Beryllium er et element i den andre gruppen av den andre perioden i det periodiske systemet, med atomnummer 4 og betegnet med symbolet Be. Det er svært giftig og har mange spesifikke egenskaper, som har ført til utbredt bruk på mange områder. Og nå skal vi snakke om både egenskapene til dette elementet og dets bruk.
Fysiske egenskaper
Dette stoffet ser ut som et lysegrå metall. Det er relativt vanskelig, vurdert til 5,5 poeng. Det betyr at den kun kan skades med kraft, og kun med noe skarpt. Det er et av de hardeste metallene som finnes i sin rene form. Når det gjelder denne indikatoren, er den foran iridium, osmium, wolfram og uran.
Følgende fysiske egenskaper kan skilles:
- Tetthet - 1,848 g/cm³.
- Molar volum - 5,0 cm³/mol.
- Smelte- og kokepunktene er henholdsvis 1278 °C og 2970 °C.
- Molar varmekapasitet - 16,44 J/(K.mol).
- Den spesifikke varmen ved fusjon og fordampning er henholdsvis 12,21 og 309 kJ/mol.
Dette metallet har også en høy komponent på 300 GPa. Selv for stål er dette tallet 200-210 GPa. Når den utsettes for luft, er den aktivt dekket med en vedvarende film av atmosfærisk BeO-oksid. Det er også verdt å merke seg at beryllium har en veldig høy lydhastighet. Det er lik 12.600 m/s. Og dette er to til tre ganger høyere enn i andre metaller.
Skjørhet
Til tross for sin imponerende hardhet, er beryllium et veldig sprøtt metall. Mest sannsynlig er denne kvaliteten assosiert med tilstedeværelsen av oksygen i den. Men denne funksjonen er lett eliminert. Beryllium sendes inn i et vakuum for smelting. Et deoksidasjonsmiddel (titan, for eksempel) er nødvendigvis involvert i denne prosessen. Resultatet er et sterkt metall med tilstrekkelig formbarhet.
Dessuten er skjørheten til beryllium en funksjon assosiert med spredning av sprekker i enkeltkrystaller. Gitt dette faktum, er det mulig å øke duktiliteten til metallet gjennom prosessering som reduserer kornstørrelsen og forhindrer deres vekst. Denne egenskapen til beryllium er alltid eliminert fordi den gjør det ekstremt vanskelig å sveise og lodde. Forresten, skjørheten kan også øke - for dette er det nok å tilsette litt selen (ikke-metall, kalkogen) til metallet.
Kjemiske egenskaper
Dette metallet ligner på aluminium i en rekke av dets egenskaper - dette kan sees selv i reaksjonsligningene til beryllium, som forresten er veldig spesifikke. Ved romtemperatur har metallet lav reaktivitet, og i sin kompakte form interagerer ikke engang med vann og damp.
Det oksideres av luft til en temperatur på 600 °C. Når denne verdien overskrides, blir reaksjoner med halogener mulig. Men interaksjon med kalkogener krever enda høyere temperaturer. Med ammoniakk, for eksempel, kan beryllium reagere bare hvis det er mer enn 1200 °C. Som et resultat dannes Be3N2-nitrid. Men pulveret av dette stoffet brenner med en imponerende lys flamme. Og i dette tilfellet dannes nitrid og oksid.
Be(OH)2
Dette er berylliumhydroksid. Under normale forhold fremstår det som en hvit gel-lignende substans som er nesten uløselig i vann. Men denne prosessen skjer vellykket når den kommer inn i en fortynnet mineralsyre. Dette er forresten hvordan reaksjonen mellom svovelsyre og berylliumhydroksid ser ut i henhold til formelen: Be(OH) 2 + H 2 SO 4 → BeSO 4 + 2H 2 O. Som et resultat, som du kan se, salt og vann dannes. Oksydet interagerer også med alkalier. Det ser slik ut: Be(OH) 2 + 2NaOH → Na 2 Be(OH) 4.
En annen interessant reaksjon oppstår når den utsettes for temperatur. Øker man indikatoren til 140 °C, vil stoffet spaltes til oksid og vann: Be(OH) 2 → BeO + H 2 O. Hydroksyd oppnås forresten ved å behandle berylliumsalter, som skjer enten ved deltagelse av alkalimetaller eller under hydrolyse av natrium. Metallfosfid kan også delta i denne prosessen.
BeSO4
Dette er berylliumsulfat. Dette stoffet er hvite faste krystaller. Det oppnås ved å reagere svovelsyre og eventuelt berylliumsalt i vann. Prosessen er ledsaget av fordampning og påfølgende krystallisering av det resulterende produktet. Varmer du opp hydratet til 400 °C vil du kunne spalte det til H 2 O og vannfritt salt. BeSO 4 hadde en veldig spesifikk bruk. Det ble blandet med radiumsulfat (et uorganisk jordalkali-radioaktivt metall) og brukt i atomreaktorer som en kilde til nøytroner. I dag brukes det ofte i en slik form for alternativ medisin som homeopati.
Vær(NO3)2
Dette er berylliumnitrat. Det er et gjennomsnittlig salt av dette metallet og salpetersyre. Denne forbindelsen kan bare eksistere som krystallinske hydrater av forskjellige sammensetninger. Vannfrie nitrater eksisterer rett og slett ikke. Ved å tilsette konsentrert salpetersyre er det mulig å isolere berylliumtetrahydrat fra en vandig løsning. Formelen ser slik ut: Be(NO 3) 2.4H 2 O. Interessant nok diffunderer krystallene av dette stoffet i luft. Og som et resultat av reaksjoner utført i en løsning med 54 prosent salpetersyre, kan et trihydrat dannes. Det er også mulig å danne et dihydrat med deltakelse av disse stoffene.
Nitrat av dette metallet ble tidligere aktivt brukt i produksjonen av hetter til såkalte gasslamper. Den var ideell for dette, fordi den kunne dekomponere termisk og danne et oksid. Men så begynte elektrisk belysning å spre seg overalt, og denne teknologien falt i glemmeboken, det samme gjorde bruken av nitrat. Forresten, det er giftig, som alle andre berylliumforbindelser. Dessuten, selv i små mengder, er dette stoffet et irritasjonsmiddel som provoserer akutt lungebetennelse.
Metallproduksjon
I industrien er beryllium et mye brukt metall som må produseres i store mengder. Derfor brukes den mest effektive metoden. Den består av å behandle beryl (et mineral, ringsilikat) til sulfatet eller hydroksydet av dette elementet. Berylliummetall produseres ved å redusere BeF 2-fluorid med magnesium. Denne prosessen utføres ved en temperatur på 900-1300 ° C eller ved en annen metode - elektrolyse av BeCl 2-klorid. Denne reaksjonen involverer natriumklorid (NaCl), og alt skjer ved en temperatur på 350 °C.
Det resulterende stoffet sendes til destillasjon i vakuum. Resultatet av denne prosessen er et metall med høy renhet.
