnou nulou, a jeho diamagnetická povaha neumožňuje interferovať so zložitými viacpólovými magnetickými systémami používanými na riadenie a zaostrovanie lúčov častíc.
Mechanické aplikácie
Kvôli svojej tuhosti, nízkej hmotnosti a rozmerovej stabilite v širokom rozsahu teplôt sa kovové berýlium používa na ľahké konštrukčné komponenty v obrannom a leteckom priemysle na vysokorýchlostných lietadlách, riadených raketách, kozmických lodiach a satelitoch. Niekoľko rakiet na kvapalné palivo používalo čisté berýliové raketové trysky. Samotný prášok berýlia bol študovaný ako raketové palivo, ale toto použitie sa nikdy neuskutočnilo. Malý počet extrémne kvalitných bicyklových rámov bol vyrobený s použitím berýlia. V rokoch 1998 až 2000 tím McLaren Formula One používal motory Mercedes-Benz s piestami zo zliatiny berýlia a hliníka. Používanie berýliových komponentov motora bolo zakázané po proteste Scuderie Ferrari. Zmiešanie asi 2,0% berýlia v medi viedlo k zliatine nazývanej berýliová meď, ktorá je šesťkrát pevnejšia ako samotná meď. Zliatiny berýlia majú množstvo aplikácií vďaka svojej kombinácii pružnosti, vysokej elektrickej a tepelnej vodivosti, vysokej pevnosti a tvrdosti, nemagnetických vlastností a dobrej odolnosti proti korózii a pevnosti. Tieto aplikácie zahŕňajú neiskriace nástroje používané v blízkosti horľavých plynov (berýlium nikel), v pružinách a membránach (berýlium nikel a berýliové železo), používané v chirurgických nástrojoch a vysokoteplotných zariadeniach. Menej ako 50 ppm berýlia dopovaného tekutým horčíkom má za následok výrazne zlepšenú odolnosť proti oxidácii a zníženú horľavosť. Vysoká elastická tuhosť berýlia viedla k jeho širokému použitiu v presných prístrojoch, ako sú inerciálne navádzacie systémy a podporné mechanizmy pre optické systémy. Zliatiny berýlia a medi sa tiež používali ako tvrdidlo v „Jason gun“, ktoré sa používali na odstraňovanie farby z trupov lodí. Beryllium sa tiež používa pre konzoly vo vysokovýkonných kazetových kazetách, kde jeho extrémna tvrdosť a nízka hustota umožnili znížiť hmotnosť sledovania na 1 gram, pričom stále sledovali vysokofrekvenčné kanály s minimálnym skreslením. Prvé hlavné použitie berýlia bolo v brzdách vojenských lietadiel kvôli jeho tvrdosti, vysokému bodu topenia a výnimočnej schopnosti odvádzať teplo. Z dôvodu ochrany životného prostredia bolo berýlium nahradené inými materiálmi. Aby sa znížili náklady, berýlium môže byť legované značným množstvom hliníka, výsledkom čoho je zliatina AlBeMet (obchodný názov). Táto zmes je lacnejšia ako čisté berýlium, pričom si zachováva mnohé prospešné vlastnosti berýlia.
Zrkadlá
Obzvlášť zaujímavé sú berýliové zrkadlá. Veľkoplošné zrkadlá, často s voštinovou nosnou konštrukciou, sa používajú napríklad v meteorologických satelitoch, kde sú kritickými faktormi nízka hmotnosť a dlhodobá priestorová stabilita. Menšie berýliové zrkadlá sa používajú v systémoch optického navádzania a riadenia paľby, ako sú nemecké tanky Leopard 1 a Leopard 2. Tieto systémy vyžadujú veľmi rýchly pohyb zrkadla, čo tiež vyžaduje nízku hmotnosť a vysokú tuhosť. Typicky má berýliové zrkadlo povlak z tvrdého niklu, ktorý sa ľahšie leští na tenší optický povlak ako berýlium. V niektorých aplikáciách je však berýliový obrobok leštený bez akéhokoľvek povlaku. Toto je obzvlášť aplikovateľné pri kryogénnej prevádzke, kde nesprávne prispôsobená tepelná rozťažnosť môže spôsobiť deformáciu povlaku. Vesmírny teleskop Jamesa Webba bude mať vo svojich zrkadlách 18 šesťuholníkových segmentov berýlia. Keďže tento teleskop sa stretne s teplotami 33 K, zrkadlo je vyrobené z pozláteného berýlia, ktoré zvládne extrémny chlad lepšie ako sklo. Berýlium sa zmršťuje a deformuje menej ako sklo a pri týchto teplotách zostáva rovnomernejšie. Z rovnakého dôvodu je optika Spitzerovho vesmírneho ďalekohľadu postavená výlučne z berýlia.
