BERYL: HISTORIA, STRUKTURA, WŁAŚCIWOŚCI, ZASTOSOWANIA - CHEMIA - 2026

Berylu jest pierwiastkiem metalu należącego do grupy 2 i IIA układu okresowego pierwiastków. Jest to najlżejszy metal ziem alkalicznych z grupy i jest reprezentowany przez symbol Be. Jego atom i kation są również mniejsze niż jego kongenerów (Mg, Ca, Sr …).

Ze względu na niezwykłą gęstość ładunku metal ten zwykle nie występuje w izolacji. Około 30 minerały są znane zawiera, wśród których są: beryl (3BeO · Al ₂ O ₃ · 6SiO ₂ · 2H ₂ O) bertrandite (4BeO.2SiO ₂ .2H ₂ O) chryzoberyl (Beal ₂ O ₄ ) i fenakit (Be ₂ Si ₄ ).

Bryłki metalicznego berylu. Źródło: W. Oelen

Szmaragd, kamień szlachetny, to odmiana berylu. Jednak czysty beryl nie jest tak uderzający; ma bladoszary połysk (górne zdjęcie) i został osiągnięty w postaci nasion lub pastylek do ssania.

Beryl posiada szereg charakterystycznych właściwości fizycznych. Ma niską gęstość; wysokie przewodnictwo cieplne i elektryczne, a także jego pojemność cieplna i odprowadzanie ciepła; nie jest metalem magnetycznym; ma również odpowiednią kombinację sztywności i elastyczności.

Wszystkie te właściwości doprowadziły do ​​tego, że beryl jest metalem o wielu zastosowaniach, od zastosowania w stopach z miedzią do produkcji narzędzi, po zastosowanie w rakietach, samolotach, samochodach, reaktorach jądrowych, sprzęcie rentgenowskim, rezonansie. magnetyczny jądrowy itp.

Beryl ma 10 znanych izotopów, w zakresie od ⁵ Be do ¹⁴ Be, przy czym ⁹ Be jest jedynym stabilnym. Podobnie jest bardzo toksycznym metalem, który szczególnie oddziałuje na układ oddechowy, więc jego stosowanie jest ograniczone.

Historia jego odkrycia

Beryl został odkryty przez Louis-Nicolasa Vauguelina w 1798 roku jako składnik mineralny berylu oraz krzemian glinu i berylu.

Później niemiecki chemik Frederic Wöhler, w 1828 r., Zdołał wyodrębnić beryl poprzez reakcję potasu z chlorkiem berylu w tyglu platynowym.

Jednocześnie i niezależnie francuski chemik Antoine Bussy osiągnął izolację berylu. Wöhler jako pierwszy zaproponował nazwę beryl dla metalu.

Obecną nazwę otrzymała w 1957 roku, ponieważ wcześniej była znana jako glukin, ze względu na słodki smak niektórych jego soli. Jednak aby uniknąć pomyłki z innymi związkami o słodkim smaku oraz z rośliną zwaną glukiną, zdecydowano się zmienić jej nazwę na beryl.

Struktura berylu

Struktura krystaliczna berylu. Źródło: Użytkownik: Dornelf

Beryl, jako najlżejszy z metali ziem alkalicznych, należy spodziewać się, że jego atomy będą miały najmniejszą objętość. Atomy berylu oddziałują ze sobą poprzez wiązania metaliczne w taki sposób, że ich „morze elektronów” i odpychanie między jądrem kształtuje strukturę powstałego kryształu.

Następnie powstają czarne kryształy berylu. Kryształy te mają strukturę heksagonalną (górne zdjęcie), gdzie każdy atom Be ma sześć bocznych sąsiadów, a kolejne trzy w płaszczyznach powyżej i poniżej.

Ponieważ kryształy są czarne, warto wyobrazić sobie, że czarne punkty struktury heksagonalnej zostały zastąpione atomami berylu. Jest to jedna z najbardziej zwartych konstrukcji, jaką może przyjąć metal; i ma sens, że bardzo małe atomy Be są tak „ściśnięte”, aby uniknąć jak najmniejszej ilości pustek lub dziur między nimi.

