Beryllium

Beryllium
←  Litium | Bor  →
fyra Var ↓ mg 4 Var
Utseendet av en enkel substans
Polykristallint fragment av beryllium. Renhet >99%.
Atomegenskaper
Namn, symbol, nummer	Beryllium / Beryllium (Be), 4
Grupp , punkt , block	2 (föråldrad 2), 2, s-element
Atommassa ( molmassa )	9.012182(3) [1]  a. e. m.  ( g / mol )
Elektronisk konfiguration	[ Han ] 2s 2 1s 2 2s 2
Atomradie	112 pm
Kemiska egenskaper
kovalent radie	90  pm
Jonradie	35 (+2e)  pm
Elektronnegativitet	1,57 (Pauling-skala)
Elektrodpotential	-1,69 V
Oxidationstillstånd	0, +2
Joniseringsenergi (första elektron)	898,8 (9,32)  kJ / mol  ( eV )
Termodynamiska egenskaper hos ett enkelt ämne
Densitet (vid ej )	1,848 g/cm³
Smält temperatur	1551K (1278  ° C , 2332°F)
Koktemperatur	3243K (2970  ° C , 5378°F)
Oud. fusionsvärme	12,21 kJ/mol
Oud. avdunstningsvärme	309 kJ/mol
Molär värmekapacitet	16,44 [2]  J/(K mol)
Molar volym	5,0  cm³ / mol
Kristallgittret av en enkel substans
Gallerstruktur	Hexagonal
Gitterparametrar	a = 2,286 Å; c = 3,584  Å
c / a -förhållande	1,567
Debye temperatur	1000K  _
Andra egenskaper
Värmeledningsförmåga	(300 K) 201 W/(m K)
CAS-nummer	7440-41-7

Beryllium ( kemisk symbol  - Be , från lat.  Beryllium ) är ett kemiskt element i den 2:a gruppen (enligt den föråldrade klassificeringen  - huvudundergruppen i den andra gruppen, IIA), den andra perioden av det periodiska systemet av kemiska element av D. I. Mendeleev med atomnummer 4.

Som ett enkelt ämne är beryllium  en relativt hård , ljusgrå jordalkalimetall . Extremt giftig . Beryllium och dess föreningar är IARC kategori 1 cancerframkallande ämnen .

Historik

Upptäcktes 1798 av den franske kemisten Louis Nicolas Vauquelin , som döpte den till glucinium. Grundämnet fick sitt moderna namn på förslag av de tyska kemisterna Klaproth och svensken Ekeberg .

En hel del arbete med att fastställa sammansättningen av föreningar av beryllium och dess mineraler utfördes av den ryske kemisten Ivan Avdeev . Det var han som bevisade att berylliumoxid har sammansättningen BeO, och inte Be 2 O 3 , som man tidigare trott.

Beryllium isolerades i fri form 1828 av den franske kemisten Antoine Bussy och oberoende av den tyske kemisten Friedrich Wöhler . Rent metalliskt beryllium erhölls 1898 av den franske fysikern Paul Lebeau genom elektrolys av smälta salter [3] .

Namnets ursprung

Namnet på beryllium kommer från namnet på mineralet beryll ( annan grekisk βήρυλλος ) (beryllium och aluminiumsilikat, Be 3 Al 2 Si 6 O 18 ), som går tillbaka till namnet på staden Belur (Vellur) i södra Indien , inte långt från Madras ; Sedan urminnes tider har avlagringar av smaragder  , sorter av beryl , varit kända i Indien . På grund av den söta smaken av vattenlösliga föreningar av beryllium, kallades grundämnet först "glycium" ( annan grekisk γλυκύς  - söt) [4] .