Magnetické aplikácie
Berýlium je nemagnetické. Námorné alebo vojenské posádky preto používajú nástroje vyrobené z materiálov na báze berýlia na ničenie munície pri práci na námorných mínach alebo v ich blízkosti, pretože tieto míny majú zvyčajne magnetické poistky. Nachádzajú sa tiež v opravárenských a konštrukčných materiáloch v blízkosti strojov na zobrazovanie magnetickou rezonanciou (MRI) kvôli veľkým generovaným magnetickým poliam. V oblasti rádiovej komunikácie a vysokovýkonných (zvyčajne vojenských) radarov sa berýliové ručné náradie používa na ladenie vysokomagnetických klystrónov, magnetrónov, elektrónok s postupnou vlnou atď., ktoré sa používajú na generovanie vysokých úrovní mikrovlnného výkonu vo vysielačoch.
Jadrové aplikácie
Tenké platne alebo fólie berýlia sa niekedy používajú v návrhoch jadrových zbraní ako vonkajšia vrstva plutóniových jám v počiatočných fázach vytvárania termonukleárnych bômb, ktoré sú umiestnené okolo štiepneho materiálu. Tieto berýliové vrstvy sú dobrými "tlačidlami" pre implóziu plutónia-239 a sú tiež dobrými neutrónovými reflektormi, rovnako ako v berýliových jadrových reaktoroch. Berýlium je tiež široko používané v niektorých neutrónových zdrojoch v laboratórnych zariadeniach, ktoré vyžadujú relatívne málo neutrónov (namiesto použitia jadrového reaktora alebo neutrónového generátora s urýchľovačom častíc). Na tento účel je berýlium-9 bombardované energetickými alfa časticami z rádioizotopu, ako je polónium-210, rádium-226, plutónium-238 alebo amerícium-241. Pri jadrovej reakcii, ktorá prebieha, sa jadro berýlia premení na uhlík-12 a uvoľní sa jeden voľný neutrón, ktorý sa pohybuje približne v rovnakom smere ako častica alfa. Tieto skoré atómové bomby používali zdroje neutrónov typu berýlia nazývané hedgehog neutrónové iniciátory. Neutrónové zdroje, v ktorých je berýlium bombardované gama žiarením z rádioizotopu gama rozpadu, sa tiež používajú na vytváranie laboratórnych neutrónov. Berýlium sa používa aj na výrobu paliva pre reaktory CANDU. Palivové články majú malé odporové nástavce prispájkované k palivovému plášťu pomocou procesu indukčného spájkovania s použitím Be ako výplňového spájkovacieho materiálu. Ložiskové podložky sú prispájkované, aby sa zabránilo kontaktu palivového zväzku s výtlačným potrubím, a medziprvkové rozperné podložky sú prispájkované, aby sa zabránilo kontaktu prvkov. Berýlium sa používa aj v spoločnom európskom laboratóriu pre výskum jadrovej syntézy Torus a bude sa používať v pokročilejšom ITER na štúdium komponentov, ktoré sa zrážajú s plazmou. Berýlium bolo tiež navrhnuté ako obkladový materiál pre jadrové palivové tyče kvôli jeho dobrej kombinácii mechanických, chemických a jadrových vlastností. Berylfluorid je jednou zo základných solí zmesi eutektických solí FLiBe, ktorá sa používa ako rozpúšťadlo, moderátor a chladivo v mnohých hypotetických konštrukciách reaktorov s roztavenými soľami, vrátane reaktora s kvapalným fluoridovým tóriom (LFTR).
Akustika
Nízka hmotnosť a vysoká tuhosť berýlia ho robia užitočným ako materiál pre vysokofrekvenčné reproduktory. Pretože je berýlium drahé (mnohokrát drahšie ako titán), ťažko sa formuje kvôli jeho krehkosti a je toxické, ak sa používa nesprávne, berýliové výškové reproduktory sa používajú iba v špičkových domácnostiach, profesionálnych audio systémoch a aplikáciách verejného ozvučenia. O niektorých vysokokvalitných produktoch sa podvodne tvrdilo, že sú vyrobené z tohto materiálu. Niektoré vysokokvalitné kazety do gramofónov používali berýliové konzoly na zlepšenie sledovania znížením hmotnosti.
Elektronika
Berýlium je nečistota typu p v polovodičoch zlúčenín III-V. Je široko používaný v materiáloch, ako sú GaAs, AlGaAs, InGaAs a InAlAs pestované epitaxiou molekulárneho lúča (MBE). Krížovo valcovaný berýliový plech je vynikajúcou konštrukčnou podporou pre dosky plošných spojov v technológii povrchovej montáže. V kritických elektronických aplikáciách pôsobí berýlium ako konštrukčná podpora aj ako chladič. Táto aplikácia tiež vyžaduje koeficient tepelnej rozťažnosti, ktorý sa dobre zhoduje s oxidom hlinitým a polyimidovými substrátmi. Kompozície "E-Materiály" oxidu berýlia boli vyvinuté špeciálne pre tieto elektronické aplikácie a majú ďalšiu výhodu v tom, že koeficient tepelnej rozťažnosti možno prispôsobiť rôznym materiálom substrátu. Oxid berýlia je užitočný pre mnohé aplikácie, ktoré vyžadujú kombinované vlastnosti elektrického izolátora a vynikajúceho tepelného vodiča s vysokou pevnosťou a tvrdosťou a veľmi vysokým bodom topenia. Oxid berýlinatý sa často používa ako izolačná doska vo vysokovýkonných tranzistoroch v rádiofrekvenčných vysielačoch pre telekomunikácie. Oxid berýlium sa tiež skúma na použitie pri zvyšovaní tepelnej vodivosti peliet jadrového paliva na báze uránu. Zlúčeniny berýlia sa používali vo fluorescenčných trubiciach, ale toto použitie sa prerušilo kvôli chorobe berýlium, ktorá sa vyvinula u pracovníkov, ktorí tieto trubice vyrábali.
