Beryl (pierwiastek)

Z Wikipedii, wolnej encyklopedii
Skocz do: nawigacja, szukaj
Ten artykuł dotyczy pierwiastka chemicznego. Zobacz też: inne znaczenia.
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 9,0121831(5) u[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[5]
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. Pierwiastek stosunkowo rzadko występujący we Wszechświecie, z reguły jako produkt spalacji większych jąder atomowych, które zderzyły się z promieniowaniem kosmicznym. Beryl jest pierwiastkiem dwuwartościowym, naturalnie występującym jedynie w połączeniu z innymi pierwiastkami w minerałach. Ważniejsze kamienie szlachetne zawierające ten pierwiastek to akwamaryn, szmaragd i chryzoberyl.

W postaci wolnej beryl jest twardym, lekkim i kruchym metalem o stalowoszarej barwie. Jego jedynym stabilnym izotopem jest 9Be. Został odkryty przez Louisa Vauquelina w 1798 r.

Dodany jako pierwiastek stopowy do glinu, miedzi, żelaza i niklu, znacznie poprawia ich właściwości fizyczne. Beryl nie tworzy tlenków, chyba że zostanie podgrzany do bardzo wysokich temperatur. 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. Ze względu na niską gęstość i masę atomową, pierwiastek ten przepuszcza promienie rentgenowskie oraz innego rodzaju promieniowanie jonizujące. Ze względu na tę właściwość, stanowi najpowszechniejszy materiał do produkcji okien w aparaturze rentgenowskiej oraz komponentów wykorzystywanych do eksperymentów fizyki cząstek elementarnych. Wysoka przewodność cieplna berylu i tlenku berylu doprowadziła ponadto do ich wykorzystania 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. Pyły te u niektórych ludzi mogą wywołać zagrażającą życiu chorobę alergiczną, zwaną berylozą. Uczulenie na beryl dotyczy około 16% populacji.

Występowanie[edytuj]

Zawartość berylu w górnych warstwach skorupy Ziemi wynosi 0,0002%, występuje w minerałach takich jak beryl (Be3Al2[Si6O18]), chryzoberyl (Al2BeO4) lub fenakit (Be2SiO4). Niektóre odmiany minerału berylu (szmaragd, akwamaryn, heliodor) znane są jako kamienie szlachetne.

Otrzymywanie[edytuj]

Metaliczny beryl można wydzielić elektrolitycznie ze stopionych soliBeCl2 i BeF2.

Właściwości[edytuj]

Właściwości fizyczne[edytuj]

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]

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. Rozcieńczony kwas siarkowy i solny reaguje z berylem już w temperaturze pokojowej. Ze względu na swoje amfoteryczne właściwości, beryl rozpuszcza się w roztworach wodorotlenków metali alkalicznych:

Be + 2OH + 2H2O → [Be(OH)4]2− + H2

Ze względu na stosunkowo dużą elektroujemność, beryl łączy się z innymi pierwiastkami poprzez wiązania kowalencyjne. Sole berylu są podatne na hydrolizę, w wyniku której powstają kationy tetraakwaberylowe [Be(H2O)4]2+, wchodzące w skład soli kompleksowych o charakterze jonowym, np. [Be(H2O)4]SO4 i [Be(H2O)4]Cl2[8]. Beryl może tworzyć także inne związki kompleksowe, np. [BeF4]2−.

Z tlenem beryl tworzy tlenek berylu (BeO, krystalizuje w układzie heksagonalnym). Znane są także związki berylu z wodorem BeH2, siarką – BeS, azotem – Be3N2, węglem – Be2C.

Wodorotlenek berylu Be(OH)2 jest trudno rozpuszczalny w wodzie i ma własności amfoteryczne, z silnymi zasadami dając berylany, np. Na2BeO2 i K2BeO2. Siarczan berylu BeSO4 jest dobrze rozpuszczalny w wodzie (41,3 g/100cm³ w 25 °C), natomiast węglan BeCO3·4H2O rozpuszcza się dużo słabiej (0,36 g/100 cm³ w 0 °C)[9].

Właściwości biologiczne[edytuj]

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]

Technika jądrowa[edytuj]

Ze względu na mały przekrój czynny na wychwyt 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. Jako dobry reflektor neutronów wykorzystywany jest także w broni jądrowej jako osłona (reflektor) ładunku jądrowego, co pozwala na zmniejszenie masy krytycznej.

Technika radiacyjna[edytuj]

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).

Inne zastosowania[edytuj]

Beryl może służyć jako dodatek do stopów innych metali, gdzie zwiększa twardość i odporność na korozję[10]. Stop miedzi i berylu jest wykorzystywany w produkcji narzędzi nieiskrzących, elementów sprężystych, podzespołów aparatury chemicznej oraz elementów żaroodpornych. Pył berylowy jest stosowany jako składnik 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[11].

Uwagi

  1. Wartość w nawiasie oznacza niepewność związaną z ostatnią cyfrą znaczącą.

Przypisy

  1. a b c CRC Handbook of Chemistry and Physics. David R. Lide (red.). Wyd. 90. Boca Raton: CRC Press, 2009, s. 4-51. ISBN 9781420090840.
  2. a b Informacje o klasyfikacji i oznakowaniu substancji według Rozporządzenia (WE) nr 1272/2008, zał. VI, z uwzględnieniem Rozporządzeń ATP: Beryl (pierwiastek) w wykazie klasyfikacji i oznakowania Europejskiej Agencji Chemikaliów. [dostęp 2015-03-09].
  3. Beryl (pierwiastek) (ang.). Karta charakterystyki produktu Sigma-Aldrich (Merck KGaA) dla Stanów Zjednoczonych. [dostęp 2011-10-02].
  4. publikacja w otwartym dostępie – możesz ją przeczytać Juris Meija, Tyler B. Coplen, Michael Berglund, Willi A. Brand i inni. Atomic weights of the elements 2013 (IUPAC Technical Report). „Pure and Applied Chemistry”. 88 (3), s. 265–291, 2016. DOI: 10.1515/pac-2015-0305. 
  5. Beryl (pierwiastek) – podsumowanie (ang.). PubChem Public Chemical Database.
  6. Beryl (pierwiastek). Karta charakterystyki produktu Sigma-Aldrich (Merck KGaA) dla Polski. [dostęp 2011-10-02].
  7. 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, 87th ed., CRC Press LLC, Boca Raton, USA, 2007.
  10. a b Ryszard Szepke: 1000 słów o atomie i technice jądrowej. Wydawnictwo Ministerstwa Obrony Narodowej, 1982. ISBN 8311067236. (pol.)
  11. The James Webb Space Telescope: Mirrors. NASA. [dostęp 2010-11-12].

Bibliografia[edytuj]

  • Jerzy Minczewski, Zygmunt Marczenko Chemia analityczna – 1 podstawy teoretyczne i analiza jakościowa (Wydawnictwo Naukowe PWN) Warszawa 2001 ISBN 83-01-13499-2