BERYLLIUM: HISTORIE, STRUKTUR, EGENSKABER, ANVENDELSER - KEMI - 2025

Den beryllium er et metalelement, der tilhører gruppe 2 eller IIA i det periodiske system. Det er det letteste jordalkalimetall i gruppen og er repræsenteret ved symbolet Be. Dets atom og kation er også mindre end dens kongenere (Mg, Ca, Sr…).

På grund af dets usædvanlige ladningstæthed forekommer dette metal normalt ikke isoleret. Omkring 30 mineraler er kendt for at indeholde det, blandt hvilke er: beryl (3BeO · Al ₂ O ₃ · 6SiO ₂ · 2H ₂ O), bertrandite (4BeO.2SiO ₂.2H ₂ O), chrysoberyl (Beal ₂ O ₄), og phenakite (Be ₂ Si ₄).

Metallisk berylliumkugler. Kilde: W. Oelen

Smaragd, en ædelsten, er en variant af beryl. Imidlertid er rent beryllium ikke så slående; den har bleggrå glans (øverste billede) og er opnået i form af frø eller pastiller.

Beryllium har et sæt karakteristiske fysiske egenskaber. Det har en lav densitet; høje termiske og elektriske ledninger såvel som dens termiske kapacitet og varmeafledning; det er ikke et magnetisk metal; og det har også en passende kombination af stivhed og elasticitet.

Alle disse egenskaber har ført til, at beryllium er et metal med mange anvendelser, lige fra dets anvendelse i legeringer med kobber til fremstilling af værktøjer, til dets anvendelse i raketter, fly, biler, atomreaktorer, røntgenudstyr, resonans kernemagnetisk osv.

Beryllium har 10 kendte isotoper, der spænder fra ⁵ Be til ¹⁴ Be, hvor ⁹ Be er den eneste stabile. Ligeledes er det et meget giftigt metal, der især påvirker åndedrætsorganerne, så der er en begrænsning i dets anvendelse.

Historie om dens opdagelse

Beryllium blev opdaget af Louis-Nicolas Vauguelin i 1798 som et sammensat element af mineralet beryl og et silikat af aluminium og beryllium.

Senere lykkedes den tyske kemiker Frederic Wöhler i 1828 at isolere beryllium ved at omsætte kalium med berylliumchlorid i en platinodelt.

Samtidig og uafhængigt opnåede den franske kemiker Antoine Bussy også isoleringen af ​​beryllium. Wöhler var den første, der antydede navnet beryllium for metallet.

Det modtog sit nuværende navn i 1957, da det tidligere blev kendt som glucinium på grund af den søde smag af nogle af dets salte. Men for at undgå forvirring med andre sødmagende forbindelser og med en plante kaldet glucin blev det besluttet at omdøbe det til beryllium.

Berylliums struktur

Krystallstruktur af beryllium. Kilde: Bruger: Dornelf

Beryllium er det letteste af jordalkalimetaller, og volumenet af dets atomer forventes at være det mindste af alle. Berylliumatomer interagerer med hinanden gennem metallisk binding, på en sådan måde, at deres "hav af elektroner" og frastødningerne mellem kernerne former strukturen af ​​den resulterende krystal.

Derefter dannes de sorte berylliumkrystaller. Disse krystaller har en hexagonal struktur (øverste billede), hvor hvert Be-atom har seks sidebygninger og yderligere tre i planerne over og nedenfor.

Da krystallerne er sorte, er det nyttigt at forestille sig, at de sorte punkter i den hexagonale struktur erstattes af berylliumatomer. Dette er en af ​​de mest kompakte strukturer, som et metal kan anvende; og det giver mening, at de meget små atomer i Be "klemmes" så meget for at undgå mindst mulig tomrum eller antal huller imellem dem.

Elektronisk konfiguration

1s ² 2s ²

Hvilket er lig med 4 elektroner, hvoraf 2 har valens. Hvis du reklamerer for et elektron til 2p-orbitalen, har du to sp-hybrid-orbitaler. I berylliumforbindelser kan der således være lineære geometrier, X-Be-X; for eksempel det isolerede BeCl ₂ molekyle, Cl-BeCl.

Ejendomme

Fysisk beskrivelse

Skinnende, sprødt, stejlgrå solid.

Smeltepunkt

1287 ° C

Kogepunkt

2471 ° C

Massefylde

- 1,848 g / cm ³ ved stuetemperatur.

- 1,69 g / cm ³ ved smeltepunktet (flydende tilstand).

Atomradio

112 kl.

Kovalent radius

90 kl.

Atomisk volumen

5 cm ³ / mol.

Specifik varme

1,824 J / g · mol ved 20 ° C

Fusionsvarme

12,21 kJ / mol.

Fordampningsvarme

309 kJ / mol.

elektronegativitet

1.57 på Pauling-skalaen.

Standardpotentiale

1,70 V.

Lydens hastighed

12.890 m / s.

Varmeudvidelse

11,3 um / m · K ved 25 ° C.

Varmeledningsevne

200 m / m K.

Kemiske egenskaber

Beryllium er belagt med et lag berylliumoxid (BeO), der beskytter det i luft ved stuetemperatur. Berylliumoxidation forekommer ved temperaturer over 1000 ºC, hvilket producerer berylliumoxid og berylliumnitrid som produkter.

Det er også modstandsdygtigt over for virkningen af ​​salpetersyre 15 M. Men den opløses i saltsyre og alkalier, såsom natriumhydroxid.

