Beryllium (Be), πρώην (μέχρι το 1957), γλυκίνιο, χημικό στοιχείο, το ελαφρύτερο μέλος των μετάλλων αλκαλικών γαιών της Ομάδας 2 (IIa) του περιοδικού πίνακα, που χρησιμοποιείται στη μεταλλουργία ως σκληρυντικός παράγοντας και σε πολλές εξωτερικές εφαρμογές και πυρηνικές εφαρμογές.
μέταλλο αλκαλικής γαίας
Τα στοιχεία είναι το βηρύλλιο (Be), το μαγνήσιο (Mg), το ασβέστιο (Ca), το στρόντιο (Sr), το βάριο (Ba) και το ράδιο (Ra).
Ιδιότητες στοιχείου
| ατομικός αριθμός | 4 |
|---|---|
| ατομικό βάρος | 9.0122 |
| σημείο τήξης | 1.287 ° C (2.349 ° F) |
| σημείο βρασμού | 2.471 ° C (4.480 ° F) |
| ειδικό βάρος | 1,85 στους 20 ° C (68 ° F) |
| κατάσταση οξείδωσης | +2 |
| διαμόρφωση ηλεκτρονίων | 1s 2 2s 2 |
Εμφάνιση, ιδιότητες και χρήσεις
Το βηρύλλιο είναι ένα χάλυβα-γκρι μέταλλο που είναι αρκετά εύθραυστο σε θερμοκρασία δωματίου και οι χημικές του ιδιότητες μοιάζουν κάπως με αυτές του αλουμινίου. Δεν εμφανίζεται δωρεάν στη φύση. Το βηρύλλιο βρίσκεται στο βηρύλιο και το σμαράγδι, μέταλλα που ήταν γνωστά στους αρχαίους Αιγύπτιους. Αν και υπήρχε από καιρό υποψία ότι τα δύο ορυκτά ήταν παρόμοια, η χημική επιβεβαίωση αυτού δεν έγινε μέχρι τα τέλη του 18ου αιώνα. Το Emerald είναι τώρα γνωστό ότι είναι μια πράσινη ποικιλία βηρυλίου. Το βηρύλλιο ανακαλύφθηκε (1798) ως οξείδιο από τον Γάλλο χημικό Nicolas-Louis Vauquelin σε beryl και σε σμαράγδια και απομονώθηκε (1828) ως μέταλλο ανεξάρτητα από τον Γερμανό χημικό Friedrich Wöhler και τον Γάλλο χημικό Antoine AB Bussy με τη μείωση του χλωριδίου του με κάλιο. Το βηρύλλιο διανέμεται ευρέως στον φλοιό της Γης και εκτιμάται ότι εμφανίζεται στα πυριγενή πετρώματα της Γης σε έκταση 0,0002 τοις εκατό. Η κοσμική του αφθονία είναι 20 στην κλίμακα στην οποία το πυρίτιο, το πρότυπο, είναι 1.000.000. Οι Ηνωμένες Πολιτείες έχουν περίπου 60 τοις εκατό του βηρυλλίου στον κόσμο και είναι μακράν ο μεγαλύτερος παραγωγός βηρυλλίου. Άλλες μεγάλες χώρες παραγωγής περιλαμβάνουν την Κίνα, τη Μοζαμβίκη και τη Βραζιλία.