Metallproduksjon
Det kjemiske elementet beryllium brukes aktivt i dette området. Det er et effektivt legeringsadditiv. Beryllium er inkludert i legeringer for å øke deres styrke og hardhet. Med tilstedeværelsen av dette metallet får de også korrosjonsbestandighet. Produkter laget av berylliumlegeringer er svært holdbare og sterke. Hvilken for eksempel? Et slående eksempel er fjærkontakter. Bare 0,5 % av dette metallet er nok til å legge til bronsen de er laget av. Fjærene er sterke og forblir elastiske opp til rødglødende temperaturer. De, i motsetning til produkter laget av alle andre legeringer, tåler milliarder av sykluser med enorm belastning.
Luftfartsteknologi
Ved produksjon av ledesystemer og varmeskjold er det ingen andre strukturelle metaller som fungerer så godt som beryllium. Han har ingen like på dette området. Dette metallet er lagt til strukturelle materialer for å gjøre dem lettere, samtidig som det gir økt motstand mot høye temperaturer og styrke. Slike legeringer er halvannen ganger lettere enn aluminium og sterkere.
Selv i konstruksjonen av romfartsteknologi brukes beryllider, som er intermetalliske forbindelser av dette stoffet med andre metaller. De er veldig harde, har lav egenvekt og utrolig motstand mot temperatur. Derfor brukes beryllider til å lage skinn til fly og missiler, og de brukes i produksjon av motorer, styresystemer og bremser. Selv titanlegeringer er dårligere i kvalitet enn disse stoffene. Forresten, et betydelig antall beryllider har spesifikke kjernefysiske egenskaper. Det er derfor de fortsatt brukes i kjernekraft (de lager for eksempel nøytronreflektorer).
Andre applikasjoner
I tillegg til det ovennevnte, brukes beryllium (mer presist, dets aluminat) også i produksjonen av faststoff-emittere. Det er også identifisert drivstoff som inneholder dette stoffet. De er mindre giftige og billigere enn alle andre. Spesielt ble rakettdrivstoff som inneholder berylliumhydrid oppdaget. Det er viktig å merke seg at det tidligere nevnte berylliumoksidet er det mest termisk ledende av alle eksisterende. Derfor brukes den som en høytemperaturisolator og brannbestandig materiale.
Beryllium er også et populært stoff for å lage elektrodynamiske høyttalere. Det er tross alt hardt og lett. Men på grunn av deres skjørhet, dyre prosessering og toksisitet, brukes høyttalere med dette metallet bare i profesjonelle lydsystemer. Og noen produsenter, for å forbedre sine salgstall, hevder å bruke dette metallet i utstyret sitt, selv om dette ikke er tilfelle.
Beryllium er et kjemisk grunnstoff med symbolet Be og atomnummer 4. Det er et relativt sjeldent grunnstoff i universet, vanligvis funnet som et produkt av fisjon av store atomkjerner som kolliderer med kosmiske stråler. I kjernene av stjerner blir beryllium utarmet når det smelter sammen og skaper større grunnstoffer. Det er et toverdig grunnstoff som forekommer naturlig bare i kombinasjon med andre grunnstoffer i mineraler. Bemerkelsesverdige edelstener som inneholder beryllium inkluderer beryl (akvamarin, smaragd) og krysoberyl. Som et fritt grunnstoff er beryllium et sterkt, lett og sprøtt jordalkalimetall med stålfarge. Beryllium forbedrer mange av de fysiske egenskapene til andre stoffer når de tilsettes som et legeringselement til aluminium, kobber (spesielt berylliumkobberlegering), jern og nikkel. Beryllium danner ikke oksider før det når svært høye temperaturer. Verktøy av berylliumkobberlegering er sterke og harde og lager ikke gnister når de treffes mot en ståloverflate. I strukturelle applikasjoner gjør kombinasjonen av høy bøyestivhet, termisk stabilitet, termisk ledningsevne og lav tetthet (1,85 ganger vann) berylliummetall til et ønskelig romfartsmateriale for flykomponenter, raketter, romfartøyer og satellitter. På grunn av sin lave tetthet og atommasse er beryllium relativt gjennomsiktig for røntgenstråler og andre former for ioniserende stråling; det er derfor det vanligste glassmaterialet for røntgenutstyr og partikkeldetektorkomponenter. Den høye varmeledningsevnen til berylliumoksid og beryllium har ført til bruk i temperaturkontrollenheter. Kommersiell bruk av beryllium krever at riktig støvkontrollutstyr og industrielle kontroller er på plass til enhver tid på grunn av toksisiteten til innåndingsstøv som inneholder beryllium, som kan forårsake en kronisk livstruende allergisk sykdom hos noen mennesker kalt beryllium.
Kjennetegn
Fysiske egenskaper
Beryllium er et stålfarget hardmetall som er sprøtt ved romtemperatur og har en tettpakket sekskantet krystallstruktur. Den har eksepsjonell hardhet (Youngs modul 287 GPa) og et ganske høyt smeltepunkt. Elastikkmodulen til beryllium er omtrent 50 % større enn for stål. Kombinasjonen av denne modulen og den relativt lave tettheten resulterer i den uvanlig høye lydhastigheten i beryllium - ca. 12,9 km/s ved romforhold. Andre betydelige egenskaper til beryllium er dets høye spesifikke varme (1925 J kg-1 K-1) og termisk ledningsevne (216 W m-1 K-1), som gjør beryllium til metallet med de beste varmeoverføringsegenskapene per masseenhet. Kombinert med en relativt lav koeffisient for lineær termisk utvidelse (11,4 x 10-6 K-1), resulterer disse egenskapene i at beryllium er unikt stabilt under termiske spenningsforhold.
Kjernefysiske egenskaper
Naturlig forekommende beryllium, bortsett fra mindre forurensning av kosmogene radioisotoper, er isotopisk ren beryllium-9, som har et kjernefysisk spinn på 3/2. Beryllium har et stort spredningstverrsnitt for høyenerginøytroner, ca. 6 barn for energier over ca. 10 keV. Den fungerer derfor som en nøytronreflektor og nøytronmoderator, og modererer effektivt nøytroner til et termisk energiområde under 0,03 eV, hvor det totale tverrsnittet er minst en størrelsesorden lavere - den nøyaktige verdien er svært avhengig av renheten og størrelsen til krystallittene i materialet. Den eneste primordiale isotopen av beryllium, 9Be, gjennomgår også en (n, 2n) nøytronreaksjon med nøytronenergier større enn 1,9 MeV, og produserer 8Be, som nesten umiddelbart brytes i to alfapartikler. For høyenerginøytroner er beryllium en nøytronmultiplikator som frigjør flere nøytroner enn den absorberer. Denne kjernefysiske reaksjonen:
94Be + N → 2 (42He) + 2n
Nøytroner frigjøres når berylliumkjerner blir truffet av energiske alfa-partikler, og produserer en kjernereaksjon
94Be + 42He → 126C + N
der 42He er alfa-partikkelen og 126C er karbon-12-kjernen. Beryllium frigjør også nøytroner når det bombarderes med gammastråler. Naturlig beryllium, bombardert med alfa eller gamma fra en passende radioisotop, er således en nøkkelkomponent i de fleste kjernereaksjonsnøytronkilder med en radioaktiv isotop for laboratorieproduksjon av frie nøytroner. En liten mengde tritium frigjøres når 94Be-kjerner absorberer lavenerginøytroner i en tre-trinns kjernefysisk reaksjon
94Be + N → 42He + 62He, 62He → 63Li + B-, 63Li + N → 42He + 31H
Legg merke til at 62He har en halveringstid på bare 0,8 sekunder, β- er et elektron og 63Li har et høyt nøytronabsorpsjonstverrsnitt. Tritium er en radioisotop som gir bekymring i atomreaktoravfall. Som et metall er beryllium gjennomsiktig for de fleste bølgelengder av røntgen- og gammastråler, noe som gjør det nyttig for utgangsvinduene til røntgenrør og andre lignende enheter.
