БЕРИЛИЙ: ИСТОРИЯ, СТРУКТУРА, СВОЙСТВА, ПРИЛОЖЕНИЯ - ХИМИЯ - 2025

В берилий е метален елемент, принадлежащ към група 2 или ПА от периодичната таблица. Той е най-лекият алкалоземен метал от групата и е представен със символа Be. Атомът и катионът му също са по-малки от тези на неговите съединения (Mg, Ca, Sr…).

Поради своята необичайна плътност на заряда, този метал обикновено не се среща изолирано. Около 30 минерали са известни да съдържат, измежду които са: берил (3BeO · Al ₂ O ₃ · 6SiO ₂ · 2H ₂ O), bertrandite (4BeO.2SiO ₂.2H ₂ О), хризоберила (Beal ₂ O ₄) и фенакит (Be ₂ Si ₄).

Метални берилиеви самородки. Източник: W. Oelen

Изумрудът, скъпоценен камък, е вариант на берил. Чистият берилий обаче не е толкова поразителен; има бледо сивкав блясък (горно изображение) и е постигнат под формата на семена или таблетки.

Берилият има набор от характерни физически свойства. Има ниска плътност; висока топло- и електрическа проводимост, както и топлинният му капацитет и разсейване на топлината; не е магнитен метал; и също така има подходяща комбинация от твърдост и еластичност.

Всички тези свойства доведоха до това, че берилият е метал с много приложения, вариращи от използването му в сплави с мед за производството на инструменти, до използването му в ракети, самолети, автомобили, ядрени реактори, рентгеново оборудване, резонанс ядрено-магнитен и т.н.

Берилият има 10 известни изотопа, вариращи от ⁵ Be до ¹⁴ Be, като ⁹ Be е единственият стабилен. По същия начин, това е много токсичен метал, който особено засяга дихателната система, така че има ограничение при използването му.

История на откриването му

Берилият е открит от Луи-Николас Вогелин през 1798 г. като композиционен елемент от минерала берил и силикат от алуминий и берилий.

По-късно германският химик Фредерик Вьолер през 1828 г. успява да изолира берилия, като реагира калий с берилиев хлорид в платинен тигел.

Едновременно и независимо, френският химик Антоан Буси също постигна изолацията на берилий. Вьолер пръв предложи името берилий за метала.

Настоящото име получава през 1957 г., тъй като по-рано е бил известен като глюциний, поради сладкия вкус на някои от неговите соли. Но, за да се избегне объркване с други съединения със сладък вкус и с растение, наречено глюцин, беше решено да го преименуват на берилий.

Структура на берилий

Кристална структура на берилий. Източник: Потребител: Dornelf

Берилият е най-лекият от алкалоземните метали, като обемът на неговите атоми трябва да се очаква да бъде най-малкият от всички. Атомите на берилий взаимодействат помежду си чрез метално свързване по такъв начин, че тяхното „море от електрони“ и отблъсквания между ядра оформят структурата на получения кристал.

След това се образуват черните берилиеви кристали. Тези кристали имат шестоъгълна структура (горно изображение), където всеки атом Be има шест странични съседи и още три в равнините над и отдолу.

Тъй като кристалите са черни, полезно е да си представим, че черните точки на шестоъгълната структура се заменят с атоми на берилий. Това е една от най-компактните структури, които един метал може да възприеме; и има смисъл, че много малките атоми на Be са „стиснати“ толкова много, че да се избегне най-малкото количество празнота или брой дупки между тях.

Електронна конфигурация

1s ² 2s ²

Което е равно на 4 електрона, от които 2 са с валентност. Ако промотирате електрон до орбитала 2p, ще имате две sp хибридни орбитали. По този начин, в берилиевите съединения може да има линейни геометрии, X-Be-X; например, изолираният BeCl ₂ молекула, CI-BeCl.

Имоти

Физическо описание

Блестящо, крехко, стабилно сиво твърдо вещество.

Точка на топене

1287 ° С.

Точка на кипене

2471 ° C.

плътност

- 1.848 g / cm ³ при стайна температура.

- 1,69 g / cm ³ в точката на топене (течно състояние).

Атомно радио

112 вечерта.

Ковалентен радиус

90 вечерта.

Атомен обем

5 см ³ / мол.

Специфична топлина

1,824 J / g · mol при 20 ° C.

Топлина от синтез

12,21 kJ / mol.

Изпарение

309 kJ / mol.

Електроотрицателност

1.57 по скалата на Полинг.

Стандартен потенциал

1,70 V.

Скорост на звука

12 890 m / s.

Термично разширение

11,3 µm / m · K при 25 ° C.

Топлопроводимост

200 w / m K.

Химични свойства

Берилият е покрит със слой от берилиев оксид (BeO), който го защитава на въздух при стайна температура. Окисляването на берилия се извършва при температури над 1000 ºC, като се получават берилиев оксид и берилиев нитрид като продукти.

Той е устойчив и на действието на азотна киселина 15 М. Но се разтваря в солна киселина и основи, като натриев хидроксид.