Zdravotná starostlivosť
Bezpečnosť a ochrana zdravia pri práci
Berýllium predstavuje bezpečnostné riziko pre pracovníkov manipulujúcich s týmto prvkom. Profesionálna expozícia berýliu môže viesť k imunologickej senzibilizačnej reakcii a časom môže spôsobiť chronické berýliové ochorenie. Národný inštitút pre bezpečnosť a ochranu zdravia pri práci (NIOSH) v USA tieto účinky skúma v spolupráci s významným výrobcom produktov s berýliom. Cieľom týchto štúdií je zabrániť senzibilizácii prostredníctvom lepšieho pochopenia pracovných procesov a expozícií, ktoré môžu predstavovať potenciálne riziká pre pracovníkov, a vyvinúť účinné zásahy, ktoré znížia riziko nepriaznivých účinkov berýlia na zdravie. Národný inštitút pre bezpečnosť a ochranu zdravia pri práci tiež vykonáva genetický výskum v otázkach senzibilizácie, nezávisle od tejto spolupráce. Príručka analytických metód Národného inštitútu pre bezpečnosť a ochranu zdravia pri práci poskytuje metódy na meranie vystavenia berýliu pri práci.
Preventívne opatrenia
Priemerné ľudské telo obsahuje asi 35 mikrogramov berýlia, čo je množstvo, ktoré sa nepovažuje za škodlivé. Berýlium je chemicky podobné horčíku, a preto ho môže vytesniť z enzýmov a spôsobiť ich poruchu. Pretože Be2+ je vysoko nabitý a malý ión, môže ľahko preniknúť do mnohých tkanív a buniek, kde sa špecificky zameriava na bunkové jadrá, pričom inhibuje mnohé enzýmy, vrátane tých, ktoré sa používajú na syntézu DNA. Jeho toxicita je umocnená skutočnosťou, že telo nemá prostriedky na kontrolu hladín berýlia a akonáhle sa berýlium dostane do tela, už sa nedá odstrániť. Chronická beryllióza je pľúcne a systémové granulomatózne ochorenie spôsobené vdychovaním prachu alebo výparov kontaminovaných berýliom; buď požitím veľkého množstva berýlia počas krátkeho časového obdobia, alebo malých množstiev počas dlhého časového obdobia. Príznaky tohto ochorenia sa môžu vyvinúť až päť rokov; asi tretina pacientov trpiacich berýliovou chorobou zomiera a tí, ktorí prežijú, zostávajú invalidní. Medzinárodná agentúra pre výskum rakoviny (IARC) uvádza berýlium a zlúčeniny berýlia ako karcinogény kategórie 1. V USA Úrad pre bezpečnosť a ochranu zdravia pri práci (OSHA) pridelil berýliu prípustný limit expozície na pracovisku (PEL) s časovo váženým priemerom. (TWA) 0,002 mg/m3 a nepretržitý expozičný limit 0,005 mg/m3 počas 30 minút s maximálnym maximálnym limitom 0,025 mg/m3. Národný inštitút pre bezpečnosť a ochranu zdravia pri práci (NIOSH) stanovil odporúčanú konštantu expozičného limitu (REL) na 0,0005 mg/m3. Hodnota IDLH (množstvo bezprostredne nebezpečné pre život a zdravie) je 4 mg/m3. Toxicita jemne rozomletého berýlia (prach alebo prášok, ktorý sa primárne vyskytuje v priemyselných prostrediach, kde sa berýlium vyrába alebo spracováva) je veľmi dobre zdokumentovaná. Pevné kovové berýlium nie je spojené s rovnakými rizikami ako aerosólový prach, ale akékoľvek nebezpečenstvo spojené s fyzickým kontaktom je nedostatočne zdokumentované. Pracovníci manipulujúci s hotovými berýliovými produktmi vo všeobecnosti odporúčajú manipulovať s nimi v rukaviciach, a to ako preventívne opatrenie, tak aj preto, že mnohé, ak nie väčšina aplikácií berýlia nemôže tolerovať zvyšky kontaktu s pokožkou, ako sú odtlačky prstov. Krátkodobá berýliová choroba chemickej pneumonitídy sa prvýkrát objavila v Európe v roku 1933 a v Spojených štátoch v roku 1943. Prieskum zistil, že asi 5 % pracovníkov v továrňach vyrábajúcich žiarivky v roku 1949 v Spojených štátoch trpelo chorobami súvisiacimi s berýliom. Chronická beryllióza je v mnohých smeroch podobná sarkoidóze a diferenciálna diagnostika je často zložitá. Berýlium bolo zodpovedné za smrť niektorých prvých pracovníkov vo vývoji jadrových zbraní, ako bol Herbert L. Anderson. Berýlium možno nájsť v uhoľnej troske. Keď sa táto troska použije na výrobu abrazívneho reaktora na striekanie farieb a keď sa na jej povrchu vytvorí hrdza, berýlium sa môže stať zdrojom škodlivých účinkov.
