Beryllium

Z Multimediaexpo.cz

Beryllium
Beryllium
Atomové číslo4
Relativní atomová hmotnost9.012182 amu
Stabilní izotopy 9
Elektronová konfigurace 1s2 2s2
SkupenstvíPevné
VzhledBeryllium
Teplota tání1 287 °C, (1 560 K)
Teplota varu2 469 °C, (2 742 K)
Elektronegativita (Pauling) 1,57
Hustota 1,85 g/cm3
Hustota při teplotě tání1,690 g/cm3
Registrační číslo CAS7440-41-7
Elektronegativita 1,5 (Pauling)
Specifické teplo 0,540
Atomový poloměr 1,05 Å (1,05*10-10m)
Iontový poloměr 0,34 Å (0,34*10-10m)
Skupenské teplo tání 10,456 kJ/mol
Skupenské teplo varu 223,764 kJ/mol
Ionisační energie Be→Be+ 893,8 kJ/mol
Ionisační energie Be+→Be2+ 1 746,612 kJ/mol
Ionisační energie Be2+→Be3+ 14 775,52 kJ/mol
Normální potenciál -1,69 V
Hydratační teplo 2 384,025 kJ/mol

Beryllium, chemická značka Be, (latinsky Beryllium) někdy také berylium je nejlehčím z řady kovů s2, tvrdý, šedý kov o značně vysoké teplotě tání. Velmi dobře propouští radioaktivní záření. Jeho soli jsou mimořádně toxické. Samotný kov je také toxický

Obsah

Základní fyzikálně - chemické vlastnosti

Kovové beryllium

Tvrdý (rýpe do skla), křehký (za normální teploty) a poměrně těžce tavitelný kov. Za červeného žáru je beryllium tažné. Vede špatně elektrický proud a teplo. Práškovité beryllium vyvolává kožní ekzémy a poškozuje dýchací cesty. Elementární kovové beryllium lze dlouhodobě uchovávat např. překryté vrstvou alifatických uhlovodíků jako petrolej nebo nafta, s kterými nereaguje.

Beryllium je na suchém vzduchu stabilní (nereaguje s kyslíkem za pokojové teploty). S vodou reaguje pouze na povrchu a pokrývá se tenkou vrstvou oxidu beryllnatého, oxidace dále za normální teploty neprobíhá. V přírodě se setkáváme pouze se sloučeninami.

Kovové beryllium se za normální teploty nerozpouští v kyselině dusičné (ve zředěné kyselině se pouze pasivuje), za vyšší teploty se oxiduje velmi živě. S ostatními kyselinami se beryllium slučuje už za normální teploty. Beryllium se také rozpouští v roztocích hydroxidů. Se zředěnými roztoky hydroxidů reaguje teprve za tepla a s koncentrovanými již za pokojové teploty.

Historický vývoj

Beryllium bylo objeveno roku 1798 Louisem Vauguelinem jako součást minerálu berylu a ve smaragdech, které mají stejné struktury(smaragd obsahuje pouze o 2 % více chromu) (je zajímavé, že k závěru, že beryl a smaragd jsou podobné, dospěl přibližně 2000 let před objevem tohoto prvku i Plinius Starší).

Při objevu beryllia nebylo jasné jeho oxidační číslo a relativní atomová hmotnost - uvažovalo se Be2+ a hmotnosti 9,4 nebo Be3+ a hmotnosti 14,1. Tuto nejasnost objasnil o 70 let později teprve Mendělejev na základě svého periodického zákona. Podle něj nemá trojmocný prvek s relativní atomovou hmotností okolo 14 v blízkosti dusíku v periodické soustavě prvků místo, ale dvojmocný prvek s relativní atomovou hmotností okolo 9 by dokonale zaplnil mezeru mezi lithiem a borem.

Tento kov se v mnohých vlastnostech podobal hliníku, ale nebyl schopný tvořit kamence (podvojné sloučeniny, které se ve středověku používaly k barvení látek). Kov dostal ve Francii název glucinium, který upomíná na sladkou chuť beryllnatých solí (všechny beryllnaté soli jsou prudce jedovaté).

Kovové beryllium bylo poprvé připraveno roku 1828 nezávisle dvěma vědci. Friedrich Wöhler i Antoine Bussy provedli nezávisle na sobě redukcí chloridu berylnatého kovovým draslíkem. Příprava čistého beryllia se povedla teprve roku 1898 Lebeauovi, který elektrolyzoval taveninu fluoridu beryllnatého s fluoridem sodným.

