Beryllium

Beryllium
←  Lithium | Bor  →
fire Vær ↓ mg 4 Vær
Udseende af et simpelt stof
Polykrystallinsk fragment af beryllium. Renhed >99%.
Atom egenskaber
Navn, symbol, nummer	Beryllium / Beryllium (Be), 4
Gruppe , punktum , blok	2 (forældet 2), 2, s-element
Atommasse ( molær masse )	9.012182(3) [1]  a. e. m.  ( g / mol )
Elektronisk konfiguration	[ Han ] 2s 2 1s 2 2s 2
Atomradius	112 kl
Kemiske egenskaber
kovalent radius	90  kl
Ion radius	35 (+2e)  kl
Elektronegativitet	1,57 (Pauling-skala)
Elektrodepotentiale	-1,69 V
Oxidationstilstande	0, +2
Ioniseringsenergi (første elektron)	898,8 (9,32)  kJ / mol  ( eV )
Termodynamiske egenskaber af et simpelt stof
Tæthed ( i.a. )	1,848 g/cm³
Smeltetemperatur	1551K (1278  ° C , 2332 °F)
Kogetemperatur	3243K (2970  ° C , 5378 °F)
Oud. fusionsvarme	12,21 kJ/mol
Oud. fordampningsvarme	309 kJ/mol
Molær varmekapacitet	16,44 [2]  J/(K mol)
Molært volumen	5,0  cm³ / mol
Krystalgitteret af et simpelt stof
Gitterstruktur	Sekskantet
Gitterparametre	a = 2,286 Å; c = 3,584  Å
c / a -forhold	1.567
Debye temperatur	1000K  _
Andre egenskaber
Varmeledningsevne	(300 K) 201 W/(m K)
CAS nummer	7440-41-7

Beryllium ( kemisk symbol  - Be , fra lat.  Beryllium ) er et kemisk grundstof af den 2. gruppe (ifølge den forældede klassificering  - den vigtigste undergruppe af den anden gruppe, IIA), den anden periode af det periodiske system af kemiske elementer af D. I. Mendeleev med atomnummer 4.

Som et simpelt stof er beryllium  et relativt hårdt , lysegråt jordalkalimetal . Ekstremt giftig . Beryllium og dets forbindelser er IARC kategori 1 kræftfremkaldende stoffer .

Historie

Opdaget i 1798 af den franske kemiker Louis Nicolas Vauquelin , som kaldte det glucinium. Grundstoffet fik sit moderne navn efter forslag fra de tyske kemikere Klaproth og svenskeren Ekeberg .

Et stort arbejde med at etablere sammensætningen af ​​forbindelser af beryllium og dets mineraler blev udført af den russiske kemiker Ivan Avdeev . Det var ham, der beviste, at berylliumoxid har sammensætningen BeO, og ikke Be 2 O 3 , som tidligere antaget.

Beryllium blev isoleret i fri form i 1828 af den franske kemiker Antoine Bussy og uafhængigt af den tyske kemiker Friedrich Wöhler . Rent metallisk beryllium blev opnået i 1898 af den franske fysiker Paul Lebeau ved elektrolyse af smeltede salte [3] .

Navnets oprindelse

Navnet på beryllium kommer fra navnet på mineralet beryll ( andet græsk βήρυλλος ) (beryllium og aluminiumsilikat, Be 3 Al 2 Si 6 O 18 ), som går tilbage til navnet på byen Belur (Vellur) i Sydindien , ikke langt fra Madras ; Siden oldtiden har aflejringer af smaragder  , sorter af beryl , været kendt i Indien . På grund af den søde smag af vandopløselige forbindelser af beryllium, blev grundstoffet først kaldt "glycium" ( andre græsk γλυκύς  - sød) [4] .