Isotoper og nukleosyntese
Både stabile og ustabile isotoper av beryllium skapes i stjerner, men radioisotoper er kortlivede. Det antas at det meste av det stabile berylliumet i universet opprinnelig ble skapt i det interstellare mediet da kosmiske stråler induserte fisjon i tyngre grunnstoffer som finnes i interstellar gass og støv. Primordialt beryllium inneholder bare én stabil isotop, 9Be, og derfor er beryllium et monoisotopisk grunnstoff. Radioaktivt kosmogent 10Be dannes i jordens atmosfære ved spaltning av oksygen av kosmiske stråler. 10Be akkumuleres på jordoverflaten, der dens relativt lange halveringstid (1,36 millioner år) gjør at dette elementet kan forbli i denne tilstanden i lang tid før det forfaller til bor-10. Dermed brukes 10Be og dens avkom til å studere naturlig jorderosjon, pedogenese og utvikling av laterittisk jord, og til å måle endringer i solaktivitet og iskjerners alder. Produksjonen av 10Be er omvendt proporsjonal med solaktiviteten, ettersom økt solvind i perioder med høy solaktivitet reduserer fluksen av galaktiske kosmiske stråler som når jorden. Kjernefysiske eksplosjoner produserer også 10Be ved reaksjon av raske nøytroner med 13C i karbondioksid i luften. Dette er en indikator på tidligere aktivitet på atomvåpenanlegg. Isotopen 7Be (halveringstid 53 dager) er også kosmogen og viser atmosfærisk overflod assosiert med solflekker, lik 10Be. 8Be har en veldig kort halveringstid, omtrent 7×10-17 s, noe som bidrar til dens betydelige kosmologiske rolle, siden grunnstoffer tyngre enn beryllium ikke kunne produseres ved kjernefysisk fusjon i Big Bang. Dette skyldes mangelen på tilstrekkelig tid under Big Bang-nukleosyntesefasen til å produsere karbon fra fusjonen av 4He-kjerner og de svært lave konsentrasjonene av beryllium-8 tilgjengelig. Den britiske astronomen Sir Fred Hoyle viste først at energinivåene til 8Be og 12C gjør at karbon kan produseres gjennom den såkalte trippel-alfa-prosessen i heliumbærende stjerner, hvor mer nukleosyntesetid er tilgjengelig. Denne prosessen gjør at karbon kan produseres i stjerner, men ikke i Big Bang. Dermed er karbon skapt av stjerner (grunnlaget for karbonbasert liv) en komponent i elementene av gass og støv som kastes ut av asymptotiske gigantiske grenstjerner og supernovaer (se også Big Bang-nukleosyntesen), samt dannelsen av alle andre grunnstoffer med atomnummer større enn karbon. Berylliums 2s-elektroner kan lette kjemisk binding. Derfor, når 7Be forfaller ved å fange L-elektroner, gjør den det ved å ta elektroner fra deres atomorbitaler som kan delta i bindingen. Dette fører til at nedbrytningshastigheten i en målbar grad avhenger av dets kjemiske miljø - et sjeldent fenomen i kjernefysisk forfall. Den kortestlevende isotopen av beryllium er 13Be, som forfaller på grunn av nøytronstråling. Den har en halveringstid på 2,7 x 10-21 s. 6Be er også svært kortvarig med en halveringstid på 5,0×10-21 s. De eksotiske isotopene 11Be og 14Be er kjent for å ha en kjernefysisk halo. Dette fenomenet kan forstås siden 11Be- og 14Be-kjernene har henholdsvis 1 og 4 nøytroner som roterer nesten utenfor den klassiske Fermi-modellen.
Utbredelse
Solen har en berylliumkonsentrasjon på 0,1 deler per milliard (ppb). Beryllium har konsentrasjoner på 2 til 6 deler per million (ppm) i jordskorpen. Den er mest konsentrert i jord, 6 ppm. Spormengder av 9Be finnes i jordens atmosfære. Konsentrasjonen av beryllium i sjøvann er 0,2-0,6 deler per trillion. Men i rennende vann er beryllium mer rikelig og har en konsentrasjon på 0,1 ppm. Beryllium forekommer i mer enn 100 mineraler, men de fleste er sjeldne. Mer vanlige mineraler som inneholder beryllium inkluderer: bertranditt (Be4Si2O7(OH)2), beryl (Al2Be3Si6O18), krysoberyl (Al2BeO4) og fenasitt (Be2SiO4). Dyrbare former for beryl er akvamarin, rød beryl og smaragd. Den grønne fargen i høykvalitetsformer av beryl er assosiert med varierende mengder krom (ca. 2 % for smaragd). De to viktigste berylliummalmene, beryl og bertranitt, finnes i Argentina, Brasil, India, Madagaskar, Russland og USA. De totale verdensreservene av berylliummalm utgjør mer enn 400 000 tonn. Beryllium er en del av tobakksrøyken.
Produksjon
Å trekke ut beryllium fra dets forbindelser er en vanskelig prosess på grunn av dens høye affinitet for oksygen ved forhøyede temperaturer og dens evne til å redusere vannmengden samtidig som oksidfilmen fjernes. USA, Kina og Kasakhstan er de eneste tre landene som er involvert i kommersiell berylliumgruvedrift. Beryllium ekstraheres oftest fra mineralet beryll, som enten sintres ved hjelp av et ekstraksjonsmiddel eller smeltes til en løselig blanding. Sintringsprosessen innebærer å blande beryl med natriumfluorsilikat og brus ved 770 °C (1420 °F) for å danne natriumfluorberyllat, alumina og silika. Berylliumhydroksid utfelles fra en løsning av natriumfluorberyllat og natriumhydroksid i vann. Berylliumekstraksjon ved bruk av smeltemetoden innebærer å male beryl til pulver og varme det opp til 1650 °C (3000 °F). Løsningen avkjøles raskt med vann og varmes deretter opp til 250–300 °C (482–557 °F) i konsentrert svovelsyre, noe som i hovedsak gir berylliumsulfat og aluminiumsulfat. Vandig ammoniakk brukes deretter til å fjerne aluminium og svovel, og etterlater berylliumhydroksid. Berylliumhydroksid, laget ved bruk av enten sinter- eller smeltemetoden, omdannes deretter til berylliumfluorid eller berylliumklorid. For å danne fluor, tilsettes vandig ammoniumfluorid til berylliumhydroksid for å produsere et bunnfall av ammoniumtetrafluorberyllat, som varmes opp til 1000 °C (1830 °F) for å danne berylliumfluorid. Oppvarming av fluor til 900 °C (1650 °F) med magnesium produserer finfordelt beryllium, og ytterligere oppvarming til 1300 °C (2370 °F) skaper et kompakt metall. Oppvarming av berylliumhydroksid danner et oksid, som blir berylliumklorid når det kombineres med karbon og klor. Elektrolyse av smeltet berylliumklorid brukes deretter til å produsere metallet.