Att vara i naturen

I universum är beryllium ett relativt sällsynt grundämne eftersom det inte bildas som ett resultat av kärnreaktioner i stjärnornas inre. Beryllium bildas huvudsakligen under supernovaexplosioner , som ett resultat av vilka tyngre kärnor delas upp till lättare av strömmar av snabba partiklar. I solen är den observerade koncentrationen av beryllium 0,1 delar per miljard [5] . I jordskorpan har beryllium en koncentration på 2 till 6 ppm [6] . Medelhalten av beryllium i jordskorpan är 3,8 g/t och ökar från ultrabasiska (0,2 g/t) till sura (5 g/t) och alkaliska (70 g/t) bergarter. Huvuddelen av beryllium i magmatiska bergarter är förknippad med plagioklaser , där beryllium ersätter kisel . Dess högsta koncentrationer är dock karakteristiska för vissa mörkfärgade mineraler och muskovit (tiotals, mindre ofta hundratals g/t). Om beryllium nästan helt försvinner i alkaliska bergarter, kan det under bildandet av sura bergarter ackumuleras i postmagmatiska produkter av postkollision och anorogena granitoider  - pegmatiter och pneumatolitiska-hydrotermiska kroppar. I sura pegmatiter är bildandet av betydande ansamlingar av beryllium förknippat med processerna för albitisering och muskovitisering. I pegmatiter bildar beryllium sina egna mineral, men en del av det (cirka 10%) finns i isomorf form i bergbildande och sekundära mineraler ( mikroklin , albit , kvarts , glimmer , etc.). I alkaliska pegmatiter finns beryllium i små mängder som en del av sällsynta mineraler: eudidymit , chkalovite , analcime och leukofan, där det går in i den anjoniska gruppen. Postmagmatiska lösningar bär beryllium ur magman i form av fluorinnehållande emanationer och komplexa föreningar i samband med volfram , tenn , molybden och litium .

Halten av beryllium i havsvatten är extremt låg - 6⋅10 −7 mg/l [7] .

Mer än 30 egentliga berylliummineraler är kända, men endast 6 av dem anses vara mer eller mindre vanliga: beryl , krysoberyl , bertrandit , fenakit , gelvin , danalit . Industriell betydelse är främst beryl och bertrandit, i Ryssland ( Republiken Buryatia ) utvecklas fenakit-bertrandit Ermakovskoye -fyndigheten .

Varianter av beryl anses vara ädelstenar: akvamarin  - blå, grönblå, blågrön; smaragd  - tät grön, ljusgrön; heliodor  - gul; ett antal andra sorter av beryl är kända som skiljer sig i färg (mörkblå, rosa, röd, ljusblå, färglös, etc.). Färgen på beryl ges av föroreningar av olika element.

Insättningar

Berylliummineralfyndigheter finns i Brasilien , Argentina , Afrika , Indien , Kazakstan , Ryssland ( Ermakovskoye-fyndigheten i Buryatia , Malyshevskoye-fyndigheten i Sverdlovsk-regionen, pegmatiter i de östra och sydöstra delarna av Murmansk-regionen), etc. [8] . Bertrandite är vanligast i USA, särskilt i Utah.

Fysiska egenskaper

Beryllium är relativt hårt (5,5 Mohs ), överträffar andra lättmetaller ( aluminium , magnesium ) i hårdhet, men en spröd silvervit metall . Den har en hög elasticitetsmodul  - 300 GPa (för stål  - 200-210 GPa). I luften är den aktivt täckt med en stabil BeO -oxidfilm . Ljudhastigheten i beryllium är mycket hög - 12 600 m/s , vilket är 2-3 gånger högre än i andra metaller. Den har hög värmeledningsförmåga och hög smältpunkt.

Kemiska egenskaper

Beryllium har två oxidationstillstånd  , 0 och +2. Beryllium(II)hydroxid är amfoter, och både basiska (med bildning av Be 2+ ) och sura (med bildning av [Be(OH) 4 ] 2− ) egenskaper är svagt uttryckta. Oxidationstillståndet +1 för beryllium erhölls genom att studera avdunstning av beryllium i vakuum i berylliumoxid BeO-deglar med bildning av flyktig oxid Be 2 O som ett resultat av samproportionering BeO + Be = Be 2 O [9] .

I många kemiska egenskaper liknar beryllium mer aluminium än magnesium direkt under det i det periodiska systemet (en manifestation av " diagonal likhet ").