spočiatku berýlium nazývané glucínium. Preložené z gréčtiny ako „sladké“. To, že kovové kryštály chutia ako cukríky, si prvýkrát všimol Paul Lebeau.
Francúzskemu chemikovi sa podarilo syntetizovať agregáty berýlia koncom 19. storočia. Pomohla metóda elektrolýzy. Prvok získal v kovovej forme už v roku 1828 Nemec Friedrich Weller. Berýlium obsadilo 4. miesto a stalo sa známym ako látka s úžasnými vlastnosťami. Neobmedzujú sa len na sladkosti.
Chemické a fyzikálne vlastnosti berýlia
Vzorec berýlia sa líši iba 4 elektrónmi. To nie je prekvapujúce, vzhľadom na miesto prvku v periodickej tabuľke. Prekvapivo sú všetky na obežných dráhach s. Pre nové elektróny nezostali žiadne voľné pozície.
Preto, berýlium – prvok neochotný zapojiť sa do chemických reakcií. Kov robí výnimky pre látky, ktoré môžu odoberať alebo nahradiť jeho vlastné elektróny. Napríklad halogén je toho schopný.
Berýlium – kov. Má však aj kovalentné väzby. To znamená, že v atóm berýlia niektoré páry elektrónových oblakov sa prekrývajú a zovšeobecňujú, čo je typické pre nekovy. Táto dualita ovplyvňuje mechanické parametre látky. Materiál je krehký aj tvrdý.
Berýlium sa vyznačuje ľahkosťou. Hustota kovu je iba 1,848 gramov na centimeter kubický. Spodnú hranicu majú len niektoré alkalické kovy. Keď sa s nimi zbližuje v hustote, berýlium má tú výhodu, že je odolné voči korózii.
Prvok je pred ním zachránený fóliou s hrúbkou zlomku milimetra. Toto oxid berýlium. Na vzduchu sa tvorí za 1,5-2 hodiny. V dôsledku toho je prístup kyslíka ku kovu zablokovaný a zachováva si všetky svoje pôvodné vlastnosti.
Potešia a pevnosť berýlia. Drôt s priemerom iba 1 milimeter je schopný udržať dospelého muža. Pre porovnanie, podobná niť sa pretrhne pri zaťažení 12 kilogramov.
Berýlium, vlastnosti o ktorých sa diskutuje, pri zahrievaní takmer nestráca pevnosť. Ak zvýšite teplotu na 400 stupňov, „sila“ kovu sa oslabí iba na polovicu. Napríklad dural je 5-krát menej odolný.
Limitná teplota tvrdosť berýlia– viac ako 1200 na stupnici Celzia. To je nepredvídateľné, pretože v periodickej tabuľke je 4. prvok medzi a . Prvý sa topí pri 180 a druhý pri 650 stupňoch.
Teoreticky by teplota mäknutia berýlia mala byť asi 400 stupňov Celzia. Ale 4. prvok bol zaradený do zoznamu relatívne žiaruvzdorných, pričom napríklad na železo strácal iba 300 stupňov.
Limit berýliová reakcia na teplotu varu. Vyskytuje sa pri 2 450 stupňoch Celzia. Pri vare sa kov zmení na jedinú sivú hmotu. Vo svojej obvyklej podobe má prvok výrazný, mierne mastný lesk.
Žiara je krásna, no zdraviu nebezpečná. Berýlium je jedovaté. Akonáhle je kov v tele, nahrádza kostný horčík. Začína berýlium. Jeho akútna forma je vyjadrená pľúcnym edémom a suchým kašľom. Existujú úmrtia.
Vplyv na živé tkanivo je jednou z mála nevýhod berýlia. Výhod je viac. Slúžia ľudstvu najmä v ťažkom priemysle. Takže je čas študovať, ako sa používa 4. prvok periodickej tabuľky.
Aplikácie berýlia
Hydroxid berýlia a oxid uránu tvoria jadrové palivo. Štvrtý kov sa používa v jadrových reaktoroch a na moderovanie neutrónov. Oxid berýlia sa pridáva nielen do paliva, ale aj na výrobu téglikov z neho. Ide o vysoko tepelne vodivé, vysokoteplotné izolátory.