Kjemiske egenskaper
Den kjemiske oppførselen til beryllium er i stor grad et resultat av dets små atom- og ioniske radier. Dermed har den et veldig høyt ioniseringspotensial og sterk polarisering når det kombineres med andre atomer, og det er grunnen til at alle forbindelsene er kovalente. Det ligner mer kjemisk på aluminium enn dets nære naboer i det periodiske systemet på grunn av det faktum at det har samme forhold mellom ladning og radius. Et oksidlag dannes rundt beryllium, som forhindrer ytterligere reaksjoner med luft med mindre stoffet varmes opp over 1000 °C. Når det antennes, brenner beryllium med en strålende brann, og danner en blanding av berylliumoksid og berylliumnitrid. Beryllium løses lett opp i ikke-oksiderende syrer som HCl og fortynnet H2SO4, men ikke i salpetersyre eller vann, da det dannes et oksid i denne prosessen. Dette ligner oppførselen til aluminium. Beryllium er også løselig i alkaliske løsninger. Berylliumatomet har en elektronisk konfigurasjon på 2s2. De to valenselektronene gir beryllium a+2-oksidasjonstilstanden og derfor evnen til å danne to kovalente bindinger; det eneste beviset for den lavere valensen til beryllium er løseligheten til metallet i BeCl2. På grunn av oktettregelen har atomer en tendens til å finne en valens på 8 for å ligne en edelgass. Beryllium prøver å oppnå et koordinasjonstall på 4 fordi de to kovalente bindingene fyller halvparten av den oktetten. Tetrakoordinering gjør at berylliumforbindelser som fluor eller klorid kan danne polymerer. Denne egenskapen brukes i analytiske metoder som bruker EDTA (etylendiamintetraeddiksyre) som ligand. EDTA danner fortrinnsvis oktaedriske komplekser, og absorberer dermed andre kationer som Al3+, som kan interferere for eksempel med løsningsmiddelekstraksjon av komplekset som dannes mellom Be2+ og acetylaceton. Beryllium(II) danner lett komplekser med sterke donorligander som fosfinoksider og arsinoksider. Det er utført omfattende studier på disse kompleksene, som viser stabiliteten til O-Be-bindingen. Løsninger av berylliumsalter, som berylliumsulfat og berylliumnitrat, er sure på grunn av hydrolyse 2+ 2+ + H2O ⇌ + + H3O + Andre hydrolyseprodukter inkluderer det trimere 3+-ionet. Berylliumhydroksid, Be(OH)2, er uløselig selv i sure løsninger med pH mindre enn 6, det vil si ved biologisk pH. Det er amfotert og oppløses i sterkt alkaliske løsninger. Beryllium danner binære forbindelser med mange ikke-metaller. Vannfrie halogenider er kjent for F, Cl, Br og I. BeF2 har en silika-lignende struktur med fire hjørnedelte tetraedre. BeCl2 og BeBr2 har kjedestrukturer med kanttetraeder. Alle berylliumhalogenider har en lineær monomer molekylstruktur i gassfasen. Berylliumdifluorid, BeF2, er forskjellig fra andre difluorider. Generelt har beryllium en tendens til å binde seg kovalent, mye mer enn andre jordalkalimetaller, og dets fluor er delvis kovalent (men mer ionisk enn dets andre halogenider). BeF2 har mange likheter med SiO2 (kvarts), hovedsakelig det kovalent bundne nettverket. BeF2 har et tetraedrisk koordinert metall og danner glass (vanskelig å krystallisere). I krystallinsk form har berylliumfluorid samme romtemperaturkrystallstruktur som kvarts, og har også mange høytemperaturstrukturer. Berylliumdifluorid er svært løselig i vann, i motsetning til andre jordalkalimetalldifluorider. (Selv om de er svært ioniske, løses de ikke opp på grunn av den spesielt sterke gitterenergien til fluorittstrukturen). Imidlertid har BeF2 mye lavere elektrisk ledningsevne når den er i løsning eller smeltet enn det som ville vært forventet hvis den var fullstendig ionisk. Berylliumoksid, BeO, er et hvitt, brannsikkert fast stoff som har en wurtzitt-krystallstruktur og varmeledningsevne høyere enn noen metaller. BeO er amfoterisk. Berylliumsalter kan fremstilles ved å behandle Be(OH)2 med syre. Berylliumsulfid, selenid og tellurid er kjent, som alle har en sfalerittstruktur. Berylliumnitrid, Be3N2, er en forbindelse med høyt smeltepunkt som lett hydrolyseres. Berylliumazid, BeN6, og berylliumfosfid, Be3P2, som har en lignende struktur som Be3N2, er kjent. Basisk berylliumnitrat og basisk berylliumacetat har lignende tetraedriske strukturer med fire berylliumatomer koordinert til et sentralt oksidion. En rekke berylliumborider er kjent, slik som Be5B, Be4B, Be2B, BeB2, BeB6 og BeB12. Berylliumkarbid, Be2C, er en brannsikker mursteinsrød forbindelse som reagerer med vann for å produsere metan. Beryllium silicid er ikke identifisert.