Metalliskt beryllium är relativt oreaktivt vid rumstemperatur. I kompakt form reagerar den inte med vatten och vattenånga även vid röd värme och oxideras inte av luft upp till 600 °C. När det antänds brinner berylliumpulver med en stark låga och producerar oxid och nitrid. Halogener reagerar med beryllium vid temperaturer över 600 °C, medan kalkogener kräver ännu högre temperaturer. Ammoniak reagerar med beryllium vid temperaturer över 1200 °C för att bilda Be3N2 - nitrid , och kol ger Be2C - karbid vid 1700 °C . Beryllium reagerar inte direkt med väte .

Beryllium löser sig lätt i utspädda vattenlösningar av syror ( saltsyra , svavelsyra , salpetersyra ), men kall koncentrerad salpetersyra passiverar metallen. Reaktionen av beryllium med vattenhaltiga lösningar av alkalier åtföljs av utvecklingen av väte och bildandet av hydroxoberyllater:

När reaktionen utförs med en alkalismälta vid 400–500 ° C bildas berylater:

Isotoper av beryllium

Naturligt beryllium består av en enda isotop 9 Be. Alla andra isotoper av beryllium (det finns 11 av dem kända, förutom stabila 9 Be) är instabila. De två mest långlivade av dem är 10 Be med en halveringstid på cirka 1,4 miljoner år och 7 Be med en halveringstid på 53 dagar [10] .

Berylliums ursprung

I processerna för både primär och stjärnnukleosyntes föds endast lätta instabila isotoper av beryllium. En stabil isotop kan uppträda både i stjärnor och i det interstellära mediet som ett resultat av sönderfallet av tyngre kärnor som bombarderas av kosmiska strålar [11] . I jordens atmosfär bildas kontinuerligt radioaktivt som ett resultat av att syrekärnor spjälkas av kosmiska strålar [12] .

Får

I form av en enkel substans på 1800-talet erhölls beryllium genom verkan av kalium på vattenfri berylliumklorid :

För närvarande erhålls beryllium genom att reducera berylliumfluorid med magnesium :

eller genom elektrolys av en smälta av en blandning av beryllium och natriumklorider. De ursprungliga salterna av beryllium isoleras under bearbetningen av berylliummalm .

Produktion och tillämpning

Från och med 2012 var de största berylliumtillverkarna: USA (med stor marginal) och Kina . Utöver dem bearbetas även berylliummalm av Kazakstan [13] . 2014 producerade Ryssland också det första provet av beryllium [14] . Andra länders andel stod 2012 för 4 % av världsproduktionen. Totalt producerar världen 300 ton beryllium per år (2016) [15] .

Legering

Beryllium används främst som legeringstillsats till olika legeringar. Tillsatsen av beryllium ökar avsevärt hårdheten och styrkan hos legeringar, korrosionsbeständigheten hos ytor gjorda av dessa legeringar. Inom teknik är berylliumbrons av BeB -typ (fjäderkontakter) ganska utbredd . Tillsatsen av 0,5 % beryllium till stål gör det möjligt att producera fjädrar som förblir elastiska upp till glödheta temperaturer. Dessa fjädrar är kapabla att motstå miljarder cykler av betydande belastning. Dessutom gnistrar inte berylliumbrons när den slås mot sten eller metall. En av legeringarna har sitt eget namn randol . På grund av dess likhet med guld kallas randol "zigenarguld" [16] .

Röntgenteknik

Beryllium absorberar svagt röntgenstrålar , så fönster av röntgenrör är gjorda av det (genom vilka strålning strömmar ut) och fönster av röntgen- och vidsträckta gammadetektorer, genom vilka strålning kommer in i detektorn.

Kärnkraft

I kärnreaktorer används beryllium för att göra neutronreflektorer och används som neutronmoderator . I blandningar med vissa α -radioaktiva nuklider används beryllium i ampullneutronkällor, eftersom interaktionen mellan beryllium-9-kärnor och α- partiklar producerar neutroner: 9 Be + α → n + 12 C.