Okrem jadrovej techniky zlúčeniny berýlia, na jej základe sú užitočné pri stavbe lietadiel a kozmonautike. Štvrtý kov sa používa na výrobu tepelných štítov a navádzacích systémov. Prvok je potrebný aj pre raketové palivo, ako aj pokovovanie lodí. Ich telá sú vyrobené z berýliového bronzu.
Ich vlastnosti sú lepšie ako legované ocele. Na maximalizáciu pevnosti v ťahu stačí pridať len 1-3% 4. prvku. Časom sa to nestratí. Ostatné zliatiny sa rokmi unavia a ich výkonové parametre sa znížia.
Čisté berýlium je náročné na spracovanie. Kov, ktorý pôsobí ako prísada, sa stáva ohybným. Je možné vyrobiť pásku s hrúbkou 0,1 milimetra. Berýliová hmota Odľahčuje zliatinu, eliminuje jej magnetizmus a iskrenie pri náraze.
To všetko je užitočné pri výrobe pružín, ložísk, listových pružín, tlmičov a ozubených kolies. Odborníci tvrdia, že moderné lietadlo obsahuje viac ako 1000 častí vyrobených z berýliového bronzu.
V hutníctve sa využíva aj para berýlium-horčík. Posledný kov sa stráca pri tavení. Prídavok 0,005 % 4. prvku znižuje odparovanie a oxidáciu horčíka pri tavení a.
Analogicky pôsobia rovnakým spôsobom ako zlúčeniny na báze hliníka. Ak skombinujete 4. kov s alebo, získate berylidy. Ide o zliatiny výnimočnej tvrdosti, ktoré vydržia 10 hodín pri teplotách 1650 stupňov Celzia.
Chlorid berýlium potrebné pre lekárov. Látku používajú pri diagnostike tuberkulózy a celkovo v röntgenových zariadeniach. 4. prvok je jedným z mála, ktorý neinteraguje s lúčmi röntgenového spektra.
Jadro berýlia, jeho atómy sú takmer beztiaže. Vďaka tomu prejde 17-krát viac mäkkých lúčov ako napríklad hliník rovnakej hrúbky. Preto sú okná röntgenových trubíc vyrobené z berýlia.
Ťažba berýlia
Kov sa získava z rúd. Drvené berýlium je spekané s vápnom, fluorokremičitanom sodným a kriedou. Výsledná zmes sa uskutočňuje niekoľkými chemickými reakciami, aby sa získal hydroxid 4. prvku. Zúčastňuje sa procesu kyselina.
Berýliumčistenie je náročné na prácu. Hydroxid vyžaduje kalcináciu na vytvorenie oxidu. Ten sa zase premieňa na chlorid alebo fluorid. Z nich elektrolýzou a ťaží sa kovové berýlium. Používajú aj metódu redukcie horčíka.
Získanie berýlia zahŕňa desiatky destilácií a purifikácií. Zbaviť sa treba hlavne oxidu kovu. Látka spôsobuje, že berýlium je príliš krehké a nevhodné na priemyselné použitie.
Proces extrakcie 4. prvku je komplikovaný jeho vzácnosťou. Na tonu zemskej kôry pripadajú menej ako 4 gramy berýlia. Svetové zásoby sa odhadujú len na 80 000 ton. Každý rok sa ich z hlbín vyťaží asi 300. Objem výroby sa postupne zvyšuje.
Väčšina prvku sa nachádza v alkalických horninách bohatých na oxid kremičitý. Na východe nie sú takmer žiadne. Toto je jediný región, kde sa neťaží berýlium. Väčšina kovu je v Spojených štátoch, najmä v štáte Utah. Stredná Afrika, Brazília a Rusko sú tiež bohaté na 4. prvok. Tvoria 50 % svetového zásoby berýlia.
Cena berýlia
Zapnuté cena berýlia nielen pre svoju vzácnosť, ale aj náročnosť výroby. V dôsledku toho náklady na kilogram dosahujú niekoľko stoviek amerických dolárov.
Na burzách s neželeznými kovmi sa obchoduje v librách. Anglická jednotka hmotnosti je približne 450 gramov. Za tento objem si pýtajú takmer 230 konvenčných jednotiek. Podľa toho sa kilogram cení na takmer 500 dolárov.
Do roku 2017 svetový trh s berýliom podľa odborníkov dosiahne 500 ton. To naznačuje dopyt po kove. To znamená, že jeho hodnota bude pravdepodobne naďalej stúpať. Nie nadarmo je berýlium základom drahých kameňov.
Cena surovín sa približuje nárokom klenotníkov na brúsené kryštály. Mimochodom, môžu byť materiálom pre ťažba berýlia. Nikto však, prirodzene, nedovolí, aby sa smaragdy roztavili, kým v prírode existujú ložiská rúd obsahujúcich 4. prvok. Spravidla sprevádza hliník. Takže, ak by bolo možné nájsť rudy toho druhého, určite v nich bude možné nájsť berýlium.