Applikationer

Værktøjsfremstilling

Beryllium danner legeringer med kobber, nikkel og aluminium. Især fremstiller legeringen med kobber værktøjer med stor hårdhed og modstand, der kun udgør 2% af legeringens vægt.

Disse værktøjer producerer ikke gnister, når de rammer jern, hvilket gør det muligt at bruge dem i miljøer med et højt indhold af brændbare gasser.

På grund af sin lave tæthed har den en let vægt, som sammen med dens stivhed tillader det anvendelse i rumfly, raketter, missiler og fly. Legeringen med beryllium er blevet brugt til fremstilling af bildele. Det er også blevet brugt til produktion af fjedre.

På grund af den store hårdhed, som beryllium giver sine legeringer, er de blevet brugt i bremser på militære fly.

Spejlfremstilling

Beryllium er blevet brugt til fremstilling af spejle på grund af dens dimensionelle stabilitet og dets evne til at være stærkt poleret. Disse spejle bruges i satellitter og i brandkontrolsystemer. De bruges også i rumteleskoper.

I ioniserende stråling

Beryllium er et lavdensitetselement, så det kan betragtes som gennemsigtigt over for røntgenstråler.Denne egenskab tillader det anvendelse i konstruktionen af ​​vinduerne i rørene, der producerer røntgenstråler, til industriel anvendelse og til medicinsk diagnose..

Beryllium bruges også i vinduerne på radioaktive emissionsdetektorer.

I magnetismegenererende udstyr

Blandt karakteristika ved beryllium er, at det ikke er et magnetisk element. Dette gør det muligt at anvende det i konstruktionen af ​​artikler til udstyr til magnetisk resonansafbildning, hvor der genereres magnetiske felt med høj intensitet, hvilket minimerer enhver interferens.

Atomreaktorer

På grund af sit høje smeltepunkt har det fundet anvendelse i nukleare reaktorer og keramik. Beryllium bruges som moderator af nukleare reaktioner og som producent af neutroner:

⁹ Be + ⁴ He (α) => ¹² C + n (neutron)

Det anslås, at for en million berylliumatomer, der er bombarderet med α-partikler, produceres op til 30 millioner neutroner. Netop denne nukleare reaktion gjorde det muligt at opdage neutronen.

James Chadwick bombarderede berylliumatomer med α (He) -partikler. Forskeren observerede frigivelse af subatomære partikler uden elektrisk ladning, hvilket førte til opdagelsen af ​​neutroner.

Metalbeskytter

Tilsætning af en mængde beryllium på overfladen af ​​metaller, der kan oxideres, giver dem en vis beskyttelse. For eksempel reduceres antændeligheden af ​​magnesium, og glansen af ​​sølvlegeringer forlænges.

Hvor er det placeret?

Beryl findes i pegmatit, der er forbundet med glimmer, feltspat og kvarts. Ved anvendelse af en flotationsteknik separeres en blanding af beryl og feltspat. Derefter koncentreres feldspat og beryl og underkastes en behandling med calciumhypochlorit.

Efterfulgt af en behandling med svovlsyre og kaliumsulfonat gennem fortynding opnås beryleringens flotation, idet den adskilles fra feltspatten.

Beryl behandles med natriumfluorosilicat og soda ved 770 ° C til dannelse af natriumfluorobylat, aluminiumoxid og siliciumdioxid. Berylliumhydroxidet udfældes derefter fra natriumfluoroberylatopløsningen med natriumhydroxid.

Berylliumfluorid dannes ved omsætning af berylliumhydroxid med ammoniakhydrogenfluorid, hvilket producerer ammoniumtetrafluroberylat. Dette opvarmes til dannelse af berylliumfluorid, der varmebehandles med magnesium for at isolere berylliet.

Risici

Beryllium som et fint opdelt metal, i form af opløsninger, tørt pulver eller røg, er meget giftigt og kan forårsage dermatitis. Den største toksicitet produceres imidlertid ved indånding.

Oprindeligt kan beryllium fremkalde en overfølsomhed eller allergi, som kan udvikle sig til berylliose eller kronisk berylliumsygdom (CBD). Dette er en alvorlig sygdom, der er kendetegnet ved et fald i lungekapacitet.

Akut sygdom er sjælden. Ved kronisk sygdom dannes granulomer i hele kroppen, især i lungerne. Kronisk berylliose forårsager progressiv dyspnø, hoste og generel svaghed (asteni).

Akut berylliose kan være dødelig. Ved berylliose er der et progressivt tab af åndedrætsfunktion, da der er en hindring i strømmen af ​​gasser i luftvejene og et fald i iltning af arterieblodet.

Referencer

1. Royal Society of Chemistry. (2019). Beryllium. Gendannes fra: rsc.org
2. National Center for Biotechnology Information. (2019). Beryllium. PubChem-database. Gendannes fra: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov
3. Helmenstine, Anne Marie, ph.d. (15. marts, 2019). Beryllium Fakta. Gendannes fra: thoughtco.com
4. Wikipedia. (2019). Beryllium. Gendannet fra: en.wikipedia.org
5. Lenntech BV (2019). Beryllium-Be. Gendannes fra: lenntech.com
6. Materio Corporation. (2019). Lær mere om elementet beryllium Gendannes fra: beryllium.com
7. D. Michaud. (2016, 12. april). Berylliumbehandlings- og ekstraktionsproblem. 911 Metallurg. Gendannet fra: 911metallurgist.com
8. Timothy P. Hanusa. (5. januar 2016). Beryllium. Encyclopædia Britannica. Gendannes fra: britannica.com
9. Lee S. Newman. (2014). Beryllium sygdom. MSD Manual. Gendannes fra: msdmanuals.com