Υπάρχουν περίπου 30 αναγνωρισμένα ορυκτά που περιέχουν βηρύλλιο, συμπεριλαμβανομένων των βηρυλίων (Al 2 Be 3 Si 6 O 18, πυριτικό αργίλιο βηρυλλίου), βερραντίτη (Be 4 Si 2 O 7 (OH) 2, πυριτικό βηρύλλιο), φαινοκίτης (Be 2 SiO 4), και χρυσόβρυλο (BeAl 2 O 4). (Οι πολύτιμες μορφές βηρυλλίου, σμαραγδένιου και γαλαζοπράσινου, έχουν μια σύνθεση που προσεγγίζει προσεκτικά αυτήν που δίνεται παραπάνω, αλλά τα βιομηχανικά μεταλλεύματα περιέχουν λιγότερο βηρύλλιο. Τα περισσότερα βηρυλίδια λαμβάνονται ως υποπροϊόν άλλων εργασιών εξόρυξης, με τους μεγαλύτερους κρυστάλλους να επιλέγονται με το χέρι.) Το βηρύλ και ο βερραντίτης βρέθηκαν σε επαρκείς ποσότητες για να αποτελούν εμπορικά μεταλλεύματα από τα οποία παράγεται βιομηχανικά υδροξείδιο του βηρυλλίου ή οξείδιο του βηρυλλίου. Η εξαγωγή του βηρυλλίου περιπλέκεται από το γεγονός ότι το βηρύλλιο είναι ένα δευτερεύον συστατικό στα περισσότερα μεταλλεύματα (5 τοις εκατό κατά μάζα ακόμη και σε καθαρό βηρύλιο, λιγότερο από 1 τοις εκατό κατά μάζα σε βερντανίτη) και συνδέεται στενά με οξυγόνο. Η επεξεργασία με οξέα, το ψήσιμο με πολύπλοκα φθορίδια και η εκχύλιση υγρού-υγρού έχουν χρησιμοποιηθεί για τη συμπύκνωση του βηρυλλίου με τη μορφή του υδροξειδίου του. Το υδροξείδιο μετατρέπεται σε φθόριο μέσω φθοριούχου βηρυλλίου αμμωνίου και στη συνέχεια θερμαίνεται με μαγνήσιο για σχηματισμό στοιχειακού βηρυλίου. Εναλλακτικά, το υδροξείδιο μπορεί να θερμανθεί για να σχηματίσει το οξείδιο, το οποίο με τη σειρά του μπορεί να υποστεί επεξεργασία με άνθρακα και χλώριο για να σχηματίσει χλωριούχο βηρύλλιο. Στη συνέχεια χρησιμοποιείται ηλεκτρόλυση του τηγμένου χλωριδίου για την παραγωγή του μετάλλου. Το στοιχείο καθαρίζεται με τήξη κενού.
Το βηρύλλιο είναι το μόνο σταθερό ελαφρύ μέταλλο με σχετικά υψηλό σημείο τήξης. Παρόλο που προσβάλλεται εύκολα από αλκάλια και μη οξειδωτικά οξέα, το βηρύλλιο σχηματίζει γρήγορα ένα προσκολλημένο επιφανειακό φιλμ οξειδίου που προστατεύει το μέταλλο από περαιτέρω οξείδωση του αέρα υπό κανονικές συνθήκες. Αυτές οι χημικές ιδιότητες, σε συνδυασμό με την εξαιρετική ηλεκτρική αγωγιμότητα, την υψηλή θερμοχωρητικότητα και την αγωγιμότητα, καλές μηχανικές ιδιότητες σε υψηλές θερμοκρασίες και πολύ υψηλό συντελεστή ελαστικότητας (το ένα τρίτο μεγαλύτερο από αυτό του χάλυβα), το καθιστούν πολύτιμο για δομικές και θερμικές εφαρμογές. Η διαστατική σταθερότητα του βηρυλλίου και η ικανότητά της να παίρνει υψηλή στιλβωτική ουσία το έκαναν χρήσιμο για καθρέφτες και ρολά κάμερας σε διαστημικές, στρατιωτικές και ιατρικές εφαρμογές και στην κατασκευή ημιαγωγών. Λόγω του χαμηλού του ατομικού βάρους, το βηρύλλιο μεταδίδει ακτίνες Χ 17 φορές καθώς και αλουμίνιο και έχει χρησιμοποιηθεί εκτενώς στην κατασκευή παραθύρων για σωλήνες ακτίνων Χ. Το βηρύλλιο κατασκευάζεται σε γυροσκόπια, επιταχυνσιόμετρα και μέρη υπολογιστών για αδρανειακά όργανα καθοδήγησης και άλλες συσκευές για πυραύλους, αεροσκάφη και διαστημικά οχήματα, και χρησιμοποιείται για βαρέλια φρένων βαρέως τύπου και παρόμοιες εφαρμογές στις οποίες είναι απαραίτητη η καλή ψύκτρα. Η ικανότητά του να επιβραδύνει τα γρήγορα νετρόνια έχει βρει σημαντική εφαρμογή σε πυρηνικούς αντιδραστήρες.
