Prvek berylium — Atom berylia

Berylium je chemický prvek v periodické tabulce prvků, který má symbol Be a atomové číslo 4. Beryllium je toxický dvojmocný prvek, ocelově šedý, pevný, lehký, ale křehký kov alkalických zemin, který se používá především jako kalicí činidlo ve slitinách (především v beryliové mědi).

.

lithium – berylium – bór Be Mg
Obecně
Název, Symbol, Číslo	Beryllium, Be, 4
Řada	Kovy alkalických zemin
Skupina, Perioda, blok	2 (IIA), 2, s
Hustota, tvrdost	1848 kg/m3, 5.5
Vzhled	bílo-šedý kovový
Atomové vlastnosti
Atomová hmotnost	9.01218 amu
Atomový poloměr	112 pm
Kovalentní poloměr	90 pm
van der Waalsův poloměr	neznámý
Elektronová konfigurace	2s2
e- ‚s na energetickou hladinu	2, 2
Oxidační stavy (oxid)	2 (amfoterní)
Krystalová struktura	Hexagonální
Fyzikální vlastnosti
Stav hmoty	pevná (diamagnetická)
Teplota tání	1551.15 K
Teplota varu	3243,15 K
Molární objem	4.85 ×10-6 m3/mol
Teplo vypařování	292,40 kJ/mol
Teplo tání	12.20 kJ/mol
Tlak par	4180 Pa
Rychlost zvuku	13000 m/s
Různé
Elektronegativita	1.57 (Paulingova stupnice)
Specifická tepelná kapacita	1825 J/kg*K
Elektrická vodivost	31.3 106/m ohm
Tepelná vodivost	201 W/m*K
1. ionizační potenciál	899,5 kJ/mol
2. ionizační potenciál	1757.1 kJ/mol
3. ionizační potenciál	14848,7 kJ/mol
Jsou použity jednotky SI & STP, pokud není uvedeno jinak.

Berylium má jeden z nejvyšších bodů tání mezi lehkými kovy. Modul pružnosti berylia je přibližně o 1/3 větší než modul pružnosti oceli. Má vynikající tepelnou vodivost, je nemagnetické a odolává působení koncentrované kyseliny dusičné. Je vysoce propustné pro rentgenové záření a při zásahu částicemi alfa, například z radia nebo polonia, se uvolňují neutrony (asi 30 neutronů/milion částic alfa). Při standardní teplotě a tlaku odolává beryllium oxidaci na vzduchu (i když jeho schopnost poškrábat sklo je pravděpodobně způsobena tvorbou tenké vrstvy oxidu).

Použití

• Beryllium se používá jako legující činidlo při výrobě berylové mědi. (Be má schopnost absorbovat velké množství tepla.) Slitiny berylia a mědi se používají v široké škále aplikací díky své elektrické a tepelné vodivosti, vysoké pevnosti a tvrdosti, nemagnetickým vlastnostem spolu s dobrou odolností proti korozi a únavě. Mezi tyto aplikace patří výroba: elektrod pro bodové svařování, pružin, nejiskřivých nástrojů a elektrických kontaktů.
• Díky své tuhosti, nízké hmotnosti a rozměrové stálosti v širokém teplotním rozsahu se druhy čistého berylia a kompozity s kovovou matricí hliníku a berylia používají také v obranném a leteckém průmyslu jako lehké konstrukční materiály ve vysokorychlostních letadlech, raketách, kosmických vozidlech a komunikačních družicích.
• Tenké pláty beryliové fólie se používají u rentgenové diagnostiky k odfiltrování viditelného světla a umožnění detekce pouze rentgenového záření.
• V oblasti rentgenové litografie se beryllium používá pro reprodukci mikroskopických integrovaných obvodů.
• Protože má nízký průřez absorpce tepelných neutronů, používá se tento kov v jaderné energetice v jaderných reaktorech jako reflektor a moderátor neutronů.
• Beryllium se také používá při výrobě gyroskopů, různých počítačových zařízení, hodinových pružin a přístrojů, kde je zapotřebí nízká hmotnost, tuhost a rozměrová stálost.
• Oxid berylia je užitečný pro mnoho aplikací, které vyžadují vynikající vodič tepla, s vysokou pevností a tvrdostí, s velmi vysokým bodem tání a který působí jako elektrický izolant.
• Sloučeniny berylia se kdysi používaly v zářivkových trubicích, ale toto použití bylo ukončeno z důvodu beryliózy u pracovníků, kteří trubice vyráběli (viz níže).

