BERYLLIUM: GESCHIEDENIS, STRUCTUUR, EIGENSCHAPPEN, GEBRUIK - CHEMIE - 2025

Het beryllium is een metalen element dat behoort tot groep 2 of IIA van het periodiek systeem. Het is het lichtste aardalkalimetaal van de groep en wordt weergegeven door het symbool Be. Zijn atoom en kation zijn ook kleiner dan die van zijn soortgenoten (Mg, Ca, Sr …).

Vanwege zijn ongebruikelijke ladingsdichtheid komt dit metaal meestal niet geïsoleerd voor. Ongeveer 30 mineralen is bekend dat deze, waaronder: beryl (3BeO · Al ₂ O ₃ · 6SiO ₂ · 2 H ₂ O), bertrandiet (4BeO.2SiO ₂ .2 ₂ O), chrysoberyl (Beal ₂ O ₄ ) en fenakiet (Be ₂ Si ₄ ).

Metaalklompjes van beryllium. Bron: W. Oelen

Emerald, een edelsteen, is een variant van beryl. Pure beryllium is echter niet zo opvallend; het heeft een bleke grijsachtige glans (bovenste afbeelding), en is bereikt in de vorm van zaden of zuigtabletten.

Beryllium heeft een reeks karakteristieke fysische eigenschappen. Het heeft een lage dichtheid; hoge thermische en elektrische geleidingen, evenals de thermische capaciteit en warmteafvoer; het is geen magnetisch metaal; en het heeft ook een geschikte combinatie van stijfheid en elasticiteit.

Al deze eigenschappen hebben ertoe geleid dat beryllium een ​​metaal is met vele toepassingen, variërend van het gebruik in legeringen met koper voor de vervaardiging van gereedschappen tot het gebruik in raketten, vliegtuigen, auto's, kernreactoren, röntgenapparatuur, resonantie nucleair magnetisch, etc.

Beryllium heeft 10 bekende isotopen, variërend van ⁵ Be tot ¹⁴ Be, waarbij ⁹ Be de enige stabiele is. Evenzo is het een zeer giftig metaal, dat vooral de luchtwegen aantast, dus er is een beperking in het gebruik ervan.

Geschiedenis van zijn ontdekking

Beryllium werd in 1798 door Louis-Nicolas Vauguelin ontdekt als een compositorisch element van het mineraal beryl en een silicaat van aluminium en beryllium.

Later slaagde de Duitse chemicus Frederic Wöhler er in 1828 in om beryllium te isoleren door kalium te laten reageren met berylliumchloride in een platinakroes.

Tegelijkertijd en onafhankelijk bereikte ook de Franse chemicus Antoine Bussy de isolatie van beryllium. Wöhler was de eerste die de naam beryllium voor het metaal suggereerde.

Het kreeg zijn huidige naam in 1957, omdat het voorheen bekend stond als glucinium, vanwege de zoete smaak van sommige van zijn zouten. Maar om verwarring met andere zoet smakende verbindingen te voorkomen, en met een plant genaamd glucine, werd besloten om het beryllium te noemen.

Structuur van beryllium

Kristalstructuur van beryllium. Bron: Gebruiker: Dornelf

Omdat beryllium het lichtste van de aardalkalimetalen is, moet worden verwacht dat het volume van zijn atomen het kleinst is. Berylliumatomen interageren met elkaar door middel van metaalbinding, op zo'n manier dat hun "zee van elektronen" en afstotingen tussen kernen de structuur van het resulterende kristal bepalen.

De zwarte berylliumkristallen worden dan gevormd. Deze kristallen hebben een hexagonale structuur (bovenste afbeelding), waarbij elk Be-atoom zes zijburen heeft en nog eens drie in de vlakken erboven en eronder.

Omdat de kristallen zwart zijn, is het handig om je voor te stellen dat de zwarte punten van de hexagonale structuur zijn vervangen door berylliumatomen. Dit is een van de meest compacte constructies die een metaal kan aannemen; en het is logisch dat de zeer kleine atomen van Be zo veel worden "geperst" om de minste hoeveelheid leegte of aantal gaten ertussen te vermijden.