Berylliumoxid, tillsammans med metalliskt beryllium, fungerar i kärnteknik som en mer effektiv neutronmoderator och reflektor än rent beryllium. Dessutom används berylliumoxid blandad med uranoxid som ett mycket effektivt kärnbränsle. Berylliumfluorid i en legering med litiumfluorid används som kylmedel och lösningsmedel för uran-, plutonium- och toriumsalter i högtemperaturvätskesaltkärnreaktorer .

Berylliumfluorid används inom kärnteknik för att smälta glas som används för att kontrollera små neutronflöden. Den mest tekniskt avancerade och högkvalitativa sammansättningen av sådant glas är (BeF 2  - 60%, PuF 4  - 4%, AlF 3  - 10%, MgF 2  - 10%, CaF 2  - 16%). Denna sammansättning visar tydligt ett av exemplen på användningen av plutoniumföreningar som ett strukturellt material (partiellt).

Lasermaterial

Inom laserteknik används berylliumaluminat för tillverkning av fasta emittrar (stavar, plattor).

Flygteknik

Nästan inget konstruktionsmaterial kan konkurrera med beryllium vid tillverkning av termiska sköldar och styrsystem. Strukturella material baserade på beryllium är både lätta, starka och motståndskraftiga mot höga temperaturer. Dessa legeringar är 1,5 gånger lättare än aluminium och är också starkare än många specialstål. Produktionen av beryllider , som används som konstruktionsmaterial för motorer och plätering av raketer och flygplan, samt inom kärnteknik, har inletts.

Av särskilt intresse för astronomer är berylliumspeglar [17] . Storarea speglar, ofta med bikakestödstruktur, används till exempel i meteorologiska satelliter där låg vikt och långvarig dimensionsstabilitet är avgörande. Den primära spegeln i rymdteleskopet James Webb består av 18 hexagonala segment gjorda av guldpläterat beryllium [18] [19] . Eftersom teleskopet kommer att fungera i 33K är spegeln gjord av guldpläterad beryllium, som tål extrem kyla bättre än glas. Beryllium krymper och deformeras mindre än glas och förblir mer enhetligt vid dessa temperaturer. Av samma anledning är optiken i rymdteleskopet Spitzer helt byggd av metalliskt beryllium. .

Raketbränsle

Det är värt att notera den höga toxiciteten och höga kostnaden för metalliskt beryllium, och i samband med detta har betydande ansträngningar gjorts för att identifiera berylliumhaltiga bränslen som har betydligt lägre total toxicitet och kostnad. En sådan berylliumförening är berylliumhydrid .

Eldfasta material

Berylliumoxid är den mest termiskt ledande av alla oxider, dess värmeledningsförmåga vid rumstemperatur är högre än för de flesta metaller och nästan alla icke-metaller (förutom diamant och kiselkarbid ). Det fungerar som en isolator med hög värmeledningsförmåga vid hög temperatur och eldfast material för laboratoriedeglar och andra speciella tillfällen.

Akustik

På grund av sin lätthet och höga hårdhet har beryllium framgångsrikt använts som material för elektrodynamiska högtalare . Dess höga kostnad, bearbetningskomplexitet (på grund av sprödhet) och toxicitet (om bearbetningstekniken inte följs) begränsar dock användningen av berylliumhögtalare i dyra professionella ljudsystem [20] . På grund av den höga effektiviteten hos beryllium i akustik hävdar vissa tillverkare att de använder beryllium i sina produkter för att förbättra försäljningen, medan så inte är fallet [21] .

Large Hadron Collider

Vid strålkollisionspunkterna vid Large Hadron Collider (LHC) är vakuumröret gjort av beryllium. Samtidigt interagerar det praktiskt taget inte med partiklar som produceras i kollisioner (som registreras av detektorer), men samtidigt är det ganska starkt.

Biologisk roll och fysiologisk verkan

Det dagliga intaget av beryllium i människokroppen med mat är cirka 0,01 mg. I levande organismer har beryllium ingen betydande biologisk funktion. Men beryllium kan ersätta magnesium i vissa enzymer , vilket leder till störningar i deras arbete.