Historie
Mineralet beryl, som inneholder beryllium, har blitt brukt siden i det minste regjeringen til det ptolemaiske dynastiet i Egypt. I det første århundre e.Kr. Den romerske naturforskeren Plinius den eldre nevnte i sitt leksikon "Naturhistorie" likheten mellom beryl og smaragd ("smaragdus"). Graecus Holmiensis-papyrusen, skrevet i det tredje eller fjerde århundre e.Kr., inneholder notater om hvordan man tilbereder kunstig smaragd og beryl. Tidlige analyser av smaragder og beryller av Martin Heinrich Klaproth, Thorbern Olof Bergmann, Franz Carl Achard og Johann Jakob Bindheim ga alltid lignende elementer, noe som førte til den feilaktige konklusjonen at begge stoffene var aluminiumsilikater. Mineralog René Just Haüy oppdaget at begge krystallene var geometrisk identiske, og han ba kjemiker Louis-Nicolas Vauquelin om å utføre en kjemisk analyse. I en artikkel fra 1798 som ble lest ved Institutt for Frankrike, rapporterte Vauquelin at han hadde funnet en ny "jord" ved å løse opp aluminiumhydroksid fra smaragd og beryl i ekstra alkali. Redaktørene av tidsskriftet Annales de Chimie et the Physique kalte den nye jorden "glucin" på grunn av den søte smaken til noen av dens forbindelser. Klaproth foretrakk navnet "berylline" på grunn av at yttrium også dannet søte salter. Navnet "beryllium" ble først brukt av Wöhler i 1828. Friedrich Wöhler var en av forskerne som uavhengig isolerte beryllium. Friedrich Wöhler og Antoine Bussy isolerte uavhengig beryllium i 1828 gjennom en kjemisk reaksjon av kaliummetall med berylliumklorid, som følger:
BeCl2 + 2 K → 2 KCl +
Ved hjelp av en alkohollampe varmet Wöhler opp vekslende lag av beryllium og kaliumklorid i en ledningskretsret platinadigel. Reaksjonen ovenfor skjedde umiddelbart og førte til at digelen ble hvit. Etter avkjøling og vask av det resulterende grå-svarte pulveret, så forskeren at stoffet besto av små partikler med en mørk metallisk glans. Høyreaktivt kalium ble produsert ved elektrolyse av dets forbindelser, en prosess oppdaget for 21 år siden. Den kjemiske metoden ved bruk av kalium produserte bare små korn av beryllium, som ikke kunne støpes eller hamres inn i en metallblokk. Direkte elektrolyse av en smeltet blanding av berylfluorid og natriumfluorid av Paul Lebeau i 1898 førte til dannelsen av de første rene (99,5 - 99,8%) prøvene av beryllium. Den første kommersielt vellykkede prosessen for å produsere beryllium ble utviklet i 1932 av Alfred Fonda og Hans Goldschmidt. Prosessen innebærer elektrolyse av en blanding av berylliumfluorider og barium, som får smeltet beryllium til å samle seg på en vannkjølt katode. En prøve av beryllium ble bombardert med alfastråler fra forfallet av radium i James Chadwicks eksperiment fra 1932, som avslørte eksistensen av nøytronet. Den samme teknikken brukes i én klasse laboratorienøytronkilder basert på radioisotoper, som produserer 30 nøytroner for hver million α-partikler. Berylliumproduksjonen økte raskt under andre verdenskrig på grunn av økende etterspørsel etter beryllium-kobber harde legeringer og fosfor til lysstoffrør. De fleste tidlige lysrør brukte sink-ortosilikat med varierende nivåer av beryllium, og sendte ut et grønnaktig lys. Små tilsetninger av magnesium wolfram forbedret den blå delen av spekteret for å produsere akseptabelt hvitt lys. Halogenfosfatfosforer ble erstattet med berylliumbaserte fosforer etter at beryllium ble funnet å være giftig. Elektrolyse av en blanding av berylfluorid og natriumfluorid ble brukt til å isolere beryllium i løpet av 1800-tallet. Det høye smeltepunktet til metallet gjør denne prosessen mer energikrevende enn de tilsvarende prosessene som brukes for alkalimetaller. På begynnelsen av 1900-tallet ble produksjonen av beryllium ved termisk dekomponering av berylliumjodid utforsket etter suksessen til en lignende prosess for produksjon av zirkonium, men prosessen viste seg å være uøkonomisk for volumproduksjon. Rent berylliummetall var ikke lett tilgjengelig før i 1957, selv om det ble brukt som et legeringsmetall for å styrke kobber mye tidligere. Beryllium kan produseres ved å redusere berylliumforbindelser som berylliumklorid med kalium eller natriummetall. For tiden oppnås mest beryllium ved å redusere berylliumfluorid med renset magnesium. I 2001 var prisen på vakuumstøpte berylliumbarrer på det amerikanske markedet omtrent 338 USD per pund (745 USD per kilo). Mellom 1998 og 2008 gikk den globale berylliumproduksjonen ned fra 343 tonn til 200 tonn, hvorav 176 tonn (88%) kom fra USA.
Etymologi
Tidlige antecedenter av ordet beryllium kan spores på mange språk, inkludert latin Beryllus; fransk Béry; gresk βήρυλλος, bērullos, beryl; Prakrit veruliya (वॆरुलिय); Pāli veḷuriya (वेलुरिय), veḷiru (भेलिरु) eller viḷar (भिलर्) - "å bli blek", i referanse til den edelstens beryll. Den opprinnelige kilden er sannsynligvis sanskritordet वैडूर्य (vaiduriya), som er av dravidisk opprinnelse og kan være relatert til navnet på den moderne byen Belur. I omtrent 160 år var beryllium også kjent som glucinium eller glucinium (med det tilhørende kjemiske symbolet "Gl", eller "G"). Navnet kommer fra det greske ordet for sødme: γλυκυς, på grunn av den søte smaken av berylliumsalter.
applikasjoner
Strålingsvinduer
På grunn av dets lave atomnummer og svært lave absorpsjon for røntgenstråler, er den eldste og fortsatt en av de viktigste bruksområdene for beryllium i strålingsvinduer for røntgenrør. Det stilles ekstreme krav til berylliums renhet for å unngå artefakter på røntgenbilder. Tynn berylliumfolie brukes som strålingsvinduer for røntgendetektorer, og den ekstremt lave absorpsjonen minimerer varmeeffektene forårsaket av de høyintensive, lavenergirøntgenstrålene som er karakteristiske for synkrotronstråling. Vakuumforseglede vinduer og strålerør for strålingsforsøk ved synkrotroner er utelukkende laget av beryllium. I vitenskapelige oppsett for ulike røntgenstudier (f.eks. energidispersiv røntgenspektroskopi), er prøveholderen vanligvis laget av beryllium, siden dens utsendte røntgenstråler har mye lavere energier (~100 eV) enn røntgenstrålene av de fleste studerte materialer. Det lave atomnummeret gjør også beryllium relativt gjennomsiktig for energiske partikler. Det brukes derfor til å konstruere et strålerør rundt kollisjonsområdet i partikkelfysikkanlegg som alle de fire store eksperimentelle detektorene ved Large Hadron Collider (ALICE, ATLAS, CMS, LHCb), Tevatron og SLAC. Berylliums lave tetthet gjør at kollisjonsprodukter kan nå omkringliggende detektorer uten vesentlig interaksjon, stivheten tillater det å skape et kraftig vakuum inne i røret for å minimere interaksjon med gasser, dets termiske stabilitet gjør at det kan fungere normalt ved temperaturer bare noen få grader over absolutt null, og dens diamagnetiske natur tillater ikke å forstyrre komplekse multipolmagnetiske systemer som brukes til å kontrollere og fokusere partikkelstråler.
