Element Beryl — Atom berylu

Beryl jest pierwiastkiem chemicznym w układzie okresowym, który ma symbol Be i liczbę atomową 4. Toksyczny pierwiastek dwuwartościowy, beryl jest stalowoszarym, mocnym, lekkim, ale kruchym metalem ziem alkalicznych, który jest stosowany głównie jako środek utwardzający w stopach (przede wszystkim miedzi berylowej).

.

.

lit – beryl – bor Be Mg
Ogólne
Nazwa, Symbol, Liczba	Beryl, Be, 4
Seria	Metale ziem alkalicznych
Grupa, Okres, Blok	2 (IIA), 2, s
Gęstość, Twardość	1848 kg/m3, 5.5
Wygląd	biało-szary metaliczny
Właściwości atomowe
Masa atomowa	9.01218 amu
Promień atomowy	112 pm
Promień kowalencyjny	90 pm
Promień van der Waalsa	nieznany
Konfiguracja elektronów	2s2
e-. na poziom energetyczny	2, 2
Stany utlenienia (tlenek)	2 (amfoteryczny)
Struktura krystaliczna	Heksagonalna
Właściwości fizyczne
Stan skupienia materii	stała (diamagnetyczna)
Temperatura topnienia	1551.15 K
Punkt wrzenia	3243.15 K
Objętość molowa	4.85 ×10-6 m3/mol
Ciepło parowania	292,40 kJ/mol
Ciepło topnienia	12.20 kJ/mol
Ciśnienie pary	4180 Pa
Prędkość dźwięku	13000 m/s
Różne
Elektronegatywność	1.57 (skala Paulinga)
Pojemność cieplna właściwa	1825 J/kg*K
Przewodnictwo elektryczne	31.3 106/m ohm
Przewodność cieplna	201 W/m*K
1. potencjał jonizacji	899,5 kJ/mol
2. potencjał jonizacji	1757.1 kJ/mol
3rd potencjał jonizacji	14848.7 kJ/mol
SI jednostki & STP są używane, chyba że zaznaczono.

Beryl ma jedną z najwyższych temperatur topnienia metali lekkich. Moduł sprężystości berylu jest około 1/3 większa niż w przypadku stali. Ma doskonałą przewodność cieplną, jest niemagnetyczny i odporne na atak przez stężony kwas azotowy. Jest wysoce przepuszczalny dla promieniowania rentgenowskiego, a neutrony są uwalniane, gdy jest uderzony przez cząstki alfa, jak z radu lub polonu (około 30 neutronów / milion cząstek alfa). W standardowej temperaturze i ciśnieniu beryl jest odporny na utlenianie pod wpływem powietrza (chociaż jego zdolność do zarysowania szkła jest prawdopodobnie spowodowana tworzeniem się cienkiej warstwy tlenku).

Zastosowanie

• Beryl jest używany jako środek stopowy w produkcji miedzi berylowej. (Be ma zdolność do absorbowania dużych ilości ciepła.) Stopy berylu i miedzi są wykorzystywane w wielu różnych zastosowaniach ze względu na ich przewodnictwo elektryczne i cieplne, wysoką wytrzymałość i twardość, właściwości niemagnetyczne, wraz z dobrą odpornością na korozję i zmęczenie. Zastosowania te obejmują wykonanie: elektrod do zgrzewania punktowego, sprężyn, narzędzi nieiskrzących i styków elektrycznych.
• Dzięki swojej sztywności, lekkości i stabilności wymiarowej w szerokim zakresie temperatur, czyste gatunki berylu i kompozyty na osnowie aluminiowo-berylowej są również wykorzystywane w przemyśle obronnym i lotniczym jako lekkie materiały konstrukcyjne w szybkich samolotach, rakietach, pojazdach kosmicznych i satelitach komunikacyjnych.
• Cienkie arkusze folii berylowej są stosowane w diagnostyce rentgenowskiej w celu odfiltrowania światła widzialnego i umożliwienia wykrycia tylko promieniowania rentgenowskiego.
• W dziedzinie litografii rentgenowskiej beryl jest używany do reprodukcji mikroskopijnych układów scalonych.
• Ponieważ ma niski przekrój poprzeczny absorpcji neutronów termicznych, energetyka jądrowa wykorzystuje ten metal w reaktorach jądrowych jako reflektor neutronów i moderator.
• Beryl jest również używany w produkcji żyroskopów, różnych urządzeń komputerowych, sprężyn zegarkowych i instrumentów, gdzie wymagana jest lekkość, sztywność i stabilność wymiarowa.
• Tlenek berylu jest przydatny do wielu zastosowań, które wymagają doskonałego przewodnika ciepła, o wysokiej wytrzymałości i twardości, o bardzo wysokiej temperaturze topnienia, i który działa jako izolator elektryczny.
• Związki berylu były kiedyś stosowane w lampach fluorescencyjnych, ale zaprzestano tego stosowania z powodu berylozy u pracowników wytwarzających te lampy (patrz poniżej).