Elektronische configuratie

1s ² 2s ²

Dat is gelijk aan 4 elektronen, waarvan 2 valentie. Als je een elektron promoveert naar de 2p-orbitaal, heb je twee sp-hybride orbitalen. Zo kunnen er in berylliumverbindingen lineaire geometrieën zijn, X-Be-X; bijvoorbeeld het geïsoleerde BeCl ₂ -molecuul , Cl-BeCl.

Eigendommen

Fysieke beschrijving

Glanzende, broze, staalgrijze vaste stof.

Smeltpunt

1287 ° C.

Kookpunt

2471 ° C.

Dichtheid

- 1.848 g / cm ³ bij kamertemperatuur.

- 1,69 g / cm ³ bij het smeltpunt (vloeibaar).

Atomaire radio

112 uur.

Covalente straal

90 uur.

Atoomvolume

5 cm ³ / mol.

Specifieke hitte

1.824 J / g · mol bij 20 ° C

Warmte van fusie

12,21 kJ / mol.

Verdampingswarmte

309 kJ / mol.

Elektronegativiteit

1.57 op de schaal van Pauling.

Standaard potentieel

1,70 V.

Snelheid van geluid

12.890 m / s.

Thermische uitzetting

11,3 µm / m · K bij 25 ° C

Warmtegeleiding

200 w / m K.

Chemische eigenschappen

Beryllium is bedekt met een laag berylliumoxide (BeO) die het in lucht bij kamertemperatuur beschermt. Berylliumoxidatie vindt plaats bij temperaturen boven 1000 ºC, waarbij berylliumoxide en berylliumnitride als producten worden geproduceerd.

Het is ook bestand tegen de werking van salpeterzuur 15 M. Maar het lost op in zoutzuur en logen, zoals natriumhydroxide.

Toepassingen

Gereedschap maken

Beryllium vormt legeringen met koper, nikkel en aluminium. In het bijzonder produceert de legering met koper gereedschappen met een grote hardheid en weerstand, die slechts 2% van het gewicht van de legering uitmaken.

Deze gereedschappen produceren geen vonken bij het slaan met ijzer, waardoor ze kunnen worden gebruikt in omgevingen met een hoog gehalte aan brandbare gassen.

Vanwege zijn lage dichtheid heeft het een laag gewicht, wat, samen met zijn stijfheid, het gebruik in ruimtevliegtuigen, raketten, raketten en vliegtuigen mogelijk maakt. De legering met beryllium is gebruikt bij de vervaardiging van auto-onderdelen. Het is ook gebruikt bij de productie van veren.

Vanwege de grote hardheid die beryllium aan zijn legeringen geeft, zijn ze gebruikt in de remmen van militaire vliegtuigen.

Spiegel maken

Beryllium is gebruikt bij de productie van spiegels vanwege de vormvastheid en het vermogen om zeer gepolijst te worden. Deze spiegels worden gebruikt in satellieten en in vuurleidingssystemen. Ze worden ook gebruikt in ruimtetelescopen.

Bij ioniserende straling

Beryllium is een element met een lage dichtheid, dus het kan worden beschouwd als transparant voor röntgenstralen Deze eigenschap maakt het mogelijk om het te gebruiken bij de constructie van de vensters van de buizen die röntgenstralen produceren, voor industriële toepassingen en voor medische diagnose. .

Beryllium wordt ook gebruikt in de ramen van radioactieve emissiedetectoren.

In magnetisme genererende apparatuur

Een van de kenmerken van beryllium is dat het geen magnetisch element is. Hierdoor kan het worden gebruikt bij de constructie van artikelen voor apparatuur voor beeldvorming door magnetische resonantie, waarin magnetische velden met hoge intensiteit worden opgewekt, waardoor eventuele interferentie wordt geminimaliseerd.