Beryllium är fytotoxiskt, vilket är förknippat med hämning av fosfatasernas verkan redan vid en halt av 2–16 mg/l, vilket visar sig i form av underutvecklade rötter och hämmade blad [22] . För hydrobionter ligger LD 50 i koncentrationsintervallet 15–32 mg/l [22] .

Den toxiska effekten av beryllium är associerad med dess penetration i cellkärnor, vilket orsakar genmutationer, kromosomavvikelser och systerkromatidutbyte [22] . Berylliumjoner är också involverade i konkurrensreaktioner med magnesium-, kalcium- och manganjoner, vilket leder till blockering av enzymaktivering av dem [22] .

Flyktiga (och lösliga) berylliumföreningar, inklusive damm som innehåller berylliumföreningar, är mycket giftiga för människor. För luft är MPC i termer av beryllium 0,001 mg/m³ . Beryllium har en uttalad allergisk och cancerframkallande effekt. Inandning av atmosfärisk luft innehållande beryllium leder till en allvarlig luftvägssjukdom - beryllios [23] [24] . Samtidigt finns det ingen effekt av beryllium på fostrets reproduktionsfunktion och utveckling [22] .

Se även

• Berylliumföreningar
• Randol
• berylliumsvetsning

Anteckningar

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. Grundämnenas atomvikter 2011 (IUPAC Technical Report  )  // Pure and Applied Chemistry . - 2013. - Vol. 85 , nr. 5 . - P. 1047-1078 . - doi : 10.1351/PAC-REP-13-03-02 .
2. ↑ Beryllium // Chemical Encyclopedia  : i 5 volymer / Kap. ed. I. L. Knunyants . - M . : Soviet Encyclopedia , 1988. - T. 1: A - Darzana. - S. 280. - 623 sid. — 100 000 exemplar.  - ISBN 5-85270-008-8 .
3. ↑ Venetsky S.I. Metal of the space age // Berättelser om metaller. - Moskva: Metallurgi, 1979. - 240 s. — 60 000 exemplar.
4. ↑ Timothy P. Hanusa. Beryllium  (engelska) . Encyclopædia Britannica . Encyclopædia Britannica, inc. (26 februari 2020). Hämtad 26 juli 2020. Arkiverad från originalet 23 oktober 2021.
5. ↑ Överflöd i solen . Mark Winter, University of Sheffield och WebElements Ltd, Storbritannien . WebElements. Hämtad 6 augusti 2011. Arkiverad från originalet 27 augusti 2011. (obestämd)
6. ↑ Merck-bidragsgivare. Merck Index: An Encyclopedia of Chemicals, Drugs and Biologicals. — 14:e. - Whitehouse Station, NJ, USA: Merck Research Laboratories, Merck & Co., Inc., 2006. - ISBN 978-0-911910-00-1 .
7. ↑ Riley JP och Skirrow G. Chemical Oceanography. - 1965. - Vol. jag.
8. ↑ Populärt bibliotek av kemiska element. Beryllium. Böcker. Vetenskap och teknik . Hämtad 25 mars 2007. Arkiverad från originalet 18 april 2015. (obestämd)
9. ↑ Tamm M. E. , Tretyakov Yu. D. Oorganisk kemi / redigerad av Yu. D. Tretyakov. - M. , 2008. - T. 1. - 239 sid.
10. ↑ Beryllium Arkiverad 28 juli 2009 på Wayback Machine  - Around the World
11. ↑ Ishkhanov B.S. , Kapitonov I.M. , Tutyn I.A. Bildning av de lättaste kärnorna 2 H, He, Li, Be, B // Nukleosyntes i universum. - M . : Moscow Universitys förlag, 1998.
12. ↑ Emsley, John. Naturens byggstenar: En A–Z-guide till elementen . - Oxford, England, Storbritannien: Oxford University Press, 2001. - ISBN 978-0-19-850340-8 .
13. ↑ Världsmarknad av beryllium . EREPORT.RU. Hämtad 26 juli 2020. Arkiverad från originalet 11 augusti 2016. (ryska)
14. ↑ Ryssland producerade det första provet av sitt eget beryllium . Titta (16 januari 2015). Tillträdesdatum: 18 januari 2015. Arkiverad från originalet 19 januari 2015. (ryska)
15. ↑ Chumakov V. Passion för beryllium // I vetenskapens värld . - 2017. - Nr 4 . - S. 64-69 .  — URL: https://sciam.ru/articles/details/strasti-po-berilliyu Arkiverad 22 april 2017 på Wayback Machine
16. ↑ Randol metall. Randoli fastigheter. Användningen av randoli . "Din juvelerare" (24 april 2014). Hämtad 7 maj 2014. Arkiverad från originalet 8 maj 2014. (ryska)
17. ↑ Berylliumspeglar kommer att hjälpa astronomer och elektroniktillverkare . TASS . Hämtad: 27 juni 2022. (obestämd)
18. ↑ R.I.A. News. NASA har slutfört att förbereda James Webb-teleskopspeglarna . RIA Novosti (20110630T2227). Hämtad: 27 juni 2022. (ryska)
19. ↑ James Webb-teleskopet öppnar sitt gyllene öga och fullbordar utplaceringen i rymden . www.astronews.ru _ Hämtad: 27 juni 2022. (obestämd)
20. ↑ Johnson, Jr., John E. Usher Be-718 bokhylla högtalare med beryllium diskanthögtalare  ( 12 november 2007). Hämtad 18 september 2008. Arkiverad från originalet 13 juni 2011.
21. ↑ Svilar, Mark Analys av "Beryllium" högtalarkupol och kon erhållen från Kina  (engelska) (8 januari 2004). Hämtad 13 februari 2009. Arkiverad från originalet 17 maj 2013.
22. ↑ 1 2 3 4 5 Filov V. A. Beryllium och dess föreningar: miljö, toxikologi, hygien  // Ros. chem. tidskrift. - 2004. - T. 48 , nr. 2 . - S. 76-86 . (ryska)
23. ↑ Batich, Ray och James M. Marder. Metallhandbok: Metallografi och mikrostrukturer. Ed. 9. - Metals Park, Ohio: American Society for Metals, 1985. - P. 389-391.
24. ↑ Orlova A. A., Tolgskaya MS, Chumakov A. A.; Krylova A.H. (domare), Maksimyuk E.A. (kemi). Beryllium // Big Medical Encyclopedia  : i 30 volymer  / kap. ed. B.V. Petrovsky . - 3:e uppl. - M .  : Soviet Encyclopedia , 1976. - T. 3: Beklemishev - Validol. - S. 69-71. — 584 sid. : sjuk.