At være i naturen

I universet er beryllium et relativt sjældent grundstof, fordi det ikke dannes som følge af kernereaktioner i stjerners indre. Beryllium dannes hovedsageligt under supernovaeksplosioner , som et resultat af hvilke tungere kerner spaltes til lettere af strømme af hurtige partikler. I Solen er den observerede koncentration af beryllium 0,1 ppm [5] . I jordskorpen har beryllium en koncentration på 2 til 6 ppm [6] . Det gennemsnitlige indhold af beryllium i jordskorpen er 3,8 g/t og stiger fra ultrabasiske (0,2 g/t) til sure (5 g/t) og basiske (70 g/t) bjergarter. Hovedparten af ​​beryllium i magmatiske bjergarter er forbundet med plagioklaser , hvor beryllium erstatter silicium . Imidlertid er dens højeste koncentrationer karakteristiske for nogle mørkfarvede mineraler og muskovit (tiere, sjældnere hundreder af g/t). Hvis beryllium næsten spredes fuldstændigt i alkaliske klipper, kan det under dannelsen af ​​sure klipper akkumuleres i postmagmatiske produkter af postkollision og anorogene granitoider  - pegmatitter og pneumatolitiske-hydrotermiske legemer. I sure pegmatitter er dannelsen af ​​betydelige ophobninger af beryllium forbundet med processerne med albitisering og muscovitisering. I pegmatitter danner beryllium sine egne mineraler, men en del af det (ca. 10%) findes i isomorf form i stendannende og sekundære mineraler ( mikroklin , albit , kvarts , glimmer osv.). I alkaliske pegmatitter findes beryllium i små mængder som en del af sjældne mineraler: eudidymite , chkalovite , analcime og leucophane, hvor det kommer ind i den anioniske gruppe. Postmagmatiske opløsninger fører beryllium ud af magmaet i form af fluorholdige udstrålinger og komplekse forbindelser i forbindelse med wolfram , tin , molybdæn og lithium .

Indholdet af beryllium i havvand er ekstremt lavt - 6⋅10 −7 mg/l [7] .

Mere end 30 egentlige berylliummineraler kendes, men kun 6 af dem anses for mere eller mindre almindelige: beryl , chrysoberyl , bertrandit , phenakit , gelvin , danalit . Industriel betydning er hovedsageligt beryl og bertrandit, i Rusland ( Republikken Buryatia ) udvikles fenakit-bertrandit Ermakovskoye-forekomsten .

Varianter af beryl betragtes som ædelsten: akvamarin  - blå, grønlig-blå, blålig-grøn; smaragd  - tæt grøn, lysegrøn; heliodor  - gul; der kendes en række andre sorter af beryl, der adskiller sig i farve (mørkeblå, pink, rød, lyseblå, farveløs osv.). Farven på beryl er givet af urenheder af forskellige elementer.

Indskud

Berylliummineralforekomster er til stede i Brasilien , Argentina , Afrika , Indien , Kasakhstan , Rusland ( Ermakovskoye-forekomst i Buryatia , Malyshevskoye-forekomst i Sverdlovsk-regionen, pegmatitter i de østlige og sydøstlige dele af Murmansk-regionen) osv. [8] . Bertrandite er mest almindelig i USA, især i Utah.

Fysiske egenskaber

Beryllium er relativt hårdt (5,5 Mohs ), og overgår andre letmetaller ( aluminium , magnesium ) i hårdhed, men et sprødt sølv-hvidt metal . Det har et højt elasticitetsmodul  - 300 GPa (for stål  - 200-210 GPa). I luften er det aktivt dækket af en stabil BeO -oxidfilm . Lydens hastighed i beryllium er meget høj - 12.600 m/s , hvilket er 2-3 gange større end i andre metaller. Det har høj varmeledningsevne og højt smeltepunkt.

Kemiske egenskaber

Beryllium har to oxidationstilstande  , 0 og +2. Beryllium(II)hydroxid er amfotert, og både basiske (med dannelse af Be 2+ ) og sure (med dannelse af [Be(OH) 4 ] 2− ) egenskaber er svagt udtrykt. +1 oxidationstilstanden for beryllium blev opnået ved at studere fordampningen af ​​beryllium i vakuum i berylliumoxid BeO-digler med dannelse af flygtigt oxid Be 2 O som følge af co-proportionering BeO + Be = Be 2 O [9] .

I mange kemiske egenskaber ligner beryllium mere aluminium end magnesium direkte under det i det periodiske system (en manifestation af " diagonal lighed ").

