Beryl (Be), dawniej (do 1957 r.) Glukina, pierwiastek chemiczny, najlżejszy członek metali ziem alkalicznych z grupy 2 (IIa) układu okresowego, stosowany w metalurgii jako środek utwardzający oraz w wielu zastosowaniach kosmicznych i jądrowych.
metali ziem alkalicznych
Pierwiastkami są beryl (Be), magnez (Mg), wapń (Ca), stront (Sr), bar (Ba) i rad (Ra).
Właściwości elementu
| Liczba atomowa | 4 |
|---|---|
| masa atomowa | 9,0122 |
| temperatura topnienia | 1 287 ° C (2 349 ° F) |
| temperatura wrzenia | 2471 ° C (4480 ° F) |
| środek ciężkości | 1,85 w 20 ° C (68 ° F) |
| stan utlenienia | +2 |
| konfiguracja elektronów | 1s 2 2s 2 |
Występowanie, właściwości i zastosowania
Beryl to stalowo-szary metal, który jest dość kruchy w temperaturze pokojowej, a jego właściwości chemiczne przypominają nieco aluminium. Z natury nie występuje za darmo. Beryl występuje w berylu i szmaragdzie, minerałach znanych starożytnym Egipcjanom. Chociaż od dawna podejrzewano, że dwa minerały są podobne, chemiczne potwierdzenie tego nastąpiło dopiero pod koniec XVIII wieku. Szmaragd jest obecnie znany jako zielona odmiana berylu. Beryl został odkryty (1798) jako tlenek przez francuskiego chemika Nicolasa-Louisa Vauquelina w berylu i szmaragdach i został wyizolowany (1828) jako metal niezależnie przez niemieckiego chemika Friedricha Wöhlera i francuskiego chemika Antoine AB Bussy'ego poprzez redukcję jego chlorku potasem. Beryl jest szeroko rozpowszechniony w skorupie ziemskiej i szacuje się, że występuje w skałach magmowych Ziemi w zakresie 0,0002 procent. Jego obfitość kosmiczna wynosi 20 w skali, w której krzem, standard, wynosi 1 000 000. Stany Zjednoczone mają około 60 procent światowego berylu i są zdecydowanie największym producentem berylu; inne główne kraje produkujące to Chiny, Mozambik i Brazylia.
Istnieje około 30 uznanych minerałów zawierających beryl, w tym beryl (Al 2 Be 3 Si 6 O 18, glinokrzemian berylu), bertrandyt (Be 4 Si 2 O 7 (OH) 2, krzemian berylu), fenakit (Be 2 SiO 4) i chryzoberyl (BeAl 2 O 4). (Cenne formy berylu, szmaragdu i akwamaryny mają skład zbliżony do podanego powyżej, ale rudy przemysłowe zawierają mniej berylu; większość berylu jest uzyskiwana jako produkt uboczny innych operacji wydobywczych, przy czym większe kryształy są zbierane ręcznie.) Stwierdzono, że beryl i bertrandit w wystarczających ilościach stanowią rudy handlowe, z których wodorotlenek berylu lub tlenek berylu jest produkowany przemysłowo. Ekstrakcję berylu komplikuje fakt, że beryl jest niewielkim składnikiem większości rud (5 procent masowych nawet w czystym berylu, mniej niż 1 procent masowy w bertrandycie) i jest ściśle związany z tlenem. Zastosowano obróbkę kwasami, prażenie złożonymi fluorkami i ekstrakcję ciecz-ciecz w celu zatężenia berylu w postaci jego wodorotlenku. Wodorotlenek jest przekształcany w fluorek za pomocą fluorku amonowo-berylu, a następnie ogrzewany magnezem z wytworzeniem elementarnego berylu. Alternatywnie, wodorotlenek można ogrzać z wytworzeniem tlenku, który z kolei można potraktować węglem i chlorem z wytworzeniem chlorku berylu; następnie do wytworzenia metalu stosuje się elektrolizę stopionego chlorku. Element oczyszcza się przez topienie próżniowe.
