Beryl (pierwiastek)

Z Wikipedii, wolnej encyklopedii
Beryl
lit ← beryl → bor
Wygląd
stalowoszary
Beryl
Widmo emisyjne berylu
Widmo emisyjne berylu
Ogólne informacje
Nazwa, symbol, l.a.

beryl, Be, 4
(łac. beryllium)

Grupa, okres, blok

2 (IIA), 2, s

Stopień utlenienia

II

Właściwości metaliczne

metal ziem alkalicznych

Właściwości tlenków

amfoteryczne

Masa atomowa

9,0122 ± 0,0001[4][a]

Stan skupienia

stały

Gęstość

1848 kg/m³

Temperatura topnienia

1287 °C[1]

Temperatura wrzenia

2471 °C[1]

Numer CAS

7440-41-7

PubChem

5460467

Jeżeli nie podano inaczej, dane dotyczą
warunków normalnych (0 °C, 1013,25 hPa)

Beryl (Be, łac. beryllium) – pierwiastek chemiczny o liczbie atomowej 4, metal należący do drugiej grupy głównej układu okresowego. Stosunkowo rzadko występuje we Wszechświecie, z reguły jako produkt spalacji większych jąder atomowych pod wpływem promieniowania kosmicznego.

W związkach jest dwuwartościowy. Naturalnie występuje jedynie w połączeniu z innymi pierwiastkami w minerałach. Ważniejszymi kamieniami szlachetnymi zawierającymi ten pierwiastek są akwamaryn, szmaragd i chryzoberyl.

W postaci wolnej beryl jest twardym, lekkim i kruchym metalem o stalowoszarej barwie. Jedynym jego stabilnym izotopem jest 9
Be
. Został odkryty przez Louisa Vauquelina w 1798 roku[6].

Dodany jako pierwiastek stopowy do glinu, miedzi, żelaza i niklu, znacznie zmienia ich właściwości fizyczne. Narzędzia wykonane ze stopów berylu z miedzią są twarde, trwałe i nieiskrzące. W zastosowaniach konstrukcyjnych, połączenie wysokiej sztywności, stabilności termicznej, przewodności cieplnej oraz niskiej gęstości (1,85 gęstości wody) czyni beryl materiałem odpowiednim do produkcji podzespołów samolotów, rakiet, statków kosmicznych i satelitów. Z powodu niskiej gęstości i masy atomowej przepuszcza promienie rentgenowskie oraz innego rodzaju promieniowanie jonizujące. Z tego względu stanowi najpowszechniejszy materiał do produkcji okien w aparaturze rentgenowskiej oraz komponentów wykorzystywanych do eksperymentów fizyki cząstek elementarnych. Wysoka przewodność cieplna berylu i tlenku berylu pozwoliła na wykorzystanie w systemach do zarządzania ciepłem.

Komercyjne wykorzystanie tego pierwiastka wymaga zastosowania odpowiedniego systemu odprowadzenia pyłu oraz sterowania przemysłowego ze względu na toksyczność pyłów zawierających beryl. U niektórych ludzi mogą one wywołać zagrażającą życiu chorobę alergiczną, zwaną berylozą. Uczulenie na beryl dotyczy około 16% populacji.

Historia[edytuj | edytuj kod]

Beryl odkrył francuski chemik Louis Nicolas Vauquelin podczas badania składu minerałów o tej samej nazwie, głównie szmaragdu. O odkryciu poinformował 15 lutego 1798 roku, na posiedzeniu Akademii Francuskiej. Czysty beryl po raz pierwszy otrzymał francuski chemik Paul Lebeau (1898) podczas elektrolizy stopionego fluoroberylanu sodowego NaBeF
3
[6].

Występowanie[edytuj | edytuj kod]

Zawartość berylu w górnych warstwach skorupy Ziemi wynosi 0,0002%, występuje w minerałach takich jak beryl (Be
3
Al
2
[Si
6
O
18
]
), chryzoberyl (Al
2
BeO
4
) lub fenakit (Be
2
SiO
4
). Niektóre odmiany minerału berylu (szmaragd, akwamaryn, heliodor) uznawane są za kamienie szlachetne.