Berýlium je strieborno-šedý kov s lesklými kryštalickými prejavmi pri rozbití a je štvrtým chemickým prvkom v periodickej tabuľke. Hmotnosť atómu berýlia je 9,0122 v štandardných jednotkách atómovej hmotnosti, čo sa rovná 1/12 hmotnosti izotopu uhlíka. Berýlium je kov vzácnych zemín, ktorý má percentuálny pomer 2,6·10-4% k hmotnosti zeme.
Objav berýlia
Rovnako ako mnohé chemické prvky, aj berýlium bolo objavené v súvislosti so štúdiom vlastností ušľachtilých kovov a drahých kameňov. V roku 1798 pracoval slávny francúzsky Louis Nicolas Vauquelin s berylom - polodrahokamom, najbližším „príbuzným“ smaragdu. Pri pokusoch sa aktívne využívala takzvaná berylová zemina, ktorá obsahovala oxid berýlium BeO. Tentoraz však berýlium ako autonómny chemický prvok nebolo identifikované a pomenované. Stalo sa tak neskôr, v roku 1828, keď sa nemeckému vedcovi Friedrichovi Wöllerovi podarilo získať kovové berýlium. A evolúciu poznania tohto pomerne vzácneho prvku zavŕšil francúzsky chemik Lebeau, ktorému sa pomocou elektrolýzy podarilo získať čisté kryštály berýlia.
Kryštály berýlia majú sladkastú chuť, a preto sa prvok pôvodne nazýval „glucinium“ z gréčtiny pre „sladký“. S objavom berýlia sa časom vytvoril nový priemysel - syntéza polodrahokamov a drahých kameňov. Dnes sa beryl používa na syntézu umelých smaragdov, akvamarínov a heliodorov, ktoré sa aktívne používajú v klenotníckom priemysle. Polodrahokam beryl, ktorý slúžil ako východiskový bod pre objavenie berýlia, dostal meno podľa juhoindického mesta Vellur, ktoré sa nachádzalo neďaleko známych smaragdových baní v Indii. Berýlium sa nachádza aj v ľudskom tele v množstve nepresahujúcom 0,036 mg. Plynné berýlium a berýliový prach sú však vysoko toxické látky, ktoré spôsobujú vážne patológie dýchacieho a obehového systému.
Základné fyzikálne a chemické vlastnosti
Vďaka najvyššiemu vnútornému teplu energie má tento kov jedinečné vlastnosti, ktoré určujú jeho dopyt v popredných priemyselných odvetviach a vede. Spomínaná vzácnosť berýlia v prírode spôsobuje, že tento prvok je vo svete moderných kovových zliatin do istej miery nedostatok.
Relatívne nízka teplota topenia 1284 °C umožňuje vytváranie ingotov berýlia vo vákuových podmienkach, ale najbežnejšou praxou je výroba berýlia v práškovom stave. Liate berýlium sa vyznačuje veľmi krehkou štruktúrou, preto je o tento kov najväčší záujem vo svojej deformovanej podobe. Tepelné spracovanie pod tlakom umožňuje rádovo zvýšiť štrukturálnu pevnosť berýlia, ktoré sa v konečnom stave vďaka svojej vysokej ťažnosti v mnohých charakteristikách podobá horčíku a hliníku. Najmä berýlium na čerstvom vzduchu vytvára oxidový film, ktorý zabraňuje korózii. Tento kov sa ľahko rozpúšťa v mnohých kyselinách a dokonca aj v zásadách, s výnimkou koncentrovanej kyseliny dusičnej.
Berýlium sa získava jeho izoláciou zo zliatin hliníka pomocou rôznych technológií čistenia, ako aj z minerálov berylu, ktoré sú vystavené koncentrovanej kyseline sírovej. Kovové berýlium sa vyrába spracovaním oxidov a síranov berýlia (Be(OH)2 alebo BeSO4). Technologické procesy na výrobu berýlia sú pomerne zložité a vyžadujú značnú spotrebu energie, takže tento kov je drahý materiál.
Oblasť použitia
Jedinečná prirodzená vlastnosť berýlia – neinteragovať s röntgenovým žiarením – predurčila aktívne využitie tohto kovu pri výrobe röntgenových prístrojov a zariadení.
Okrem toho sa dnes zliatiny berýlia používajú na výrobu neutrónových reflektorov a moderátorov v jadrových reaktoroch. Oxid berýlinatý má extrémne vysokú tepelnú vodivosť a požiarnu odolnosť, čo sa využíva aj pri výrobe zariadení pre jadrovú energetiku.
Letectvo a letectvo sú dva ďalšie odvetvia, ktoré ťažili z pevnosti, odolnosti proti korózii a požiarnej odolnosti zliatin berýlia. V metalurgii sa berýlium používa ako legovací prvok, ktorý zvyšuje antikoróznu a konštrukčnú pevnosť ocele.
