Otwórz menu główne

Beryl (pierwiastek)

pierwiastek chemiczny
Ten artykuł dotyczy pierwiastka chemicznego. Zobacz też: inne znaczenia.

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.

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)

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.

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.

HistoriaEdytuj

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
[7].

WystępowanieEdytuj

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.

OtrzymywanieEdytuj

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

WłaściwościEdytuj

Właściwości fizyczneEdytuj

Beryl jest twardym, kruchym metalem o zwartej heksagonalnej strukturze krystalicznej. Charakteryzuje się wyjątkowo wysoką sztywnością (moduł Younga 287 GPa[8]) i wysoką temperaturą topnienia, wynoszącą 1287 °C[1].

Właściwości chemiczneEdytuj

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
[9]. 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
·
4
H
2
O
rozpuszcza się dużo słabiej (0,36 g/100 cm³ w 0 °C)[10].

Właściwości biologiczneEdytuj

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[11].

ZastosowanieEdytuj

Technika jądrowaEdytuj

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 radiacyjnaEdytuj

 
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 głośnikowaEdytuj

Duża sztywność (moduł Younga 287 GPa[8]) 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)[12]. Ze względu na toksyczność berylu i jego trudną obróbkę, ich cena jest znacznie wyższa i są produkowane przez niewiele firm[13].

Inne zastosowaniaEdytuj

Beryl może służyć jako dodatek do stopów innych metali, gdzie zwiększa twardość i odporność na korozję[11]. 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[14].

UwagiEdytuj

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

PrzypisyEdytuj

  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 978-1-4200-9084-0.
  2. a b Beryl (pierwiastek) (ang.) w wykazie klasyfikacji i oznakowania Europejskiej Agencji Chemikaliów. [dostęp 2015-03-09].
  3. Beryl (pierwiastek) (nr 265063) (ang.) – karta charakterystyki produktu Sigma-Aldrich (Merck KGaA) na obszar Stanów Zjednoczonych (ze względu na zmianę sposobu wywołania karty charakterystyki, aby pobrać kartę dla obszaru USA, na stronie produktu należy zmienić lokalizację na "United States" i ponownie pobrać kartę). [dostęp 2011-10-02].
  4.   Juris Meija i inni, Atomic weights of the elements 2013 (IUPAC Technical Report), „Pure and Applied Chemistry”, 88 (3), 2016, s. 265–291, DOI10.1515/pac-2015-0305.
  5. Beryl (pierwiastek) (CID: 5460467) (ang.) w bazie PubChem, United States National Library of Medicine.
  6. Beryl (pierwiastek) (nr 265063) – karta charakterystyki produktu Sigma-Aldrich (Merck KGaA) na obszar Polski. [dostęp 2011-10-02].
  7. Ignacy Eichstaedt: Księga pierwiastków. Warszawa: Wiedza Powszechna, 1973, s. 90–91. OCLC 839118859.
  8. a b Concise Encyclopedia Chemistry. trans. rev. Eagleson, Mary. Berlin: Walter de Gruyter, 1994. (ang.)
  9. John David Lee: Zwięzła chemia nieorganiczna. Warszawa: PWN, 1997, s. 151. ISBN 83-01-12352-4.
  10. CRC Handbook of Chemistry and Physics, 87th ed., CRC Press LLC, Boca Raton, USA, 2007.
  11. a b Ryszard Szepke: 1000 słów o atomie i technice jądrowej. Wydawnictwo Ministerstwa Obrony Narodowej, 1982. ISBN 83-11-06723-6. (pol.)
  12. Beryllium tweeter. Focal. [dostęp 2017-04-13].
  13. John E. Johnson (Jr): Usher Be-718 Bookshelf Speakers with Beryllium Tweeters (ang.). Secrets of Home Theater and High Fidelity, 12 listopada 2007. [zarchiwizowane z tego adresu (13 czerwca 2011)].
  14. The James Webb Space Telescope: Mirrors. NASA. [dostęp 2010-11-12].

BibliografiaEdytuj