Výskyt v přírodě

Díky jeho poměrně velké reaktivitě se v přírodě setkáváme pouze se sloučeninami beryllia. Ve všech svých sloučeninách se vyskytuje pouze v mocenství Be2+. Kromě beryllnatých solí vytváří beryllium i komplexy [BeO2]2- a [Be(OH)4]2-.

V zemské kůře je beryllium obsaženo v množství 3–10 mg/kg, mořská voda vykazuje mimořádně nízký obsah beryllia - přibližně 0,6 ng Be/l, což odpovídá 2 ppm (parts per milion = počet částic na 1 milion částic) a ve výskytu se řadí na stejnou úroveň jako cín, europium nebo arsen. Ve vesmíru patří beryllium přes svoji velmi nízkou atomovou hmotnost mezi poměrně vzácné prvky - na jeden jeho atom připadá přibližně 4,5 miliardy atomů vodíku.

Ruda beryllia

Nejdůležitějším minerálem s obsahem beryllia je aluminosilikát beryl, jehož složení popisuje následující sumární vzorec: Be3Al2(SiO3)6. Mineralogie zná mnoho různých odrůd berylu, z nichž nejznámější jsou jistě drahé kameny zelený smaragd a modrý akvamarín (beryl je součástí koruny britské královny). Z dalších minerálů s větším obsahem berylia lze uvést např. chrysoberyl Al2[BeO4], bromellit BeO, herderit CaBe(F, OH)PO4, euklas BeAlSiO4(OH), fenakit Be2[SiO4] a gadolinit Be2Y2FeSi2O10. Další vzácné minerály beryllia jsou např. helvín (Fe, Mn)4[Be3Si3O12]S, danalit [Fe, Zn]4[Be3Si3O12]S, leukopan (Ca, Na)2[BeSi2(O, F)7], melinofan (Ca, Na)2Be(Si, Al)2(O, F)7, trimerit MnBeSiO4 a bertrandit Be8[Si2O6].[SiO4]2(OH)4.

Beryl je lehce získatelný, protože tvoří povrchová ložiska a těží se v Brazílii, Severní Americe, Africe, Indii, Anglii, Norsku, Španělsku a na Urale. V České republice se beryl vyskytuje v těžitelném množství na Šumavě. Zásoby beryllia jsou odhadovány na 4.106 tun.

Výroba

Beryllium se získává pražením berylu s hexafluorokřemičitanem sodným při teplotě 700 až 750°C, vyloužením rozpustného fluoridu vodou a následným srážením hydroxidem barnatým při pH asi 12. Beryllium se nejčastěji připravuje redukcí fluoridu beryllnatého hořčíkem při teplotě okolo 1300°C.

Druhá nejčastější průmyslová výroba kovové berylia probíhá elektrolýzou směsi roztaveného chloridu berylnatého a sodného na rtuťové katodě v ochranné atmosféře plynného argonu.

Beryllium lze připravit také elektrolýzou taveniny směsi fluoridu beryllnatosodného NaBeF3 a trifluoroberylnatanu barnatého Ba[BeF3]2.

Malé množství beryllia se dá také připravit rozkladem azidu beryllnatého Be2N6

Využití

Minerály beryllia se využívají ve šperkařství jako drahokamy a polodrahokamy. Nejznámější a největší drahokamy berylu jsou usazeny v anglické koruně.

Vybroušený smaragd

Mimořádně důležitou vlastností kovového berylia je jeho velmi vysoká propustnost pro rentgenové záření a nízkoenergetické neutrony. Proto je cenným materiálem především v jaderné energetice, kde slouží v jaderných reaktorech ke konstrukci neutronových zrcadel a je součástí moderátorových tyčí.

Slitina beryllia

Vysoká propustnost pro rentgenové záření se úspěšně využívá jak při kontrole provozu jaderných reaktorů, tak především při konstrukci rentgenových analyzátorů kovů. Vzorek analyzovaného materiálu je přitom umístěn tak, aby jej od zdroje rentgenového záření oddělovalo okénko z čistého beryllia o síle pouze několika mikrometrů. Tím se dosahuje maximálního průchodu všech vysoce energetických fotonů použitého rentgenova záření a silně tak roste citlivost analýzy.

V metalurgii jsou slitiny beryllia především s mědí ceněny především pro svoji vysokou tvrdost, pevnost a zároveň dobrou elektrickou a tepelnou vodivost (např. Cu + 2 % Be = beryliový bronz, který se vyrovná nejkvalitnější nemagnetické oceli).

Slitiny se používají často v elektronice pro výrobu odolných elektrických kontaktů nebo speciálních elektrod pro obloukové svařování. Nízká hustota a vysoká pevnost slitin beryllia vede k jejich využití pro konstrukci součástí letadel a kosmických lodí. Speciální slitiny s mědí se používají na výrobu nejiskřivého ručního nářadí; kladiv ap. určených pro používání v provozech, ve kterých hrozí nebezpečí výbuchu.