Metallisk beryllium er relativt ureaktivt ved stuetemperatur. I kompakt form reagerer det ikke med vand og vanddamp selv ved rød varme og oxideres ikke af luft op til 600 °C. Når det antændes, brænder berylliumpulver med en skarp flamme og producerer oxid og nitrid. Halogener reagerer med beryllium ved temperaturer over 600 °C, mens chalkogener kræver endnu højere temperaturer. Ammoniak reagerer med beryllium ved temperaturer over 1200 °C og danner Be3N2 - nitrid , og kulstof giver Be2C - carbid ved 1700 °C . Beryllium reagerer ikke direkte med brint .

Beryllium opløses let i fortyndede vandige opløsninger af syrer ( saltsyre , svovlsyre , salpetersyre ), men kold koncentreret salpetersyre passiverer metallet. Reaktionen af ​​beryllium med vandige opløsninger af alkalier ledsages af udviklingen af ​​hydrogen og dannelsen af ​​hydroxoberyllater:

Når reaktionen udføres med en alkalismelte ved 400-500 ° C, dannes berylater:

Isotoper af beryllium

Naturligt beryllium består af en enkelt isotop 9 Be. Alle andre isotoper af beryllium (der er 11 kendte, bortset fra stabile 9 Be) er ustabile. De to mest langlivede af dem er 10 Be med en halveringstid på omkring 1,4 millioner år og 7 Be med en halveringstid på 53 dage [10] .

Oprindelse af beryllium

I processerne af både primær og stjernenukleosyntese fødes kun lette ustabile isotoper af beryllium. En stabil isotop kan optræde både i stjerner og i det interstellare medium som følge af henfaldet af tungere kerner bombarderet af kosmiske stråler [11] . I Jordens atmosfære dannes der kontinuerligt radioaktivt som følge af spaltning af iltkerner af kosmiske stråler [12] .

Henter

I form af et simpelt stof i det 19. århundrede blev beryllium opnået ved indvirkning af kalium på vandfrit berylliumchlorid :

I øjeblikket opnås beryllium ved at reducere berylliumfluorid med magnesium :

eller ved elektrolyse af en smelte af en blanding af beryllium og natriumchlorider. De oprindelige salte af beryllium isoleres under forarbejdningen af ​​berylliummalm .

Produktion og anvendelse

Fra 2012 var de vigtigste berylliumproducenter: USA (med en bred margin) og Kina . Ud over dem forarbejdes berylliummalm også af Kasakhstan [13] . I 2014 producerede Rusland også den første prøve af beryllium [14] . Andre landes andel udgjorde i 2012 4 % af verdensproduktionen. I alt producerer verden 300 tons beryllium om året (2016) [15] .

Legering

Beryllium bruges hovedsageligt som legeringstilsætning til forskellige legeringer. Tilsætningen af ​​beryllium øger hårdheden og styrken af ​​legeringer betydeligt, korrosionsbestandigheden af ​​overflader fremstillet af disse legeringer. Inden for teknik er berylliumbronze af BeB-typen (fjederkontakter) ret udbredt . Tilsætningen af ​​0,5 % beryllium til stål gør det muligt at producere fjedre, der forbliver elastiske op til rødglødende temperaturer. Disse fjedre er i stand til at modstå milliarder af cyklusser med betydelig belastning. Derudover glitrer berylliumbronze ikke, når den slås mod sten eller metal. En af legeringerne har sit eget navn randol . På grund af dets lighed med guld, kaldes randol "sigøjnerguld" [16] .

Røntgenteknologi

Beryllium absorberer røntgenstråler svagt , så vinduer af røntgenrør er lavet af det (hvorigennem stråling slipper ud) og vinduer af røntgenstråler og brede gammadetektorer, hvorigennem stråling kommer ind i detektoren.

Atomkraft

I atomreaktorer bruges beryllium til fremstilling af neutronreflektorer og bruges som neutronmoderator . I blandinger med nogle α- radioaktive nuklider anvendes beryllium i ampul neutronkilder, da interaktionen mellem beryllium-9 kerner og α - partikler producerer neutroner: 9 Be + α → n + 12 C.

