Beryl (pierwiastek)

	Beryl
	Beryl
	lit ← beryl → bor
	Wygląd
	stalowoszary
	; 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
Stan skupienia	stały
Gęstość	1848 kg/m³
Temperatura topnienia	1287 °C
Temperatura wrzenia	2471 °C
Numer CAS	7440-41-7
PubChem	5460467
Właściwości atomowe
Promień; • atomowy; • walencyjny; • van der Waalsa	; 112 pm; 90 pm; 153 pm
Konfiguracja elektronowa	[He]2s2
Zapełnienie powłok	2, 2; (wizualizacja powłok)
Elektroujemność; • w skali Paulinga; • w skali Allreda	; 1,57; 1,47
Potencjały jonizacyjne	I 899,5 kJ/mol; II 1757,1 kJ/mol; III 14848,7 kJ/mol
Właściwości fizyczne
Ciepło parowania	292,40 kJ/mol
Ciepło topnienia	12,20 kJ/mol
Ciśnienie pary nasyconej	4180 Pa
Konduktywność	31,3×106 S/m
Ciepło właściwe	1825 J/(kg·K)
Przewodność cieplna	201 W/(m·K)
Układ krystalograficzny	heksagonalny
Twardość; • w skali Mohsa	; 5,5
Prędkość dźwięku	13000 m/s
Objętość molowa	4,85×10−6 m³/mol
Najbardziej stabilne izotopy
Niebezpieczeństwa
	Karta charakterystyki: dane zewnętrzne firmy Sigma-Aldrich
	Globalnie Zharmonizowany System; Klasyfikacji i Oznakowania Chemikaliów
	Na podstawie Rozporządzenia CLP, zał. VI
Zwroty H	H301, H315, H317, H319, H330, H335, H350i, H372
Zwroty P	P201, P260, P280, P284, P301+P310, P305+P351+P338
	Europejska klasyfikacja substancji
	oznakowanie ma znaczenie wyłącznie historyczne
	Na podstawie Rozporządzenia CLP, zał. VI
	Silnie; toksyczny(T+)
Zwroty R	R49, R25, R26, R36/37/38, R43, R48/23
Zwroty S	S53, S45
	NFPA 704
Na podstawie; podanego źródła	0 3 3
Numer RTECS	DS1750000
	Jeżeli nie podano inaczej, dane dotyczą; warunków normalnych (0 °C, 1013,25 hPa)
	Multimedia w Wikimedia Commons
	Hasło w Wikisłowniku

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. 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 zmienia 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.

Spis treści

Występowanie

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

Metaliczny beryl można wydzielić elektrolitycznie ze stopionych soli – BeCl₂ i BeF₂.

Właściwości

Właściwości fizyczne

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

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

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

Technika jądrowa

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

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 głośnikowa

Duża sztywność (moduł Younga 287 GPa^[7]) 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)^[11]. Ze względu na toksyczność berylu i jego trudną obróbkę, ich cena jest znacznie wyższa i są produkowane przez niewiele firm^[12].

Inne zastosowania

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^[13].

Uwagi

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

↑ ^a ^b ^c CRC Handbook of Chemistry and Physics, David R.D.R. Lide (red.), wyd. 90, Boca Raton: CRC Press, 2009, s. 4-51, ISBN 9781420090840 .
↑ ^a ^b Beryl (pierwiastek) (ang.) w wykazie klasyfikacji i oznakowania Europejskiej Agencji Chemikaliów. [dostęp 2015-03-09].
↑ Beryl (pierwiastek) (nr 265063) (ang.) – karta charakterystyki produktu Sigma-Aldrich (Merck KGaA) na obszar Stanów Zjednoczonych. [dostęp 2011-10-02].
↑ JurisJ. Meija JurisJ. i inni, Atomic weights of the elements 2013 (IUPAC Technical Report), „Pure and Applied Chemistry”, 88 (3), 2016, s. 265–291, DOI: 10.1515/pac-2015-0305 .
↑ Beryl (pierwiastek) (CID: 5460467) (ang.) w bazie PubChem, United States National Library of Medicine.
↑ Beryl (pierwiastek) (nr 265063) – karta charakterystyki produktu Sigma-Aldrich (Merck KGaA) na obszar Polski. [dostęp 2011-10-02].
↑ ^a ^b Concise Encyclopedia Chemistry. trans. rev. Eagleson, Mary. Berlin: Walter de Gruyter, 1994. (ang.)
↑ John David Lee: Zwięzła chemia nieorganiczna. Warszawa: PWN, 1997, s. 151. ISBN 83-01-12352-4.
↑ CRC Handbook of Chemistry and Physics, 87th ed., CRC Press LLC, Boca Raton, USA, 2007.
↑ ^a ^b Ryszard Szepke: 1000 słów o atomie i technice jądrowej. Wydawnictwo Ministerstwa Obrony Narodowej, 1982. ISBN 8311067236. (pol.)
↑ Beryllium tweeter. Focal. [dostęp 2017-04-13].
↑ 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)].
↑ The James Webb Space Telescope: Mirrors. NASA. [dostęp 2010-11-12].

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

[CIAAW-5] Wartość w nawiasie oznacza niepewność związaną z ostatnią cyfrą znaczącą.

[CRC-1] CRC Handbook of Chemistry and Physics, David R.D.R. Lide (red.), wyd. 90, Boca Raton: CRC Press, 2009, s. 4-51, ISBN 9781420090840 .

[CLI-2] Beryl (pierwiastek) (ang.) w wykazie klasyfikacji i oznakowania Europejskiej Agencji Chemikaliów. [dostęp 2015-03-09].

[Aldrich-US-3] Beryl (pierwiastek) (nr 265063) (ang.) – karta charakterystyki produktu Sigma-Aldrich (Merck KGaA) na obszar Stanów Zjednoczonych. [dostęp 2011-10-02].

[CIAAW-4] JurisJ. Meija JurisJ. i inni, Atomic weights of the elements 2013 (IUPAC Technical Report), „Pure and Applied Chemistry”, 88 (3), 2016, s. 265–291, DOI: 10.1515/pac-2015-0305 .

[PubChem-6] Beryl (pierwiastek) (CID: 5460467) (ang.) w bazie PubChem, United States National Library of Medicine.

[Aldrich-7] Beryl (pierwiastek) (nr 265063) – karta charakterystyki produktu Sigma-Aldrich (Merck KGaA) na obszar Polski. [dostęp 2011-10-02].

[:0-8] Concise Encyclopedia Chemistry. trans. rev. Eagleson, Mary. Berlin: Walter de Gruyter, 1994. (ang.)

[Lee-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.

[1000slow-11] Ryszard Szepke: 1000 słów o atomie i technice jądrowej. Wydawnictwo Ministerstwa Obrony Narodowej, 1982. ISBN 8311067236. (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].

[4]

[a]

[1]

[5]

[2]

[6]

[3]

[7]

[8]

[9]

[10]

[11]

[12]

[13]

Login

Top Links

Social Share