Mekaniske applikasjoner
På grunn av sin stivhet, lave masse og dimensjonsstabilitet over et bredt temperaturområde, brukes berylliummetall til lette strukturelle komponenter i forsvars- og romfartsindustrien på høyhastighetsfly, guidede missiler, romfartøyer og satellitter. Flere raketter med flytende brensel har brukt rene berylliumrakettdyser. Berylliumpulver i seg selv ble studert som rakettdrivstoff, men denne bruken fant aldri sted. Et lite antall sykkelrammer av ekstremt høy kvalitet er bygget med beryllium. Fra 1998 til 2000 brukte McLaren Formel 1-teamet Mercedes-Benz-motorer med stempler av beryllium-aluminiumslegering. Bruken av berylliummotorkomponenter ble forbudt etter en protest fra Scuderia Ferrari. Blanding av omtrent 2,0 % beryllium i kobber resulterte i en legering kalt berylliumkobber, som er seks ganger sterkere enn kobber alene. Berylliumlegeringer har mange bruksområder på grunn av deres kombinasjon av elastisitet, høy elektrisk og termisk ledningsevne, høy styrke og hardhet, ikke-magnetiske egenskaper og god korrosjonsmotstand og styrkemotstand. Disse bruksområdene inkluderer gnistfrie instrumenter som brukes i nærheten av brennbare gasser (berylliumnikkel), i fjærer og membraner (berylliumnikkel og berylliumjern), brukt i kirurgiske instrumenter og høytemperaturenheter. Mindre enn 50 ppm beryllium dopet med flytende magnesium resulterer i betydelig forbedret oksidasjonsmotstand og redusert brennbarhet. Berylliums høye elastiske stivhet har ført til utbredt bruk i presisjonsinstrumentering, som treghetsføringssystemer og støttemekanismer for optiske systemer. Beryllium-kobberlegeringer ble også brukt som herder i "Jason guns" som ble brukt til å fjerne maling fra skipsskrog. Beryllium har også blitt brukt til konsoller i kassetter med høy ytelse, der dens ekstreme hardhet og lave tetthet tillot sporvekter å reduseres til 1 gram mens de fortsatt sporer høyfrekvente kanaler med minimal forvrengning. En tidlig stor bruk av beryllium var i militære flybremser på grunn av dens hardhet, høye smeltepunkt og eksepsjonelle evne til å spre varme. På grunn av miljøhensyn har beryllium blitt erstattet av andre materialer. For å redusere kostnadene kan beryllium legeres med en betydelig mengde aluminium, noe som resulterer i legeringen AlBeMet (varenavn). Denne blandingen er billigere enn ren beryllium, samtidig som den beholder mange av de gunstige egenskapene til beryllium.
speilene
Berylliumspeil er av spesiell interesse. Storarealspeil, ofte med bikakestøttestruktur, brukes for eksempel i værsatellitter, der lav masse og langsiktig romlig stabilitet er kritiske faktorer. Mindre berylliumspeil brukes i optiske veilednings- og brannkontrollsystemer, som de tyske Leopard 1- og Leopard 2-tankene. Disse systemene krever svært rask speilbevegelse, som også krever lav masse og høy stivhet. Vanligvis har et berylliumspeil et hardt nikkelbelegg, som er lettere å polere til et tynnere optisk belegg enn beryllium. I noen bruksområder er imidlertid beryllium-arbeidsstykket polert uten belegg. Dette er spesielt aktuelt for kryogen drift der feiltilpasset termisk ekspansjon kan føre til at belegget deformeres. James Webb-romteleskopet vil ha 18 sekskantede berylliumsegmenter i speilene. Siden dette teleskopet vil møte temperaturer på 33K, er speilet laget av gullbelagt beryllium, som tåler ekstrem kulde bedre enn glass. Beryllium krymper og deformeres mindre enn glass og forblir jevnere ved disse temperaturene. Av samme grunn er optikken til Spitzer-romteleskopet bygget utelukkende av berylliummetall.
Magnetiske applikasjoner
Beryllium er ikke-magnetisk. Derfor brukes verktøy laget av berylliumbaserte materialer av marine- eller militærmannskaper for å ødelegge ammunisjon for arbeid på eller i nærheten av marineminer, siden disse gruvene vanligvis har magnetiske sikringer. De finnes også i reparasjons- og byggematerialer nær magnetisk resonansavbildning (MRI) maskiner på grunn av de store magnetiske feltene som genereres. Innen radiokommunikasjon og høyeffekts (vanligvis militær) radar, brukes berylliumhåndverktøy for å stille inn høymagnetiske klystroner, magnetroner, vandrebølgerør, etc., som brukes til å generere høye nivåer av mikrobølgekraft i sendere.
Kjernefysiske applikasjoner
Tynne plater, eller folier, av beryllium brukes noen ganger i atomvåpendesign som det ytterste laget av plutoniumgroper i de innledende stadiene av å lage termonukleære bomber, plassert rundt det spaltbare materialet. Disse berylliumlagene er gode "pushere" for plutonium-239 implosjon, og er også gode nøytronreflektorer, akkurat som i beryllium atomreaktorer. Beryllium er også mye brukt i noen nøytronkilder i laboratorieenheter som krever relativt få nøytroner (i stedet for å bruke en atomreaktor eller en nøytrongenerator med en partikkelakselerator). For dette formål bombarderes beryllium-9 med energiske alfa-partikler fra en radioisotop som polonium-210, radium-226, plutonium-238 eller americium-241. I kjernereaksjonen som finner sted, omdannes berylliumkjernen til karbon-12, og det sendes ut ett fritt nøytron som beveger seg i omtrent samme retning som alfapartikkelen. Disse tidlige atombombene brukte beryllium-type nøytronkilder kalt pinnsvin-nøytroninitiatorer. Nøytronkilder, der beryllium blir bombardert med gammastråling fra en radioisotop for gammaforfall, brukes også til å lage laboratorienøytroner. Beryllium brukes også til å lage drivstoff til CANDU-reaktorer. Brenselceller har små resistive vedheng loddet til drivstoffkledningen ved hjelp av en induksjonsloddeprosess med Be som fyllloddemateriale. Lagerputer er loddet for å hindre at drivstoffbunten kommer i kontakt med trykkrøret, og avstandsputer mellom elementer er loddet for å hindre elementkontakt. Beryllium brukes også ved det felles europeiske fusjonsforskningslaboratoriet Torus, og det vil bli brukt ved det mer avanserte ITER for å studere komponenter som kolliderer med plasma. Beryllium har også blitt foreslått som kledningsmateriale for kjernefysiske brenselstaver på grunn av dets gode kombinasjon av mekaniske, kjemiske og nukleære egenskaper. Berylfluorid er et av bestanddelene i den eutektiske saltblandingen FLiBe, som brukes som løsningsmiddel, moderator og kjølemiddel i mange hypotetiske smeltede saltreaktordesigner, inkludert flytende fluorid-thorium-reaktoren (LFTR).
Akustikk
Berylliums lave vekt og høye stivhet gjør den nyttig som materiale for høyfrekvente høyttalere. Fordi beryllium er dyrt (mange ganger dyrere enn titan), vanskelig å danne på grunn av dets sprøhet og giftig hvis det brukes feil, brukes berylliumdiskanthøyttalere kun i avanserte hjem, profesjonelle lydsystemer og høytalerapplikasjoner. Noen høykvalitetsprodukter har blitt hevdet at de er laget av dette materialet. Noen fonografkassetter av høy kvalitet har brukt berylliumutkrager for å forbedre sporingen ved å redusere massen.
Elektronikk
Beryllium er en p-type urenhet i III-V sammensatte halvledere. Det er mye brukt i materialer som GaAs, AlGaAs, InGaAs og InAlAs dyrket ved molekylær stråleepitaxi (MBE). Kryssvalset berylliumark er en utmerket strukturell støtte for trykte kretskort i overflatemonteringsteknologi. I kritiske elektroniske applikasjoner fungerer beryllium både som en strukturell støtte og en kjøleribbe. Denne applikasjonen krever også en termisk ekspansjonskoeffisient som passer godt med aluminiumoksyd og polyimidsubstrater. Beryllium beryllium oxide "E-Materials" komposisjoner er spesielt utviklet for disse elektroniske applikasjonene og har den ekstra fordelen at termisk ekspansjonskoeffisient kan skreddersys til forskjellige substratmaterialer. Berylliumoksid er nyttig for mange bruksområder som krever de kombinerte egenskapene til en elektrisk isolator og en utmerket termisk leder med høy styrke og hardhet og et meget høyt smeltepunkt. Berylliumoksid brukes ofte som en isolatorstøtteplate i høyeffekttransistorer i radiofrekvenssendere for telekommunikasjon. Berylliumoksid blir også studert for bruk for å øke den termiske ledningsevnen til uranbaserte kjernebrenselpellets. Berylliumforbindelser ble brukt i lysstoffrør, men denne bruken ble avviklet på grunn av sykdommen beryllium, som utviklet seg hos arbeiderne som laget disse rørene.