Otrzymywanie[edytuj | edytuj kod]

Metaliczny beryl można wydzielić elektrolitycznie ze stopionych soliBeCl
2
i BeF
2
.

Właściwości[edytuj | edytuj kod]

Właściwości fizyczne[edytuj | edytuj kod]

Beryl jest twardym, kruchym metalem o zwartej heksagonalnej strukturze krystalicznej. Charakteryzuje się wyjątkowo wysoką sztywnością (moduł Younga 287 GPa[7]) i wysoką temperaturą topnienia, wynoszącą 1287 °C[1].

Właściwości chemiczne[edytuj | edytuj kod]

W związkach chemicznych występuje na +II stopniu utlenienia. Nie roztwarza się na zimno w kwasie azotowym (ulega pasywacji). Aby reakcja berylu z wodą zaszła efektywnie należy podgrzać ją niemal do wrzenia. Rozcieńczone kwasy siarkowy i solny reagują z berylem już w temperaturze pokojowej. Z powodu amfoterycznych właściwości rozpuszcza się w roztworach wodorotlenków metali alkalicznych:

Be + 2OH
+ 2H
2
O → [Be(OH)
4
]2−
+ H
2

Stosunkowo duża elektroujemność sprawia, że beryl łączy się z innymi pierwiastkami poprzez wiązania kowalencyjne. Sole berylu są podatne na hydrolizę, w wyniku której powstają kationy tetraakwaberylowe [Be(H
2
O)
4
]2+
, wchodzące w skład soli kompleksowych o charakterze jonowym, np. [Be(H
2
O)
4
]SO
4
i [Be(H
2
O)
4
]Cl
2
[8]. Beryl może tworzyć także inne związki kompleksowe, np. [BeF
4
]2−
.

Z tlenem beryl tworzy tlenek berylu (BeO, krystalizuje w układzie heksagonalnym). Znane są także związki berylu z wodorem BeH
2
, siarką – BeS, azotemBe
3
N
2
, węglemBe
2
C
.

Wodorotlenek berylu Be(OH)
2
jest trudno rozpuszczalny w wodzie i ma własności amfoteryczne, z silnymi zasadami dając berylany, np. Na
2
BeO
2
i K
2
BeO
2
. Siarczan berylu BeSO
4
jest dobrze rozpuszczalny w wodzie (41,3 g/100 cm³ w 25 °C), natomiast węglan BeCO
3
·4H
2
O
rozpuszcza się dużo słabiej (0,36 g/100 cm³ w 0 °C)[9].

Właściwości biologiczne[edytuj | edytuj kod]

Beryl prawdopodobnie nie ma znaczenia biologicznego; dotychczas nie stwierdzono wykorzystywania tego pierwiastka przez organizmy żywe. Związki berylu są silnie trujące, wywołując berylozę, głównie przy kontakcie ze skórą lub poprzez wdychanie pyłu berylowego[10].

Zastosowanie[edytuj | edytuj kod]

Technika jądrowa[edytuj | edytuj kod]

Ze względu na mały przekrój czynny wychwytu neutronów termicznych, metaliczny beryl stosowany jest jako moderator spowalniający neutrony w reaktorach jądrowych, oraz do wyrobu prętów sterujących i awaryjnych. W mieszaninie z pierwiastkami emitującymi cząstki alfa stosowany jest jako źródło neutronów. Będąc dobrym reflektorem neutronów, wykorzystywany jest w broni jądrowej jako osłona (reflektor) ładunku jądrowego, co pozwala na zmniejszenie masy krytycznej.

Technika radiacyjna[edytuj | edytuj kod]

Okienko berylowe w mikroskopie rentgenowskim

Beryl bardzo słabo pochłania promieniowanie rentgenowskie, co pozwala na stosowanie go do wyrobu okienek w aparatach i mikroskopach rentgenowskich oraz w detektorach promieniowania rentgenowskiego.

Dzięki przezroczystości berylu dla wysokoenergetycznych cząstek naładowanych elektrycznie, wykorzystuje się go do budowy detektorów takiego promieniowania w akceleratorach cząstek elementarnych (np. Wielki Zderzacz Hadronów).