Elektroniczna Konfiguracja

1s ² 2s ²

Co jest równe 4 elektronom, z których 2 mają wartościowość. Jeśli wypromujesz elektron na orbital 2p, będziesz miał dwa orbitale hybrydowe sp. Zatem w związkach berylu mogą występować geometrie liniowe, X-Be-X; na przykład izolowana cząsteczka BeCl ₂ , Cl-Be-Cl.

Nieruchomości

Opis fizyczny

Błyszczące, kruche, stalowo-szare ciało stałe.

Temperatura topnienia

1287 ° C.

Temperatura wrzenia

2471 ° C.

Gęstość

- 1,848 g / cm ³ , w temperaturze pokojowej.

- 1,69 g / cm ³ w temperaturze topnienia (ciekły).

Radio atomowe

112 wieczorem.

Promień kowalencyjny

90 po południu.

Objętość atomowa

5 cm ³ / mol.

Ciepło właściwe

1,824 J / g · mol w 20 ° C.

Ciepło topnienia

12,21 kJ / mol.

Ciepło parowania

309 kJ / mol.

Elektroujemność

1,57 w skali Paulinga.

Potencjał standardowy

1,70 V.

Szybkość dźwięku

12890 m / s.

Rozszerzalność cieplna

11,3 µm / m · K w 25 ° C

Przewodność cieplna

200 w / m K.

Właściwości chemiczne

Beryl pokryty jest warstwą tlenku berylu (BeO), która chroni go w powietrzu w temperaturze pokojowej. Utlenianie berylu zachodzi w temperaturach powyżej 1000 ° C, w wyniku czego powstaje tlenek berylu i azotek berylu jako produkty.

Jest również odporny na działanie kwasu azotowego 15 M. Ale rozpuszcza się w kwasie solnym i zasadach, takich jak wodorotlenek sodu.

Aplikacje

Produkcja narzędzi

Beryl tworzy stopy z miedzią, niklem i aluminium. W szczególności stop z miedzią daje narzędzia o dużej twardości i wytrzymałości, stanowiące zaledwie 2% masy stopu.

Narzędzia te nie wytwarzają iskier podczas uderzania w żelazo, co umożliwia ich stosowanie w środowiskach o dużej zawartości gazów palnych.

Ze względu na małą gęstość ma niewielką wagę, co w połączeniu ze swoją sztywnością pozwala na zastosowanie w samolotach kosmicznych, rakietach, pociskach i samolotach. Stop z berylem został użyty do produkcji części samochodowych. Był również używany do produkcji sprężyn.

Ze względu na dużą twardość, jaką nadaje beryl swoim stopom, znalazły zastosowanie w hamulcach samolotów wojskowych.

Tworzenie luster

Beryl został użyty do produkcji luster ze względu na jego stabilność wymiarową i zdolność do polerowania. Lustra te są używane w satelitach i systemach kierowania ogniem. Są również używane w teleskopach kosmicznych.

W promieniowaniu jonizującym

Beryl jest pierwiastkiem o małej gęstości, więc można go uznać za przezroczysty dla promieni rentgenowskich, co pozwala na jego wykorzystanie w konstrukcji okienek rurek emitujących promieniowanie rentgenowskie, do zastosowań przemysłowych oraz w diagnostyce medycznej. .

Beryl jest również stosowany w oknach detektorów promieniowania radioaktywnego.

W sprzęcie wytwarzającym magnetyzm

Wśród cech charakterystycznych berylu jest to, że nie jest on pierwiastkiem magnetycznym. Pozwala to na zastosowanie go w konstrukcji artykułów do sprzętu do rezonansu magnetycznego, w którym generowane są pola magnetyczne o dużym natężeniu, minimalizując wszelkie zakłócenia.