Berylliumoxid tjener sammen med metallisk beryllium i nuklear teknologi som en mere effektiv neutronmoderator og reflektor end ren beryllium. Derudover bruges berylliumoxid blandet med uranoxid som et meget effektivt nukleart brændsel. Berylliumfluorid i en legering med lithiumfluorid bruges som kølemiddel og opløsningsmiddel til uran-, plutonium- og thoriumsalte i flydende- salt-atomreaktorer med høj temperatur .

Berylliumfluorid bruges i nuklear teknologi til at smelte glas, der bruges til at kontrollere små neutronfluxer. Den mest teknologisk avancerede og højkvalitetssammensætning af sådant glas er (BeF 2  - 60%, PuF 4  - 4%, AlF 3  - 10%, MgF 2  - 10%, CaF 2  - 16%). Denne sammensætning viser tydeligt et af eksemplerne på anvendelsen af ​​plutoniumforbindelser som et strukturelt materiale (delvis).

Lasermaterialer

I laserteknologi bruges berylliumaluminat til fremstilling af faststofemittere (stænger, plader).

Luftfartsteknik

Næsten intet strukturelt materiale kan konkurrere med beryllium i produktionen af ​​termiske skjolde og styresystemer. Strukturelle materialer baseret på beryllium er både lette, stærke og modstandsdygtige over for høje temperaturer. Disse legeringer er 1,5 gange lettere end aluminium og er også stærkere end mange specialstål. Produktionen af ​​beryllider , der bruges som strukturelle materialer til motorer og plettering af raketter og fly, samt i nuklear teknologi, er blevet lanceret.

Af særlig interesse for astronomer er berylliumspejle [17] . Spejle med store arealer, ofte med en bikagestøttestruktur, bruges for eksempel i meteorologiske satellitter, hvor lav vægt og langsigtet dimensionsstabilitet er kritisk. James Webb-rumteleskopets primære spejl består af 18 sekskantede segmenter lavet af guldbelagt beryllium [18] [19] . Fordi teleskopet vil fungere ved 33K, er spejlet lavet af forgyldt beryllium, som kan modstå ekstrem kulde bedre end glas. Beryllium krymper og deformeres mindre end glas og forbliver mere ensartet ved disse temperaturer. Af samme grund er optikken i Spitzer-rumteleskopet udelukkende bygget af metallisk beryllium. .

Raketbrændstof

Det er værd at bemærke den høje toksicitet og høje omkostninger ved metallisk beryllium, og i forbindelse hermed er der gjort en betydelig indsats for at identificere berylliumholdige brændstoffer, som har væsentlig lavere samlet toksicitet og omkostninger. En sådan berylliumforbindelse er berylliumhydrid .

Ildfaste materialer

Berylliumoxid er den mest termisk ledende af alle oxider, dens varmeledningsevne ved stuetemperatur er højere end den for de fleste metaller og næsten alle ikke-metaller (undtagen diamant og siliciumcarbid ). Det tjener som en høj termisk ledningsevne højtemperaturisolator og ildfast materiale til laboratoriedigler og andre specielle lejligheder.

Akustik

På grund af sin lethed og høje hårdhed er beryllium med succes blevet brugt som materiale til elektrodynamiske højttalere . Imidlertid begrænser dens høje omkostninger, behandlingskompleksitet (på grund af skørhed) og toksicitet (hvis behandlingsteknologien ikke følges) brugen af ​​berylliumhøjttalere i dyre professionelle lydsystemer [20] . På grund af den høje effektivitet af beryllium i akustik hævder nogle producenter at bruge beryllium i deres produkter for at forbedre salget, mens dette ikke er tilfældet [21] .

Large Hadron Collider

Ved strålekollisionspunkterne ved Large Hadron Collider (LHC) er vakuumrøret lavet af beryllium. Samtidig interagerer den praktisk talt ikke med partikler produceret i kollisioner (som registreres af detektorer), men samtidig er den ret stærk.

Biologisk rolle og fysiologisk virkning

Det daglige indtag af beryllium i den menneskelige krop med mad er omkring 0,01 mg. I levende organismer har beryllium ikke nogen væsentlig biologisk funktion. Imidlertid kan beryllium erstatte magnesium i nogle enzymer , hvilket fører til forstyrrelse af deres arbejde.