Helsevesen
Sikkerhet og helse
Beryllium utgjør et sikkerhetsproblem for arbeidere som håndterer dette elementet. Yrkesmessig eksponering for beryllium kan resultere i en immunologisk sensibiliseringsreaksjon og kan over tid forårsake kronisk berylliumsykdom. National Institute for Occupational Safety and Health (NIOSH) i USA undersøker disse effektene i samarbeid med en stor produsent av berylliumprodukter. Målet med disse studiene er å forhindre sensibilisering ved å utvikle en bedre forståelse av arbeidsprosesser og eksponeringer som kan utgjøre potensielle risikoer for arbeidstakere, og å utvikle effektive intervensjoner som vil redusere risikoen for uheldige helseeffekter fra beryllium. Nasjonalt arbeidsmiljøinstitutt driver også genetisk forskning på sensibiliseringsspørsmål, uavhengig av dette samarbeidet. National Institute for Occupational Safety and Health sin Manual of Analytical Methods gir metoder for å måle yrkeseksponering for beryllium.
Forebyggende tiltak
Den gjennomsnittlige menneskekroppen inneholder omtrent 35 mikrogram beryllium, en mengde som ikke anses som skadelig. Beryllium er kjemisk lik magnesium og kan derfor fortrenge det fra enzymer, noe som får dem til å fungere feil. Fordi Be2+ er et høyt ladet og lite ion, kan det lett penetrere mange vev og celler, hvor det spesifikt retter seg mot cellekjerner, og hemmer mange enzymer, inkludert de som brukes til DNA-syntese. Dens toksisitet forsterkes av det faktum at kroppen ikke har noen midler til å kontrollere berylliumnivået, og når beryllium kommer inn i kroppen, kan det ikke fjernes. Kronisk berylliose er en lunge- og systemisk granulomatøs sykdom forårsaket av innånding av støv eller damper forurenset med beryllium; enten ved å innta store mengder beryllium over kort tid, eller små mengder over lang tid. Symptomer på denne sykdommen kan ta opptil fem år å utvikle; omtrent en tredjedel av pasienter som lider av berylliumsykdom dør, og de som overlever forblir ufør. Det internasjonale byrået for kreftforskning (IARC) lister beryllium og berylliumforbindelser som kreftfremkallende stoffer i kategori 1. I USA har Occupational Safety and Health Administration (OSHA) tildelt en tillatt yrkeseksponeringsgrense for beryllium (PEL) med et tidsvektet gjennomsnitt. (TWA) på 0,002 mg/m3 og en kontinuerlig eksponeringsgrense på 0,005 mg/m3 i 30 minutter med en maksimal toppgrense på 0,025 mg/m3. National Institute for Occupational Safety and Health (NIOSH) har etablert en anbefalt eksponeringsgrense (REL) konstant på 0,0005 mg/m3. IDLH-verdien (mengde umiddelbart farlig for liv og helse) er 4 mg/m3. Toksisiteten til finfordelt beryllium (støv eller pulver som hovedsakelig finnes i industrielle omgivelser der beryllium produseres eller bearbeides) er meget godt dokumentert. Fast berylliummetall er ikke forbundet med de samme farene som aerosoldøv, men enhver fare forbundet med fysisk kontakt er dårlig dokumentert. Arbeidstakere som håndterer ferdige berylliumprodukter anbefaler generelt å håndtere dem med hansker, både som en forholdsregel og fordi mange, om ikke de fleste, påføringer av beryllium ikke tåler hudkontaktrester som fingeravtrykk. Kortvarig berylliumsykdom i form av kjemisk pneumonitt ble først introdusert i Europa i 1933 og i USA i 1943. En undersøkelse fant at omtrent 5 % av arbeiderne i fabrikker som produserte lysrør i 1949 i USA led av berylliumrelaterte sykdommer. Kronisk berylliose ligner på mange måter sarkoidose, og differensialdiagnose er ofte vanskelig. Beryllium var ansvarlig for dødsfallene til noen tidlige arbeidere innen atomvåpenutvikling, som Herbert L. Anderson. Beryllium kan finnes i kullslagg. Når dette slagget brukes til å lage en slipereaktor for malingsstråler og når det dannes rust på overflaten, kan beryllium bli en kilde til skadelige effekter.
BERILLIUM, Be (lat. Beryllium * a. berillium; n. Beryllium; f. beryllium; i. berilio), er et kjemisk grunnstoff av gruppe II i det periodiske systemet til Mendeleev, atomnummer 4, atommasse 9,0122. Den har en stabil isotop, 9 Be. Oppdaget i 1798 av den franske kjemikeren L. Vauquelin i form av BeO-oksid, isolert fra. Metallisk beryllium ble oppnådd uavhengig i 1828 av den tyske kjemikeren F. Wöhler og den franske kjemikeren A. Bussy.
Egenskaper til beryllium
Beryllium er et lett, lysegrå metall. Krystallstrukturen til a-Be (269-1254°C) er sekskantet; R-Be (1254-1284°C) - kroppssentrert, kubisk. 1844 kg/m 3, smeltepunkt 1287°C, kokepunkt 2507°C. Den har den høyeste varmekapasiteten av alle metaller, 1,80 kJ/kg. K, høy varmeledningsevne 178 W/m. K ved 50°C, lav elektrisk resistivitet (3,6-4,5). 10 ohm. m ved 20°C; koeffisient for termisk lineær utvidelse 10,3-13,1. 10 -6 grader -1 (25-100°C). Beryllium er et sprøtt metall; støt 10-50 kJ/m 2. Beryllium har et lite termisk nøytronfangst-tverrsnitt.
Kjemiske egenskaper til beryllium
Beryllium er et typisk amfoterisk grunnstoff med høy kjemisk aktivitet; kompakt beryllium er stabil i luft på grunn av dannelsen av en BeO-film; Oksydasjonstilstanden til beryl er +2.
Berylliumforbindelser
Når den varmes opp, kombineres den med halogener og andre ikke-metaller. Med oksygen danner det BeO-oksid, med nitrogen - Be 3 N 2-nitrid, med Be 2 C-karbid, med BeS-sulfid. Løselig i alkalier (med dannelse av hydroksoberyllater) og de fleste syrer. Ved høye temperaturer reagerer beryllium med de fleste metaller, og danner beryllider. Smeltet beryllium interagerer med oksider, nitrider, sulfider og karbider. Av berylliumforbindelsene er BeO, Be(OH) 2, fluorberyllater, for eksempel Na 2 BeF 4, etc. av størst industriell betydning Flyktige berylliumforbindelser og støv som inneholder beryllium og dets forbindelser er giftige.