Historia

Nazwa beryl pochodzi od greckiego beryllos, beryl. Swego czasu beryl był określany jako glucyn (z greckiego glykys, słodki), ze względu na słodki smak jego soli. Pierwiastek ten został odkryty przez Louisa Vauquelina w 1798 roku jako tlenek w berylu i szmaragdach. Friedrich Wöhler i A. A. Bussy niezależnie wyizolowali ten metal w 1828 r. poprzez reakcję potasu z chlorkiem berylu.

Występowanie

Beryl występuje w 30 różnych minerałach, z których najważniejsze to bertrandyt, beryl, chryzoberyl i fenacyt. Szlachetne formy berylu to akwamaryn i szmaragd. Najważniejszymi komercyjnymi źródłami berylu i jego związków są beryl i bertrandyt. Obecnie większość produkcji tego metalu uzyskuje się przez redukcję fluorku berylu magnezem. Metal beryl stał się łatwo dostępny dopiero w 1957 roku.

Isolation

Isotopes

Beryl ma tylko jeden stabilny izotop, Be-9. Beryl kosmogeniczny (Be-10) jest produkowany w atmosferze przez promieniowanie kosmiczne rozpraszające tlen i azot. Ponieważ beryl ma tendencję do występowania w roztworze przy pH niższym niż około 5,5 (a większość wody deszczowej ma pH niższe niż 5), dostaje się on do roztworu i jest przenoszony na powierzchnię Ziemi przez wodę deszczową. Ponieważ opady szybko stają się bardziej alkaliczne, Be wypada z roztworu. Kosmogeniczny Be-10 gromadzi się na powierzchni gleby, gdzie jego stosunkowo długi okres półtrwania (1,5 mln lat) pozwala na długi czas przebywania zanim rozpadnie się do B-10 (bor). Be-10 i jego produkty pochodne zostały wykorzystane do badania erozji gleby, tworzenia się gleby z regolitu, rozwoju gleb laterytowych, a także zmian aktywności słonecznej i wieku rdzeni lodowych.

Fakt, że Be-7 i Be-8 są niestabilne ma głębokie konsekwencje kosmologiczne, ponieważ oznacza, że pierwiastki cięższe od berylu nie mogły powstać w wyniku fuzji jądrowej w wielkim wybuchu. Co więcej, poziomy energii jądrowej berylu-8 są takie, że węgiel może być produkowany w gwiazdach, co umożliwia powstanie życia. (Patrz proces potrójnej alfa i nukleosynteza wielkiego wybuchu).

Środki ostrożności

Beryl i jego sole są substancjami toksycznymi i potencjalnie rakotwórczymi. Przewlekła beryllioza jest płucną i układową chorobą ziarniniakową spowodowaną narażeniem na beryl. Ostra choroba berylowa w postaci chemicznego zapalenia płuc została po raz pierwszy opisana w Europie w 1933 roku, a w Stanach Zjednoczonych w 1943 roku. Przypadki przewlekłej berylozy opisano po raz pierwszy w 1946 roku wśród pracowników zakładów produkujących lampy fluorescencyjne w Massachusetts. Przewlekła beryloza pod wieloma względami przypomina sarkoidozę, a diagnostyka różnicowa jest często trudna.

Pomimo że w 1949 roku zaprzestano stosowania związków berylu w lampach fluorescencyjnych, potencjalne narażenie na beryl istnieje w przemyśle jądrowym i lotniczym oraz przy rafinacji metalu berylowego i topieniu stopów zawierających beryl, produkcji urządzeń elektronicznych i obchodzeniu się z innymi materiałami zawierającymi beryl.