Historie

Název beryllium pochází z řeckého beryllos, beryl. Kdysi se beryllium označovalo jako glucinium (z řeckého glykys, sladký), a to kvůli sladké chuti jeho solí. Tento prvek objevil Louis Vauquelin v roce 1798 jako oxid v berylu a ve smaragdech. Friedrich Wöhler a A. A. Bussy nezávisle na sobě izolovali tento kov v roce 1828 reakcí draslíku na chlorid berylnatý.

Výskyt

Berylnatý kov se nachází ve 30 různých minerálech, z nichž nejdůležitější jsou bertrandit, beryl, chryzoberyl a fenacit. Vzácnými formami berylu jsou akvamarín a smaragd. Nejdůležitějšími komerčními zdroji berylia a jeho sloučenin jsou beryl a bertrandit. V současné době se většina výroby tohoto kovu uskutečňuje redukcí fluoridu berylnatého kovovým hořčíkem. Kovové berylium se stalo snadno dostupným až v roce 1957.

Izolování

Izotopy

Beryllium má pouze jeden stabilní izotop, Be-9. Jeho izotopy se vyskytují v různých skupinách. Kosmogenní berylium (Be-10) vzniká v atmosféře rozpadem kyslíku a dusíku kosmickým zářením. Protože beryllium má tendenci existovat v roztoku při hodnotách pH nižších než přibližně 5,5 (a většina dešťové vody má pH nižší než 5), dostane se do roztoku a prostřednictvím dešťové vody se dostane na zemský povrch. Jak se srážky rychle stávají zásaditějšími, Be z roztoku vypadává. Kosmogenní Be-10 se tak hromadí na povrchu půdy, kde jeho relativně dlouhý poločas rozpadu (1,5 milionu let) umožňuje dlouhou dobu setrvání, než se rozpadne na B-10 (bór). Be-10 a jeho dceřiné produkty byly použity ke zkoumání půdní eroze, vzniku půdy z regolitu, vývoje lateritických půd, jakož i změn sluneční aktivity a stáří ledových jader.

Skutečnost, že Be-7 a Be-8 jsou nestabilní, má hluboké kosmologické důsledky, protože to znamená, že prvky těžší než beryl nemohly vzniknout jadernou fúzí při velkém třesku. Jaderné energetické hladiny berylia-8 jsou navíc takové, že ve hvězdách může vznikat uhlík, což umožňuje vznik života. (Viz proces trojité alfa a nukleosyntéza při velkém třesku).

Ochranná opatření

Berylium a jeho soli jsou toxické látky a potenciálně karcinogenní. Chronická berylióza je plicní a systémové granulomatózní onemocnění způsobené expozicí beryliem. Akutní onemocnění beryliem v podobě chemické pneumonitidy bylo poprvé hlášeno v Evropě v roce 1933 a ve Spojených státech v roce 1943. Případy chronické beryliózy byly poprvé popsány v roce 1946 u pracovníků v závodech vyrábějících zářivky v Massachusetts. Chronická berylióza se v mnoha ohledech podobá sarkoidóze a diferenciální diagnóza je často obtížná.

Ačkoli používání sloučenin berylia v zářivkách bylo ukončeno v roce 1949, možnost expozice beryliu existuje v jaderném a leteckém průmyslu a při rafinaci kovového berylia a tavení slitin obsahujících berylium, výrobě elektronických zařízení a manipulaci s jiným materiálem obsahujícím berylium.

Přední výzkumníci ochutnávali beryllium a jeho různé sloučeniny na sladkost, aby si ověřili jeho přítomnost. Moderní diagnostická zařízení již tento vysoce rizikový postup nevyžadují a o požití této látky by se nemělo pokoušet. S beryliem a jeho sloučeninami je třeba zacházet velmi opatrně a při provádění jakékoli činnosti, při níž by mohlo dojít k uvolnění beryliového prachu, je třeba dodržovat zvláštní bezpečnostní opatření (při dlouhodobé expozici prachu s obsahem berylia je možný vznik rakoviny plic).