Beryllium er fytotoksisk, hvilket er forbundet med hæmning af fosfatasernes virkning allerede ved et indhold på 2-16 mg/l, hvilket viser sig i form af underudviklede rødder og forkrøblede blade [22] . For hydrobionter er LD 50 i koncentrationsområdet 15-32 mg/l [22] .

Den toksiske virkning af beryllium er forbundet med dets indtrængning i cellekerner, hvilket forårsager genmutationer, kromosomafvigelser og søsterkromatidudveksling [22] . Berylliumioner er også involveret i konkurrerende reaktioner med magnesium, calcium, manganioner, hvilket fører til blokering af enzymaktivering af dem [22] .

Flygtige (og opløselige) berylliumforbindelser, herunder støv, der indeholder berylliumforbindelser, er meget giftige for mennesker. For luft er MPC i form af beryllium 0,001 mg/m³ . Beryllium har en udtalt allergisk og kræftfremkaldende effekt. Indånding af atmosfærisk luft indeholdende beryllium fører til en alvorlig luftvejssygdom - berylliose [23] [24] . Samtidig er der ingen effekt af beryllium på fosterets reproduktive funktion og udvikling [22] .

Se også

• Berylliumforbindelser
• Randol
• beryllium svejsning

Noter

1. ↑ Michael E. Wieser, Norman Holden, Tyler B. Coplen, John K. Böhlke, Michael Berglund, Willi A. Brand, Paul De Bièvre, Manfred Gröning, Robert D. Loss, Juris Meija, Takafumi Hirata, Thomas Prohaska, Ronny Schoenberg , Glenda O'Connor, Thomas Walczyk, Shige Yoneda, Xiang-Kun Zhu. Grundstoffernes atomvægte 2011 (IUPAC Technical Report  )  // Pure and Applied Chemistry . - 2013. - Bd. 85 , nr. 5 . - S. 1047-1078 . - doi : 10.1351/PAC-REP-13-03-02 .
2. ↑ Beryllium // Chemical Encyclopedia  : i 5 bind / Kap. udg. I. L. Knunyants . - M . : Soviet Encyclopedia , 1988. - T. 1: A - Darzana. - S. 280. - 623 s. — 100.000 eksemplarer.  - ISBN 5-85270-008-8 .
3. ↑ Venetsky S.I. Rumalderens metal // Historier om metaller. - Moskva: Metallurgi, 1979. - 240 s. — 60.000 eksemplarer.
4. ↑ Timothy P. Hanusa. Beryllium  (engelsk) . Encyclopædia Britannica . Encyclopædia Britannica, inc. (26. februar 2020). Hentet 26. juli 2020. Arkiveret fra originalen 23. oktober 2021.
5. ↑ Overflod i solen . Mark Winter, University of Sheffield og WebElements Ltd, Storbritannien . WebElements. Hentet 6. august 2011. Arkiveret fra originalen 27. august 2011. (ubestemt)
6. ↑ Merck-bidragydere. Merck Index: An Encyclopedia of Chemicals, Drugs and Biologicals. — 14. - Whitehouse Station, NJ, USA: Merck Research Laboratories, Merck & Co., Inc., 2006. - ISBN 978-0-911910-00-1 .
7. ↑ Riley JP og Skirrow G. Chemical Oceanography. - 1965. - Bd. JEG.
8. ↑ Populært bibliotek af kemiske grundstoffer. Beryllium. Bøger. Videnskab og teknologi . Hentet 25. marts 2007. Arkiveret fra originalen 18. april 2015. (ubestemt)
9. ↑ Tamm M. E. , Tretyakov Yu. D. Uorganisk kemi / redigeret af Yu. D. Tretyakov. - M. , 2008. - T. 1. - 239 s.
10. ↑ Beryllium Arkiveret 28. juli 2009 på Wayback Machine  - Around the World
11. ↑ Ishkhanov B.S. , Kapitonov I.M. , Tutyn I.A. Dannelse af de letteste kerner 2 H, He, Li, Be, B // Nukleosyntese i universet. - M . : Forlag ved Moskva Universitet, 1998.
12. ↑ Emsley, John. Naturens byggesten: En A–Z-guide til elementerne . - Oxford, England, Storbritannien: Oxford University Press, 2001. - ISBN 978-0-19-850340-8 .
13. ↑ Verdensmarked for beryllium . EREPORT.RU. Hentet 26. juli 2020. Arkiveret fra originalen 11. august 2016. (Russisk)
14. ↑ Rusland producerede den første prøve af sit eget beryllium . Se (16. januar 2015). Dato for adgang: 18. januar 2015. Arkiveret fra originalen 19. januar 2015. (Russisk)
15. ↑ Chumakov V. Passion for beryllium // I videnskabens verden . - 2017. - Nr. 4 . - S. 64-69 .  — URL: https://sciam.ru/articles/details/strasti-po-berilliyu Arkiveret 22. april 2017 på Wayback Machine
16. ↑ Randol metal. Randoli ejendomme. Brugen af ​​randoli . "Din guldsmed" (24. april 2014). Hentet 7. maj 2014. Arkiveret fra originalen 8. maj 2014. (Russisk)
17. ↑ Berylliumspejle vil hjælpe astronomer og elektronikproducenter . TASS . Hentet: 27. juni 2022. (ubestemt)
18. ↑ R.I.A. Nyheder. NASA er færdig med at forberede James Webb-teleskopspejlene . RIA Novosti (20110630T2227). Hentet: 27. juni 2022. (Russisk)
19. ↑ James Webb-teleskopet åbner sit gyldne øje og fuldender udbredelsen i rummet . www.astronews.ru _ Hentet: 27. juni 2022. (ubestemt)
20. ↑ Johnson, Jr., John E. Usher Be-718 boghyldehøjttalere med berylliumdiskanter  ( 12. november 2007). Hentet 18. september 2008. Arkiveret fra originalen 13. juni 2011.
21. ↑ Svilar, Mark Analyse af "Beryllium" højttalerkuppel og kegle opnået fra Kina  (engelsk) (8. januar 2004). Hentet 13. februar 2009. Arkiveret fra originalen 17. maj 2013.
22. ↑ 1 2 3 4 5 Filov V. A. Beryllium og dets forbindelser: miljø, toksikologi, hygiejne  // Ros. chem. magasin. - 2004. - T. 48 , no. 2 . - S. 76-86 . (Russisk)
23. ↑ Batich, Ray og James M. Marder. Metalhåndbog: Metallografi og mikrostrukturer. Ed. 9. - Metals Park, Ohio: American Society for Metals, 1985. - S. 389-391.
24. ↑ Orlova A. A., Tolgskaya MS, Chumakov A. A.; Krylova A.H. (dommer), Maksimyuk E.A. (kemikalie). Beryllium // Big Medical Encyclopedia  : i 30 bind  / kap. udg. B.V. Petrovsky . - 3. udg. - M .  : Soviet Encyclopedia , 1976. - T. 3: Beklemishev - Validol. - S. 69-71. — 584 s. : syg.