Technika głośnikowa[edytuj | edytuj kod]

Duża sztywność (moduł Younga 287 GPa[7]) i niska gęstość sprawiają, że stosuje się go do wytwarzania membran głośników wysokotonowych charakteryzujących się znacznie lepszymi parametrami od wykonanych typowo z tytanu lub glinu (pasmo przenoszenia 1000 – 40 000 Hz)[11]. Ze względu na toksyczność berylu i jego trudną obróbkę, ich cena jest znacznie wyższa i są produkowane przez niewiele firm[12].

Inne zastosowania[edytuj | edytuj kod]

Beryl może służyć jako dodatek do stopów innych metali, gdzie zwiększa twardość i odporność na korozję[10]. Stop miedzi z berylem jest wykorzystywany w produkcji narzędzi nieiskrzących, elementów sprężystych, podzespołów aparatury chemicznej oraz elementów żaroodpornych. Pył berylowy jest składnikiem stałego paliwa rakietowego o najwyższym impulsie właściwym oraz rakietowych silnikach o zastosowaniach militarnych.

Ze względu na małą gęstość i dobre parametry mechaniczne, beryl wykorzystano do budowy zwierciadeł w Kosmicznym Teleskopie Jamesa Webba[13].

Uwagi[edytuj | edytuj kod]

  1. Podana wartość stanowi przybliżoną standardową względną masę atomową (ang. abridged standard atomic weight) publikowaną wraz ze standardową względną masą atomową, która wynosi 9,0121831 ± 0,0000005.

Przypisy[edytuj | edytuj kod]

  1. a b c David R. Lide (red.), CRC Handbook of Chemistry and Physics, wyd. 90, Boca Raton: CRC Press, 2009, s. 4–51, ISBN 978-1-4200-9084-0 (ang.).
  2. beryllium, [w:] Classification and Labelling Inventory [online], Europejska Agencja Chemikaliów [dostęp 2015-03-09] (ang.).
  3. Beryllium (nr 265063) (ang.) – karta charakterystyki produktu Sigma-Aldrich (Merck) na obszar Stanów Zjednoczonych. [dostęp 2011-10-02]. (przeczytaj, jeśli nie wyświetla się prawidłowa wersja karty charakterystyki)
  4. Thomas Prohaska i inni, Standard atomic weights of the elements 2021 (IUPAC Technical Report), „Pure and Applied Chemistry”, 94 (5), 2021, s. 573–600, DOI10.1515/pac-2019-0603 (ang.).
  5. Beryl (nr 265063) – karta charakterystyki produktu Sigma-Aldrich (Merck) na obszar Polski. [dostęp 2011-10-02]. (przeczytaj, jeśli nie wyświetla się prawidłowa wersja karty charakterystyki)
  6. a b Ignacy Eichstaedt: Księga pierwiastków. Warszawa: Wiedza Powszechna, 1973, s. 90–91. OCLC 839118859.
  7. a b Concise Encyclopedia Chemistry. trans. rev. Eagleson, Mary. Berlin: Walter de Gruyter, 1994. (ang.).
  8. John David Lee: Zwięzła chemia nieorganiczna. Warszawa: PWN, 1997, s. 151. ISBN 83-01-12352-4.
  9. CRC Handbook of Chemistry and Physics, David R. Lide (red.), wyd. 88, Boca Raton: CRC Press, 2007, s. 4-51, ISBN 978-0-8493-0488-0 (ang.).
  10. a b Ryszard Szepke: 1000 słów o atomie i technice jądrowej. Wydawnictwo Ministerstwa Obrony Narodowej, 1982. ISBN 83-11-06723-6. (pol.).
  11. Beryllium tweeter. Focal. [dostęp 2017-04-13].
  12. John E. Johnson (Jr): Usher Be-718 Bookshelf Speakers with Beryllium Tweeters. Secrets of Home Theater and High Fidelity, 12 listopada 2007. [zarchiwizowane z tego adresu (13 czerwca 2011)]. (ang.).
  13. The James Webb Space Telescope: Mirrors. NASA. [dostęp 2010-11-12].

Bibliografia[edytuj | edytuj kod]