Při dodržení určitých postupů lze s touto látkou zacházet bezpečně. Nepokoušejte se pracovat s beryliem před seznámením se správnými manipulačními postupy.

Zdravotní účinky

Beryllium může být škodlivé, pokud ho vdechujete. Účinky závisí na tom, jakému množství a jak dlouho jste vystaveni. Pokud jsou hladiny berylia ve vzduchu dostatečně vysoké (vyšší než 1000 ¼g/m³), může dojít k akutnímu stavu. Tento stav se podobá zápalu plic a nazývá se akutní beryliová nemoc. Pracovní a komunální normy pro ovzduší jsou účinné při prevenci většiny akutních poškození plic.

Někteří lidé (1-15 %) se stávají citlivými na beryllium. U těchto osob se může vyvinout zánětlivá reakce v dýchacím systému. Tento stav se nazývá chronická beryliová nemoc (CBD) a může se objevit mnoho let po expozici vyšším než normálním hladinám berylia (vyšším než 0,2 ¼g/m³). Při tomto onemocnění se můžete cítit slabí a unavení a může způsobovat potíže s dýcháním. Může také vést k anorexii, ztrátě hmotnosti a v pokročilých případech může vést i ke zvětšení pravé poloviny srdce a srdečnímu onemocnění. Někteří lidé, kteří jsou na beryllium senzibilizováni, nemusí mít žádné příznaky. U běžné populace se akutní nebo chronické onemocnění beryliem pravděpodobně nevyvine, protože hladiny berylia ve vnějším ovzduší jsou obvykle velmi nízké (0,00003-0,0002 ¼g/m³).

Nebylo zaznamenáno, že by polykání berylia mělo u lidí nějaké účinky, protože berylium se ze žaludku a střev vstřebává jen velmi málo. U psů, kteří přijímali berylium v potravě, byly pozorovány vředy. Kontakt berylia s poškrábanou nebo pořezanou kůží může způsobit vyrážky nebo vředy.

Dlouhodobá expozice beryliu může u lidí zvýšit riziko vzniku rakoviny plic.

Ministerstvo zdravotnictví a sociálních služeb Spojených států amerických (DHHS) a Mezinárodní agentura pro výzkum rakoviny (IARC) určily, že berylium je lidský karcinogen. Americká agentura pro ochranu životního prostředí (EPA) určila, že beryllium je pravděpodobný lidský karcinogen. EPA odhadla, že celoživotní expozice 0,04 ¼g/m³ berylia může mít za následek pravděpodobnost vzniku rakoviny jedna ku tisíci.

Neexistují žádné studie o zdravotních účincích dětí vystavených beryliu. Je pravděpodobné, že zdravotní účinky pozorované u dětí vystavených berylliu budou podobné účinkům pozorovaným u dospělých. Nevíme, zda se děti liší od dospělých v citlivosti k berylliu.

Nevíme, zda expozice berylliu bude mít za následek vrozené vady nebo jiné vývojové účinky u lidí. Studie o vývojových účincích u zvířat nejsou průkazné.

Berylium lze měřit v moči a krvi. Množství berylia v krvi nebo moči nemusí ukazovat, jak moc nebo jak nedávno jste byli vystaveni. Množství berylia lze měřit také ve vzorcích plic a kůže. Tyto testy obvykle nejsou k dispozici v ordinaci vašeho lékaře, ale lékař může vzorky poslat do laboratoře, která je může provést.

Další krevní test, test proliferace lymfocytů beryliem v krvi (BeLPT), identifikuje senzibilizaci na berylium a má prediktivní hodnotu pro CBD.

Typické hodnoty berylia, které mohou průmyslové podniky vypouštět do ovzduší, jsou řádově 0,01 ¼g/m³, zprůměrované za 30 dní, nebo 2 ¼g/m³ vzduchu v pracovním prostoru za 8hodinovou pracovní směnu.

.