DEFINÍCIA
Berýlium- štvrtý prvok periodickej tabuľky. Označenie - Pochádza z latinského "berylium". Nachádza sa v druhom období, skupina IIA. Vzťahuje sa na kovy. Jadrový náboj je 4.
Berýlium je v zemskej kôre zriedkavé. Je súčasťou niektorých minerálov, z ktorých najbežnejší je beryl Be 3 Al 2 (SiO 3) 6.
Berýlium je oceľovosivý kov (obr. 1) s hustou šesťhrannou kryštálovou mriežkou, dosť tvrdý a krehký. Na vzduchu sa pokryje oxidovým filmom, ktorý mu dodáva matný odtieň a spôsobuje zníženú chemickú aktivitu.
Ryža. 1. Berýlium. Vzhľad.
Atómová a molekulová hmotnosť berýlia
Relatívna atómová hmotnosť A r je molárna hmotnosť atómu látky delená 1/12 molárnej hmotnosti atómu uhlíka-12 (12 C).
Relatívna molekulová hmotnosť M r je molárna hmotnosť molekuly delená 1/12 molárnej hmotnosti atómu uhlíka-12 (12 C). Ide o bezrozmernú veličinu.
Pretože berýlium vo voľnom stave existuje vo forme monatomických molekúl Be, hodnoty jeho atómových a molekulových hmotností sa zhodujú. Rovnajú sa 9,0121.
Izotopy berýlia
V prírode berýlium existuje ako jediný izotop 9Be. Hmotnostné číslo je 9. Jadro atómu obsahuje štyri protóny a päť neutrónov.
Existuje jedenásť umelých izotopov berýlia s hmotnostnými číslami od 5 do 16, z ktorých najstabilnejšie sú 10 Be s polčasom rozpadu 1,4 milióna rokov a 7 Be s polčasom rozpadu 53 dní.
Ióny berýlia
Na vonkajšej energetickej úrovni atómu berýlia sú dva elektróny, ktoré sú valenčné:
V dôsledku chemickej interakcie stráca berýlium svoje valenčné elektróny, t.j. je ich donorom a mení sa na kladne nabitý ión (Be 2+):
Be 0 -2e → Be 2+ ;
V zlúčeninách má berýlium oxidačný stav +2.
Molekula a atóm berýlia
Vo voľnom stave existuje berýlium vo forme monatomických Be molekúl. Tu sú niektoré vlastnosti charakterizujúce atóm a molekulu lítia:
Zliatiny berýlia
Hlavnou oblasťou použitia berýlia sú zliatiny, do ktorých sa tento kov zavádza ako legujúca prísada. Okrem berýliových bronzov (meď kombinovaná s 2,5 % berýlia) sa používajú zliatiny niklu s 2 – 4 % berýlia, ktoré sú z hľadiska odolnosti voči korózii, pevnosti a pružnosti porovnateľné s kvalitnými nehrdzavejúcimi oceľami a v niektorých ohľadoch predčí. ich. Používajú sa na výrobu pružín a chirurgických nástrojov.
Malé prídavky berýlia do horčíkových zliatin zvyšujú ich odolnosť proti korózii. Takéto zliatiny, ako aj zliatiny hliníka a berýlia, sa používajú pri konštrukcii lietadiel.
Príklady riešenia problémov
PRÍKLAD 1
| Cvičenie | Napíšte vzorce kyslíkových zlúčenín (oxidov) nasledujúcich prvkov: a) berýlium (II); b) kremík (IV); c) draslík (I); d) arzén (V). |
| Odpoveď | Je známe, že mocenstvo kyslíka v zlúčeninách sa vždy rovná II. Ak chcete zostaviť vzorec látky (oxidu), musíte vykonať nasledujúcu postupnosť akcií. Najprv si zapíšeme chemické znaky prvkov, ktoré tvoria komplexnú látku, a nad znak každého prvku vložíme valenciu rímskymi číslicami: Nájdite najmenší násobok počtu valenčných jednotiek: a) (II×II) = 4;b) (IV×II) = 8; c) (IxII) = 2; d) (VxII) = 10. Vydeľme najmenší spoločný násobok počtom valenčných jednotiek každého prvku zvlášť (výslednými kvocientmi budú indexy vo vzorci): a) 4/2 = 2 a 4/2 = 2, teda vzorec oxidu BeO; b) 8/4 = 2 a 8/2 = 4, teda vzorec oxidu Si02; c) 2/1 = 2 a 2/2 = 1, preto vzorec oxidu je K20; d) 10/5 = 2 a 10/2 = 5, preto vzorec oxidu je As 2 O 5. |
Berýlium patria do skupiny kovov. A napriek tomu, že je to v prírode pomerne zriedkavý jav, často sa používa v priemysle. Ktovie, možno bez nej by sa nesplnil dávny sen ľudstva o lietaní do vesmíru, pretože tento strieborno-sivý kov je prakticky nenahraditeľný pri konštrukcii rakiet a v leteckom priemysle.