Wcześniejsi badacze próbowali berylu i jego różnych związków na słodycz w celu sprawdzenia jego obecności. Nowoczesny sprzęt diagnostyczny nie wymaga już tej wysoce ryzykownej procedury i nie należy podejmować żadnych prób spożycia tej substancji. Beryl i jego związki powinny być traktowane z wielką ostrożnością, a specjalne środki ostrożności muszą być podjęte podczas wykonywania jakichkolwiek czynności, które mogłyby spowodować uwolnienie pyłu berylowego (rak płuc jest możliwym wynikiem długotrwałego narażenia na pył obciążony berylem).

Ta substancja może być bezpiecznie traktowana, jeśli przestrzegane są pewne procedury. Nie należy podejmować prób pracy z berylem przed zapoznaniem się z prawidłowymi procedurami postępowania.

Skutki zdrowotne

Beryl może być szkodliwy, jeśli się go wdycha. Efekty zależą od tego, na ile i jak długo jest się narażonym. Jeśli poziom berylu w powietrzu jest wystarczająco wysoki (większy niż 1000 ¼g/m³), może wystąpić ostry stan. Stan ten przypomina zapalenie płuc i nazywany jest ostrą chorobą berylową. Normy powietrza w miejscu pracy i w społeczności lokalnej są skuteczne w zapobieganiu większości ostrych uszkodzeń płuc.

Niektórzy ludzie (1-15%) stają się wrażliwi na beryl. U tych osób może rozwinąć się reakcja zapalna w układzie oddechowym. Stan ten nazywany jest przewlekłą chorobą berylową (CBD) i może wystąpić wiele lat po narażeniu na wyższe niż normalne poziomy berylu (większe niż 0,2 ¼g/m³). Choroba ta może powodować uczucie osłabienia i zmęczenia oraz trudności w oddychaniu. Może również powodować anoreksję, utratę wagi, a w zaawansowanych przypadkach może również prowadzić do powiększenia prawej strony serca i choroby serca. Niektóre osoby uczulone na beryl mogą nie mieć żadnych objawów. Jest mało prawdopodobne, aby w populacji ogólnej rozwinęła się ostra lub przewlekła choroba berylowa, ponieważ poziomy berylu w powietrzu są zazwyczaj bardzo niskie (0,00003-0,0002 ¼g/m³).

Przełykanie berylu nie powodowało skutków u ludzi, ponieważ bardzo mała ilość berylu jest wchłaniana z żołądka i jelit. Wrzody były obserwowane u psów spożywających beryl w diecie. Kontakt berylu ze skórą, która została zeskrobana lub przecięta może powodować wysypki lub wrzody.

Długotrwałe narażenie na beryl może zwiększać ryzyko rozwoju raka płuc u ludzi.

Departament Zdrowia i Usług Społecznych Stanów Zjednoczonych (DHHS) oraz Międzynarodowa Agencja Badań nad Rakiem (IARC) stwierdziły, że beryl jest czynnikiem rakotwórczym dla ludzi. Amerykańska Agencja Ochrony Środowiska (EPA) ustaliła, że beryl jest prawdopodobnym czynnikiem rakotwórczym u ludzi. EPA oszacowała, że narażenie na beryl przez całe życie na poziomie 0,04 ¼g/m³ może skutkować jedną na tysiąc szans na rozwój raka.

Nie ma badań dotyczących skutków zdrowotnych u dzieci narażonych na działanie berylu. Jest prawdopodobne, że skutki zdrowotne obserwowane u dzieci narażonych na beryl będą podobne do skutków obserwowanych u dorosłych. Nie wiemy, czy dzieci różnią się od dorosłych pod względem podatności na beryl.

Nie wiemy, czy narażenie na beryl spowoduje wady wrodzone lub inne skutki rozwojowe u ludzi. Badania nad skutkami rozwojowymi u zwierząt nie są rozstrzygające.

Beryl może być mierzony w moczu i krwi. Ilość berylu we krwi lub moczu może nie wskazywać, jak bardzo lub jak niedawno byłeś narażony. Poziom berylu może być również mierzony w próbkach płuc i skóry. Testy te nie są zazwyczaj dostępne w gabinecie lekarskim, ale lekarz może wysłać próbki do laboratorium, które może wykonać te testy.

Inne badanie krwi, test proliferacji limfocytów berylowych we krwi (BeLPT), identyfikuje uczulenie na beryl i ma wartość predykcyjną dla CBD.

Typowe poziomy berylu, które przemysł może uwolnić do powietrza są rzędu 0.01 ¼g/m³, uśrednione w okresie 30 dni, lub 2 ¼g/m³ powietrza w pomieszczeniu roboczym dla 8-godzinnej zmiany roboczej.

.