Kernreactor

Vanwege zijn hoge smeltpunt heeft het toepassing gevonden in kernreactoren en keramiek. Beryllium wordt gebruikt als moderator van kernreacties en als producent van neutronen:

⁹ Be + ⁴ Hij (α) => ¹² C + n (neutron)

Geschat wordt dat voor een miljoen berylliumatomen die worden gebombardeerd met α-deeltjes, tot 30 miljoen neutronen worden geproduceerd. Juist deze kernreactie maakte de ontdekking van het neutron mogelijk.

James Chadwick bombardeerde berylliumatomen met α (He) -deeltjes. De onderzoeker observeerde het vrijkomen van subatomaire deeltjes, zonder elektrische lading, wat leidde tot de ontdekking van neutronen.

Metalen beschermer

Door een hoeveelheid beryllium toe te voegen aan het oppervlak van metalen die kunnen worden geoxideerd, krijgen ze enige bescherming. Zo wordt de ontvlambaarheid van magnesium verminderd en wordt de glans van zilverlegeringen verlengd.

Waar is het gelegen?

Beryl wordt gevonden in pegmatiet, geassocieerd met mica, veldspaat en kwarts. Door gebruik te maken van een flotatietechniek wordt een mengsel van beryl en veldspaat gescheiden. Vervolgens worden veldspaat en beryl geconcentreerd en onderworpen aan een behandeling met calciumhypochloriet.

Gevolgd door een behandeling met zwavelzuur en kaliumsulfonaat, door verdunning, wordt de flotatie van de beryl bereikt, waardoor deze wordt gescheiden van de veldspaat.

Beryl wordt behandeld met natriumfluorsilicaat en soda bij 770 ° C om natriumfluorobylaat, aluminiumoxide en siliciumdioxide te vormen. Het berylliumhydroxide wordt vervolgens met natriumhydroxide uit de natriumfluoroberylaatoplossing geprecipiteerd.

Berylliumfluoride wordt gevormd door berylliumhydroxide te laten reageren met ammoniakwaterstoffluoride, waarbij ammoniumtetrafluroberylaat wordt geproduceerd. Dit wordt verwarmd om berylliumfluoride te vormen, dat heet wordt behandeld met magnesium om het beryllium te isoleren.

Risico's

Beryllium als fijn verdeeld metaal, in de vorm van oplossingen, droog poeder of rook, is zeer giftig en kan dermatitis veroorzaken. De grootste toxiciteit wordt echter veroorzaakt door inademing.

In eerste instantie kan beryllium een ​​overgevoeligheid of allergie veroorzaken, die zich kan ontwikkelen tot berylliose of chronische berylliumziekte (CBD). Dit is een ernstige ziekte die wordt gekenmerkt door een afname van de longcapaciteit.

Acute ziekte is zeldzaam. Bij chronische ziekten worden granulomen door het hele lichaam gevormd, vooral in de longen. Chronische berylliose veroorzaakt progressieve dyspneu, hoest en algemene zwakte (asthenie).

Acute berylliose kan dodelijk zijn. Bij berylliose is er een progressief verlies van ademhalingsfunctie, omdat er een obstructie is in de stroom van gassen in de luchtwegen en een afname van de oxygenatie van het arteriële bloed.

Referenties

1. Royal Society of Chemistry. (2019). Beryllium. Hersteld van: rsc.org
2. Nationaal centrum voor informatie over biotechnologie. (2019). Beryllium. PubChem-database. Hersteld van: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov
3. Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (15 maart 2019). Beryllium Feiten. Hersteld van: thoughtco.com
4. Wikipedia. (2019). Beryllium. Hersteld van: en.wikipedia.org
5. Lenntech BV (2019). Beryllium-Be. Hersteld van: lenntech.com
6. Materio Corporation. (2019). Lees meer over het element beryllium Hersteld van: beryllium.com
7. D. Michaud. (2016, 12 april). Berylliumverwerking en extractieprobleem. 911 Metallurg. Hersteld van: 911metallurgist.com
8. Timothy P. Hanusa. (5 januari 2016). Beryllium. Encyclopædia Britannica. Hersteld van: britannica.com
9. Lee S. Newman. (2014). Beryllium-ziekte. MSD-handleiding. Hersteld van: msdmanuals.com