Pri hľadaní mena - od Velur po Beryl Land
Je ľahké uhádnuť, že berýlium dostalo svoj názov podľa minerálu berylu. Čo je však známe o pôvode koreňového slova - „beryl“? Predpokladá sa, že názov minerálu je spojený s obchodným mestom Velur v južnej Indii, v blízkosti ktorého sa našlo ložisko smaragdov, rôzneho berylu. Beryl znamená „kryštál“, „perla“ alebo „bieliť, zblednúť“.
V roku 1798 objavil slávny francúzsky chemik Louis Nicolas Vauquelin oxid dovtedy neznámeho kovu berýlia v minerále beryl. Jeho práca bola publikovaná vo vedeckom časopise. Vydavateľ publikácie sa rozhodol pomenovať prvok „glycín“ (zo starogréckeho „glucinium“ znamená sladký), pretože po rozpustení vo vode jeho zlúčeniny nadobudli sladkú chuť. Nemeckému chemikovi Martinovi Klaprothovi a švédskemu mineralógovi Andersovi Ekebergovi sa však tento názov pre chemický prvok nepáčil a s odvolaním sa na skutočnosť, že soli ytria majú tiež sladkú chuť, dali tomuto prvku názov - „berryl earth“.
Približne do polovice 19. storočia sa však berýlium stále nazývalo „wisterium“ alebo „glucinium“. Stojí za zmienku, že pri identifikácii tohto prvku zostala aj ruská stopa. Ruský banský inžinier I.V. Avdeev v priebehu svojho výskumu odhalil presné zloženie zlúčenín berýlia. Údaje tohto vedca boli užitočné pre Dmitrija Mendelejeva pri zostavovaní slávnej periodickej tabuľky, v ktorej Mendelejev pripísal berýlium do 2. skupiny prvkov.
Ďalším dôležitým faktom je, že Vauquelin izoloval kov nie v čistej forme, ale iba vo forme oxidu BeO a čisté berýlium sa získalo až v roku 1828.
Aké nebezpečné je berýlium pre ľudské telo?
Berýlium, na rozdiel od svojho minerálu beryllonitu nezaujíma kúzelníkov, litoterapeutov a astrológov. Je to všetko o jedovatých vlastnostiach prvku, kvôli ktorým je pre človeka jednoducho nebezpečné pracovať s ním bez použitia špeciálnych zariadení.
Je známe, že berýlium vstupuje do ľudského tela s jedlom a vodou v malých množstvách, je prítomné najmä v paradajkách a šaláte.
Berýlium sa do ľudského tela dostáva najmä vdýchnutím, dýchacím systémom vo forme dymu a pary. Preto ľudia, ktorých práca zahŕňa časté vdychovanie prachu s obsahom berýlia, sú vystavení riziku ochorenia z povolania, ako je beryllióza (pľúcna sarkoidóza). Smutné štatistiky hovoria, že zo 100 otráv berýliom bolo 10 prípadov smrteľných pre človeka. Prvý smrteľný prípad bol zaznamenaný v roku 1930, kedy bolo vo vzduchu len 25 mg berýlia na 1 meter kubický.
Ak dôjde k nadmernej saturácii berýlia v potravinách, môže dôjsť k procesu, ktorý vedie k rozvoju nevyliečiteľnej berýliovej rachitídy. Ovplyvňuje zvieratá, ktorých biotop spadá do provincií bohatých na berýlium.
Americká agentúra pre ochranu životného prostredia uviedla, že primárny vstup prvku do ľudských biotopov a činností prebieha spaľovaním uhlia. Najčastejšie znečisťuje pôdu a jeho vstup do vody je malý.
V štúdiách uskutočnených Medzinárodnou agentúrou pre výskum rakoviny a súvisiacich s účinkami berýlia na ľudské zdravie je tento chemický prvok klasifikovaný ako potenciálne karcinogénna látka.
Kde sa berýlium používa?
Najväčšie zásoby berýlia sa nachádzajú v USA, hlavne v Utahu, okrem toho sú ložiská berýlia v Brazílii a Rusku. Berýlium využívané pre potreby obranného priemyslu. Napríklad tento kov sa používa pri výrobe reaktorov pre jadrové ponorky, lode - v elektronických, optických a satelitných zariadeniach.
Berýlium sa používa v jadrovom priemysle. Použitie tohto kovu je rozšírené v ropnom a plynárenskom priemysle, ako aj pri výrobe počítačov. Berýlium sa môže použiť na výrobu lekárskeho vybavenia, najmä pre röntgenové prístroje.
Vrchol častého používania berýlia v leteckej výrobe padol v 40. rokoch 20. storočia, vo vojnových rokoch, keďže počas 2. svetovej vojny rástla potreba rýchlej a kvalitnej výroby bojových vzducholodí.
Okrem toho berýlium nepostrádateľné pri výrobe bŕzd pre letecké zariadenia a tepelné štíty.
Materiály vytvorené na báze berýlia sú cenné pre mnohé vlastnosti: sú ľahké, trvanlivé a odolné voči vysokým teplotám.