Oxid beryllnatý BeO se využívá na lisování žáruvzdorných tyglíků, které odolávají teplotě do 2500 °C; je katalyzátorem při výrobě některých organických látek

Sloučeniny

Anorganické sloučeniny

  • Hydroxid beryllnatý Be(OH)2 je bílá práškovitá látka, která je ve vodě nerozpustná, ale rozpouští se v kyselinách na beryllnaté soli a v hydroxidech na hydroxoberyllnatany. Připravuje se srážením beryllnatých solí roztoky alkalických hydroxidů.

Soli

Soli a sloučeniny beryllia se velmi podobají solím a sloučeninám hliníku. Většina beryllnatých solí se ve vodě rozpuští a jen část se rozpouští hůře nebo vůbec, všechny soli mají bílou barvu (nebo jsou bezbarvé), pokud není anion soli barevný (manganistany, chromany). Beryllnaté soli vytváří snadno podvojné soli i komplexy. Je to díky toho, že má beryllium amfoterní povahu - reaguje s kyselinami za vzniku beryllnatých solí Be2+ a s hydroxidy za vzniku komplexních anionů tetrahydroxyberyllnatanových [Be(OH)4]2- a jejich zahříváním („rozkladem“) lze vytvořit beryllnatanový anion BeO22-, tyto aniony jsou také bezbarvé. Beryllnatany nemají praktické využití a ve vodném roztoku nejsou příliš stabilní.

  • Chlorid beryllnatý BeCl2 je sněhobílá, rozpustná krystalická látka, která snadno taje (teplota tání 405°C) a vypařuje se. Velmi ochotně vytváří adiční sloučeniny s organickými látkami. Připravuje se zahříváním beryllia v atmosféře chlorovodíku nebo chloru.

Organické sloučeniny

Mezi organické sloučeniny beryllia patří zejména beryllnaté soli organických kyselin a beryllnaté alkoholáty. K dalším beryllnatým sloučeninám patří nejrůznější organické komplexy beryllnatých sloučenin. Zcela zvláštní skupinu organických beryllnatých sloučenin tvoří organokovové sloučeniny.

Zdravotní rizika

Beryllium a především jeho soli jsou ze zdravotního hlediska velmi rizikové. Jsou jak přímo toxické, tak potenciálně karcinogenní, tedy schopné vyvolat rakovinu nebo alespoň zvýšit riziko jejího výskytu. Vysoká toxicita beryllia je nejspíše způsobena jeho silnými koordinačními schopnostmi, při kterých dokáže vytěsnit hořčík z enzymů.

Při dlouhodobém vdechování zvýšeného množství aerosolu a mikroskopických částeček s obsahem beryllia vzniká plicní choroba – chronická berylióza. Je známa již z první poloviny 20. století a prokazatelně postihuje pracovníky, kteří byli dlouhodobě vystaveni pobytu v prostředí s vysokým obsahem prachových částic na bázi beryllia. Jisté procento případů beryliózy obvykle bohužel přerůstá v plicní rakovinu.

Největší zdravotní riziko pro organizmus ale představuje příjem beryllnatých solí v potravě nebo pitné vodě. Zvýšený příjem solí beryllia způsobuje prokazatelně značné riziko vzniku rakovinného bujení. Z tohoto důvodu je beryllium považováno za jeden z velmi vážných rizikových faktorů a jeho výskyt v pitné vodě a potravinách je neustále monitorován, přičemž povolené limity koncentrací patří k nejnižším z běžně sledovaných prvků.

Literatura

  • Cotton F.A., Wilkinson J.:Anorganická chemie, souborné zpracování pro pokročilé, ACADEMIA, Praha 1973
  • Holzbecher Z.:Analytická chemie, SNTL, Praha 1974
  • Jursík F.: Anorganická chemie nekovů. 1. vyd. 2002. ISBN 80-7080-504-8
  • Dr. Heinrich Remy, Anorganická chemie 1. díl, 1. vydání 1961
  • N. N. Greenwood - A. Earnshaw, Chemie prvků 1. díl, 1. vydání 1993 ISBN 80-85427-38-9

Externí odkazy

  • Periodická soustava a tabulka vlastností prvků [1]
  • Chemický vzdělávací portál [2]
  • WebElements (anglicky) [3]
  • Periodická tabulka prvků [4]



Commons nabízí fotografie, obrázky a videa k tématu
Beryllium
Citováno z „http://www.multimediaexpo.cz/mmecz/index.php/Beryllium“