Πολύ βηρύλλιο χρησιμοποιείται ως συστατικό χαμηλού ποσοστού σκληρών κραμάτων, ειδικά με το βασικό συστατικό του χαλκού, αλλά και με κράματα με βάση το νικέλιο και το σίδηρο, για προϊόντα όπως ελατήρια. Ο χαλκός βηρυλλίου (2% βηρύλλιο) μετατρέπεται σε εργαλεία για χρήση όταν η σπινθήρα μπορεί να είναι επικίνδυνη, όπως στα εργοστάσια σκόνης. Το ίδιο το βηρύλλιο δεν μειώνει τη σπινθήρα, αλλά ενισχύει τον χαλκό (με συντελεστή 6), ο οποίος δεν σχηματίζει σπινθήρες κατά την πρόσκρουση. Μικρές ποσότητες βηρυλλίου που προστίθενται σε οξειδώσιμα μέταλλα δημιουργούν προστατευτικές μεμβράνες επιφανείας, μειώνοντας την αναφλεξιμότητα στο μαγνήσιο και αμαύρωση σε κράματα αργύρου.
Τα νετρόνια ανακαλύφθηκαν (1932) από τον Βρετανό φυσικό Sir James Chadwick καθώς σωματίδια εκτοξεύτηκαν από βηρύλλιο βομβαρδισμένα από σωματίδια άλφα από πηγή ραδίου. Έκτοτε, το βηρύλλιο αναμεμιγμένο με έναν άλφα πομπό όπως το ράδιο, το πλουτώνιο ή το αμερικανικό έχει χρησιμοποιηθεί ως πηγή νετρονίων. Τα σωματίδια άλφα που απελευθερώνονται με ραδιενεργή διάσπαση ατόμων ραδίου αντιδρούν με άτομα βηρυλλίου για να δώσουν, μεταξύ των προϊόντων, νετρόνια με ένα ευρύ φάσμα ενεργειών - έως περίπου 5 × 10 6 ηλεκτρονικά βολτ (eV). Εάν το ράδιο είναι ενθυλακωμένο, ωστόσο, ώστε κανένα από τα σωματίδια άλφα να φτάσει στο βηρύλλιο, τα νετρόνια ενέργειας κάτω των 600.000 eV παράγονται από την πιο διεισδυτική ακτινοβολία γάμμα από τα προϊόντα αποσύνθεσης του ραδίου. Ιστορικά σημαντικά παραδείγματα της χρήσης πηγών νετρονίου βηρυλλίου / ραδίου περιλαμβάνουν τον βομβαρδισμό του ουρανίου από τους Γερμανούς χημικούς Otto Hahn και Fritz Strassmann και τον Αυστριακό, γεννημένο στην Αυστρία, Lise Meitner, το οποίο οδήγησε στην ανακάλυψη της πυρηνικής σχάσης (1939) και την ενεργοποίηση του ουρανίου της πρώτης αλυσιδωτής αντίδρασης ελεγχόμενης σχάσης από τον Ιταλό γεννημένο φυσικό Enrico Fermi (1942).
Το μοναδικό φυσικά ισότοπο είναι το σταθερό βηρύλλιο-9, αν και είναι γνωστά 11 άλλα συνθετικά ισότοπα. Ο χρόνος ημίσειας ζωής τους κυμαίνεται από 1,5 εκατομμύριο χρόνια (για το βηρύλλιο-10, το οποίο υφίσταται βήτα διάσπαση) έως 6,7 × 10 −17 δευτερόλεπτα για το βηρύλλιο-8 (που αποσυντίθεται κατά την εκπομπή δύο πρωτονίων). Η αποσύνθεση του βηρυλλίου-7 (χρόνος ημιζωής 53,2 ημερών) στον Ήλιο είναι η πηγή των παρατηρούμενων ηλιακών νετρίνων.