Beryllium er sjelden (clarke 6,10 -4%), et typisk litofilt grunnstoff, karakteristisk for sure og alkaliske bergarter. Av de 55 naturlige berylliummineralene tilhører 50% silikater og berylliumsilikater, 24% til fosfater, 10% til oksider, resten til, . Nærheten til ioniseringspotensialene bestemmer affiniteten til beryllium og sink i et alkalisk miljø, slik at de samtidig finnes i noen, og er også en del av det samme mineralet -. I nøytrale og sure miljøer divergerer migrasjonsveiene til beryllium og sink kraftig. Noe spredning av beryllium i bergarter bestemmes av dens kjemiske likhet med Al og Si. Disse elementene er spesielt nære i form av tetraedriske grupper BeO 4 6-, AlO 4 5- og SiO 4 4-. I granitter viser beryllium en større affinitet for, og i alkaliske bergarter - for. Siden det er energetisk gunstigere å erstatte Al 3+ IV med Be 2+ IV enn Si 4+ IV med Be 2+ IV, er den isomorfe spredningen av beryllium i alkaliske bergarter som regel høyere enn i sure bergarter. Den geokjemiske migrasjonen av beryllium er assosiert med, som den danner svært stabile komplekser BeF 4 2-, BeF 3 1-, BeF 2 0, BeF 1+. Med økende temperatur og alkalitet hydrolyserer disse kompleksene lett til forbindelsene Be(OH)F0, Be(OH)2F1-, i form av hvilke beryllium migrerer.
For informasjon om de viktigste genetiske typene av berylliumforekomster og anrikningsordninger, se art. Berylliummalm. I industrien oppnås metallisk beryllium ved termisk reduksjon av BeF 2 med magnesium, og høyrent beryllium oppnås ved vakuumomsmelting og vakuumdestillasjon.
Bruk av beryllium
Beryllium og dets forbindelser brukes i teknologi (over 70 % av det totale metallforbruket) som et legeringsadditiv til legeringer basert på Cu, Ni, Zn, Al, Pb og andre ikke-jernholdige metaller. I kjernefysisk teknologi brukes Be og BeO som reflektorer og nøytronmoderatorer, samt en kilde til nøytroner. Lav tetthet, høy styrke og varmebestandighet, høy elastisitetsmodul og god varmeledningsevne gjør det mulig å bruke beryllium og dets legeringer som konstruksjonsmateriale i fly-, rakett- og romteknologi. Beryllium- og berylliumoksidlegeringer oppfyller kravene til styrke og korrosjonsbestandighet som materialer for drivstoffkledning. Beryllium brukes til å lage røntgenrørvinduer, påføre et solid diffusjonslag på overflaten av stål (berylisering), og som tilsetning til rakettdrivstoff. Elektroteknikk og radioelektronikk er også forbrukere av Be og BeO; BeO brukes som materiale for hus, kjøleribber og isolatorer for halvlederenheter. På grunn av sin høye brannmotstand og inerthet mot de fleste smeltede metaller og salter, brukes berylliumoksid til fremstilling av digler og spesialkeramikk.
DEFINISJON
Beryllium- det fjerde elementet i det periodiske system. Betegnelse - Vær fra det latinske "beryllium". Ligger i andre periode, gruppe IIA. Refererer til metaller. Atomladningen er 4.
Beryllium er sjelden i jordskorpen. Det er en del av noen mineraler, hvorav det vanligste er beryl Be 3 Al 2 (SiO 3) 6.
Beryllium er et stålgrå metall (fig. 1) med et tett sekskantet krystallgitter, ganske hardt og sprøtt. I luft blir den dekket med en oksidfilm, noe som gir den en matt fargetone og forårsaker redusert kjemisk aktivitet.
Ris. 1. Beryllium. Utseende.
Atom- og molekylmasse av beryllium
Relativ atommasse A r er molmassen til et atom av et stoff delt på 1/12 av molmassen til et karbon-12 atom (12 C).
Relativ molekylvekt M r er den molare massen til et molekyl delt på 1/12 av molmassen til et karbon-12 atom (12 C). Dette er en dimensjonsløs mengde.
Siden beryllium i den frie tilstanden eksisterer i form av monatomiske Be-molekyler, faller verdiene til dets atom- og molekylmasser sammen. De er lik 9,0121.
Isotoper av beryllium
I naturen eksisterer beryllium som en enkelt isotop 9Be. Massetallet er 9. Kjernen til et atom inneholder fire protoner og fem nøytroner.
Det er elleve kunstige isotoper av beryllium med massetall fra 5 til 16, hvorav de mest stabile er 10 Be med en halveringstid på 1,4 millioner år og 7 Be med en halveringstid på 53 dager.
Berylliumioner
På det ytre energinivået til berylliumatomet er det to elektroner, som er valens:
Som et resultat av kjemisk interaksjon mister beryllium sine valenselektroner, dvs. er deres giver, og blir til et positivt ladet ion (Be 2+):
Vær 0 -2e → Vær 2+ ;
I forbindelser viser beryllium en oksidasjonstilstand på +2.
Beryllium molekyl og atom
I fri tilstand eksisterer beryllium i form av monoatomiske Be-molekyler. Her er noen egenskaper som karakteriserer litiumatomet og molekylet:
Beryllium legeringer
Hovedanvendelsesområdet for beryllium er legeringer som dette metallet introduseres i som et legeringsadditiv. I tillegg til berylliumbronse (kobber kombinert med 2,5 % beryllium) brukes nikkellegeringer med 2-4 % beryllium, som når det gjelder korrosjonsbestandighet, styrke og elastisitet er sammenlignbare med høykvalitets rustfrie stål, og i noen henseender overlegne i forhold til dem. De brukes til å lage fjærer og kirurgiske instrumenter.
Små tilsetninger av beryllium til magnesiumlegeringer øker deres korrosjonsbestandighet. Slike legeringer, samt aluminium- og berylliumlegeringer, brukes i flykonstruksjon.
Eksempler på problemløsning
EKSEMPEL 1
| Trening | Skriv formlene for oksygenforbindelser (oksider) av følgende grunnstoffer: a) beryllium (II); b) silisium (IV); c) kalium (I); d) arsen (V). |
| Svar | Det er kjent at valensen av oksygen i forbindelser alltid er lik II. For å komponere formelen til et stoff (oksid), må du utføre følgende handlingssekvens. Først skriver vi ned de kjemiske tegnene til elementene som utgjør det komplekse stoffet og setter valensen i romertall over tegnet til hvert element: Finn det minste multiplumet av tallene for valensenheter: a) (II×II) = 4;b) (IV×II) = 8; c) (IxII) = 2; d) (V×II) = 10. La oss dele det minste felles multiplum med antall valensenheter for hvert element separat (de resulterende kvotientene vil være indekser i formelen): a) 4/2 = 2 og 4/2 = 2, derfor formelen for oksidet BeO; b) 8/4 = 2 og 8/2 = 4, derfor formelen for oksidet Si02; c) 2/1 = 2 og 2/2 = 1, derfor er formelen til oksidet K 2 O; d) 10/5 = 2 og 10/2 = 5, derfor er formelen til oksidet As 2 O 5. |