Beryl jest jedynym stabilnym lekkim metalem o stosunkowo wysokiej temperaturze topnienia. Chociaż łatwo atakują go alkalia i kwasy nieutleniające, beryl szybko tworzy przyczepną warstewkę tlenkową, która chroni metal przed dalszym utlenianiem w powietrzu w normalnych warunkach. Te właściwości chemiczne w połączeniu z doskonałą przewodnością elektryczną, wysoką pojemnością cieplną i przewodnością, dobrymi właściwościami mechanicznymi w podwyższonych temperaturach i bardzo wysokim modułem sprężystości (o jedną trzecią większą niż w przypadku stali), sprawiają, że jest cenny w zastosowaniach konstrukcyjnych i termicznych. Stabilność wymiarowa berylu i jego zdolność do polerowania na wysoki połysk sprawiły, że jest on użyteczny w lustrach i migawkach kamer w zastosowaniach kosmicznych, wojskowych i medycznych oraz w produkcji półprzewodników. Ze względu na swoją niską masę atomową beryl przepuszcza promieniowanie rentgenowskie 17 razy tak samo jak aluminium i jest szeroko stosowany w produkcji okien do lamp rentgenowskich. Beryl jest wytwarzany w żyroskopach, akcelerometrach i częściach komputerowych do bezwładnościowych instrumentów naprowadzających i innych urządzeń do pocisków, samolotów i pojazdów kosmicznych, i jest stosowany do ciężkich bębnów hamulcowych i podobnych zastosowań, w których ważny jest dobry radiator. Jego zdolność do spowalniania szybkich neutronów znalazła szerokie zastosowanie w reaktorach jądrowych.
Znaczna część berylu jest stosowana jako niskoprocentowy składnik stopów twardych, zwłaszcza w przypadku miedzi jako głównego składnika, ale także w stopach na bazie niklu i żelaza, do produktów takich jak sprężyny. Beryl-miedź (2 procent berylu) jest przekształcana w narzędzia do użytku, gdy iskrzenie może być niebezpieczne, jak w fabrykach proszków. Sam beryl nie zmniejsza iskrzenia, ale wzmacnia miedź (sześciokrotnie), która nie tworzy iskier przy uderzeniu. Niewielkie ilości berylu dodane do utlenialnych metali generują ochronne błony powierzchniowe, zmniejszając łatwopalność w magnezie i matowienie w stopach srebra.
Neutrony zostały odkryte (1932) przez brytyjskiego fizyka Sir Jamesa Chadwicka jako cząstki wyrzucane z berylu bombardowane przez cząstki alfa ze źródła radu. Od tego czasu jako źródło neutronów stosowano beryl zmieszany z emiterem alfa, takim jak rad, pluton lub amer. Cząstki alfa uwalniane przez rozpad radioaktywny atomów radu reagują z atomami berylu otrzymując wśród produktów neutronów o szerokim zakresie energii, aż do około 5 x 10 6 elektronowoltów (EV). Jeśli jednak rad jest kapsułkowany, aby żadna z cząstek alfa nie osiągnęła berylu, neutrony o energii mniejszej niż 600 000 eV są wytwarzane przez bardziej przenikliwe promieniowanie gamma z produktów rozpadu radu. Ważne historycznie przykłady wykorzystania źródeł berylu / neutronu radowego obejmują bombardowanie uranu przez niemieckich chemików Otto Hahna i Fritza Strassmanna oraz urodzonego w Austrii fizyka Lise Meitnera, co doprowadziło do odkrycia rozszczepienia jądra atomowego (1939) i wywołania uranu pierwszej reakcji łańcuchowej kontrolowanego rozszczepienia przez urodzonego we Włoszech fizyka Enrico Fermi (1942).
Jedynym naturalnie występującym izotopem jest trwały beryl-9, chociaż znanych jest 11 innych izotopów syntetycznych. Ich okres półtrwania wynosi od 1,5 miliona lat (dla berylu-10, który ulega rozpadowi beta) do 6,7 × 10-17 sekund dla berylu-8 (który rozpada się przez emisję dwóch protonów). Rozpad berylu-7 (okres półtrwania 53,2 dnia) w Słońcu jest źródłem obserwowanych neutrin słonecznych.