Reaktor nuklearny

Ze względu na wysoką temperaturę topnienia znalazł zastosowanie w reaktorach jądrowych i ceramice. Beryl jest używany jako moderator reakcji jądrowych oraz jako producent neutronów:

⁹ Be + ⁴ He (α) => ¹² C + n (neutron)

Szacuje się, że na milion atomów berylu bombardowanych cząstkami α wytwarza się do 30 milionów neutronów. Właśnie ta reakcja jądrowa pozwoliła na odkrycie neutronu.

James Chadwick zbombardował atomy berylu cząstkami α (He). Badacz zaobserwował uwalnianie cząstek subatomowych bez ładunku elektrycznego, co doprowadziło do odkrycia neutronów.

Metalowy ochraniacz

Dodatkowa ilość berylu na powierzchnię metali, które mogą ulec utlenieniu, zapewnia im pewną ochronę. Na przykład zmniejsza się palność magnezu i przedłuża połysk stopów srebra.

Gdzie to się znajduje?

Beryl znajduje się w pegmatycie, związanym z miką, skaleniem i kwarcem. Za pomocą techniki flotacyjnej oddziela się mieszaninę berylu i skalenia. Następnie skaleń i beryl są zagęszczane i poddawane działaniu podchlorynu wapnia.

Po potraktowaniu kwasem siarkowym i sulfonianem potasu poprzez rozcieńczenie uzyskuje się flotację berylu, oddzielając go od skalenia.

Beryl jest traktowany fluorokrzemianem sodu i sodą w temperaturze 770 ° C w celu utworzenia fluorobylanu sodu, tlenku glinu i dwutlenku krzemu. Następnie wodorotlenek berylu wytrąca się z roztworu fluoroberynianu sodu za pomocą wodorotlenku sodu.

Fluorek berylu powstaje w reakcji wodorotlenku berylu z fluorowodorkiem amoniaku, w wyniku czego powstaje tetrafluroberynian amonu. Podgrzewa się go w celu wytworzenia fluorku berylu, który poddaje się obróbce na gorąco magnezem w celu wyodrębnienia berylu.

Ryzyka

Beryl jako drobno rozdrobniony metal, w postaci roztworów, suchego proszku lub dymu, jest bardzo toksyczny i może powodować zapalenie skóry. Jednak największą toksyczność wywołuje inhalacja.

Początkowo beryl może wywoływać nadwrażliwość lub alergię, które mogą przekształcić się w berylozę lub przewlekłą chorobę berylu (CBD). To poważna choroba, charakteryzująca się zmniejszeniem pojemności płuc.

Ostra choroba jest rzadka. W chorobach przewlekłych ziarniniaki tworzą się w całym ciele, zwłaszcza w płucach. Przewlekła beryloza powoduje postępującą duszność, kaszel i ogólne osłabienie (astenia).

Ostra beryloza może być śmiertelna. W beryliozie dochodzi do postępującej utraty funkcji oddechowej, ponieważ dochodzi do niedrożności przepływu gazów w drogach oddechowych i spadku utlenowania krwi tętniczej.

Bibliografia

1. Królewskie Towarzystwo Chemii. (2019). Beryl. Odzyskany z: rsc.org
2. Narodowe Centrum Informacji Biotechnologicznej. (2019). Beryl. Baza danych PubChem. Odzyskany z: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov
3. Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (15 marca 2019). Fakty dotyczące berylu. Odzyskany z: thinkco.com
4. Wikipedia. (2019). Beryl. Odzyskane z: en.wikipedia.org
5. Lenntech BV (2019). Beryllium-Be. Odzyskany z: lenntech.com
6. Materio Corporation. (2019). Dowiedz się o pierwiastku beryl Odzyskany z: beryllium.com
7. D. Michaud. (12 kwietnia 2016). Problem przetwarzania i ekstrakcji berylu. 911 Metalurg. Odzyskane z: 911metallurgist.com
8. Timothy P. Hanusa. (5 stycznia 2016). Beryl. Encyclopædia Britannica. Odzyskany z: britannica.com
9. Lee S. Newman. (2014). Choroba berylu. Podręcznik MSD. Odzyskany z: msdmanuals.com