Litteratur

• Beryllium: Samling av översatta artiklar från utländska tidskrifter: Sällsynta metaller. - M . : Utländsk litteratur, 1955. - T. 3 .: Geokemi, mineralogi och berylliumavlagringar. — 188 sid.
• Beus A.A. Branschkrav på kvaliteten på mineralråvaror: En uppslagsbok för geologer. - 2:a uppl. -M.: Gosgeoltekhizdat, 1959. - 38 sid.
• Beus A. A. Beryllium, var och hur man letar efter det. — 2:a upplagan. - M . : Gosgeoltekhizdat, 1962. - 28 sid. — (En mineralprospektörs bibliotek).

Länkar

• Beryllium på Webelements
• Beryllium på Popular Library of Chemical Elements
• Tillstånd och framtidsutsikter för världens berylliummarknad . Tillträdesdatum: 4 januari 2014. Arkiverad från originalet 30 december 2007. (ryska)

Ordböcker och uppslagsverk	Stor dansk Stor katalanska Stor norsk Stor ryss Brockhaus och Efron runt världen Litet Brockhaus och Efron Britannica (online) Britannica (online) Brockhaus Treccani Universalis
I bibliografiska kataloger BNE : XX543120 BNF : 12218693d GND : 4144824-8 J9U : 987007284771305171 LCCN : sh85013403 NDL : 00560614 NKC : ph150532