Litteratur

• Beryllium: Samling af oversatte artikler fra udenlandske tidsskrifter: Sjældne metaller. - M . : Udenlandsk litteratur, 1955. - T. 3 .: Geokemi, mineralogi og berylliumaflejringer. — 188 s.
• Beus A.A. Branchekrav til kvaliteten af ​​mineralske råstoffer: En opslagsbog for geologer. - 2. udg. -M.: Gosgeoltekhizdat, 1959. - 38 s.
• Beus A. A. Beryllium, hvor og hvordan man leder efter det. — 2. udgave. - M . : Gosgeoltekhizdat, 1962. - 28 s. — (Bibliotek af en mineralprospektør).

Links

• Beryllium på Webelements
• Beryllium på Popular Library of Chemical Elements
• Status og udsigter for verdens berylliummarked . Dato for adgang: 4. januar 2014. Arkiveret fra originalen 30. december 2007. (Russisk)

Ordbøger og encyklopædier	Flot dansk Fantastisk catalansk Fantastisk norsk Stor russer Brockhaus og Efron jorden rundt Lille Brockhaus og Efron Britannica (online) Britannica (online) Brockhaus Treccani Universalis
I bibliografiske kataloger BNE : XX543120 BNF : 12218693d GND : 4144824-8 J9U : 987007284771305171 LCCN : sh85013403 NDL : 00560614 NKC : ph150532