Приложения

Изработка на инструменти

Берилият образува сплави с мед, никел и алуминий. По-специално, сплавта с мед произвежда инструменти с голяма твърдост и устойчивост, съставляващи само 2% от теглото на сплавта.

Тези инструменти не създават искри при удари на желязо, което им позволява да се използват в среда с високо съдържание на горими газове.

Поради ниската си плътност има леко тегло, което заедно със своята твърдост позволява използването му в космически самолети, ракети, ракети и самолети. Сплавта с берилий е използвана при производството на автомобилни части. Използва се и при производството на пружини.

Поради голямата твърдост, която берилият дава на своите сплави, те са били използвани в спирачките на военните самолети.

Изработка на огледала

Берилият е бил използван в производството на огледала поради стабилността на размерите и способността си да бъде много полиран. Тези огледала се използват в спътници и в системи за контрол на пожара. Също така те се използват в космическите телескопи.

При йонизиращо лъчение

Берилият е елемент с ниска плътност, така че може да се счита за прозрачен за рентгенови лъчи.Тази характеристика позволява използването му при изграждането на прозорците на тръбите, които произвеждат рентгенови лъчи, за промишлено приложение и за медицинска диагностика., Също така, берилият се използва в прозорците на детектори за радиоактивни емисии.

В оборудване за генериране на магнетизъм

Сред характеристиките на берилия е, че той не е магнитен елемент. Това позволява да се използва при конструирането на изделия за апаратура за магнитно резонансно изображение, в които се генерират магнитни полета с висок интензитет, като се минимизират всякакви смущения.

Ядрени реактори

Поради високата си точка на топене, той намери приложение в ядрените реактори и керамиката. Берилият се използва като модератор на ядрени реакции и като производител на неутрони:

⁹ Be + ⁴ He (α) => ¹² C + n (неутрон)

Изчислено е, че за един милион атоми на берилий, които са бомбардирани с α частици, се получават до 30 милиона неутрона. Точно тази ядрена реакция позволи откриването на неутрона.

Джеймс Чадуик бомбардира атоми на берилий с α (He) частици. Изследователят наблюдава освобождаването на субатомни частици, без електрически заряд, което доведе до откриването на неутрони.

Метален протектор

Добавянето на количество берилий върху повърхността на металите, които могат да бъдат окислени, им осигурява известна защита. Например, запалимостта на магнезий се намалява и блясъкът на сребърните сплави се удължава.

Къде се намира?

Берилът се намира в пегматит, свързан със слюда, фелдшпат и кварц. С помощта на флотационна техника се отделя смес от берил и фелдшпат. Впоследствие фелдшпатът и берилът се концентрират и се подлагат на обработка с калциев хипохлорит.

Следвана от обработка със сярна киселина и калиев сулфонат, чрез разреждане се постига флотацията на берила, отделяйки го от фелдшпата.

Берилът се обработва с натриев флуоросиликат и сода при 770 ° С, за да се образува натриев флуоробилат, алуминиев оксид и силициев диоксид. След това берилиевият хидроксид се утаява от натриевия флуороберилат с натриев хидроксид.

Берилиевият флуорид се образува при взаимодействие на берилиев хидроксид с амонячен хидроген флуорид, като се получава амониев тетрафлуоберилат. Той се нагрява, за да се образува берилиев флуорид, който се обработва горещо с магнезий за изолиране на берилия.

Рискове

Берилият като фино разделен метал под формата на разтвори, сух прах или дим е много токсичен и може да причини дерматит. Най-голямата токсичност обаче се получава при вдишване.

Първоначално берилият може да предизвика свръхчувствителност или алергия, която може да се развие в берилиоза или хронична берилиева болест (CBD). Това е сериозно заболяване, характеризиращо се с намаляване на капацитета на белите дробове.

Острата болест е рядка. При хронично заболяване се образуват грануломи в цялото тяло, особено в белите дробове. Хроничната берилиоза причинява прогресираща диспнея, кашлица и обща слабост (астения).

Острата берилиоза може да бъде фатална. При берилиоза възниква прогресиращата загуба на дихателната функция, тъй като има запушване в потока на газове в дихателните пътища и намалена оксигенация на артериалната кръв.

Препратки

1. Кралско химическо общество. (2019). Берилий. Възстановено от: rsc.org
2. Национален център за информация за биотехнологиите. (2019). Берилий. PubChem база данни. Възстановени от: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov
3. Хелменстин, Ан Мари, доктор на науките (15 март 2019 г.). Факти за берилий. Възстановено от: thinkco.com
4. Wikipedia. (2019). Берилий. Възстановено от: en.wikipedia.org
5. Lenntech BV (2019). Берилий-Be. Възстановена от: lenntech.com
6. Materio Corporation. (2019). Научете за елемента берилий Възстановен от: beryllium.com
7. Д. Мишо. (2016 г., 12 април). Проблем с обработката и извличането на берилий. 911 Металург. Възстановено от: 911metallurgist.com
8. Тимотей П. Хануса. (5 януари 2016 г.). Берилий. Encyclopædia Britannica. Възстановено от: britannica.com
9. Лий С. Нюман. (2014). Берилиева болест. MSD Ръководство. Възстановена от: msdmanuals.com