Beryllium

Z Wikipedie, otevřené encyklopedie
Skočit na: Navigace, Hledání
Beryllium
  [He] 2s2
9 Be
4
 
               
               
                                   
                                   
                                                               
                                                               
↓ Periodická tabulka ↓
Be-140g.jpg
Obecné
Název, značka, číslo Beryllium, Be, 4
Cizojazyčné názvy lat. Beryllium
Skupina, perioda, blok 2. skupina, 2. perioda, blok s
Chemická skupina Kovy alkalických zemin
Koncentrace v zemské kůře 2,8 až 10 ppm
Koncentrace v mořské vodě přibližně 0,000 000 6 mg/l
Vzhled šedý kov
Identifikace
Registrační číslo CAS
Atomové vlastnosti
Relativní atomová hmotnost 9,012182
Atomový poloměr 105 pm
Kovalentní poloměr 96 pm
Van der Waalsův poloměr 153 pm
Iontový poloměr 44 pm
Elektronová konfigurace [He] 2s2
Oxidační čísla 2, 1
Elektronegativita (Paulingova stupnice) 1,57
Ionizační energie
První 899,5 KJ/mol
Druhá 1757,1 KJ/mol
Třetí 14848.7 KJ/mol
Látkové vlastnosti
Krystalografická soustava Šesterečná
Molární objem 4,85×10−6 m3/mol
Mechanické vlastnosti
Hustota 1 848 kg/m3
Skupenství Pevné
Tvrdost 5,5
Tlak syté páry 100 Pa při 1791K
Rychlost zvuku 12 870 m/s
Termické vlastnosti
Tepelná vodivost 200 W⋅m−1⋅K−1
Termodynamické vlastnosti
Teplota tání 1 287 (1560,15 K)
Teplota varu 2 469 (2742,15 K)
Skupenské teplo tání 10,456 kJ/mol
Skupenské teplo varu 223,764 kJ/mol
Měrná tepelná kapacita 1825 Jkg−1K−1
Elektromagnetické vlastnosti
Elektrická vodivost 2,5×107 S/m
Měrný elektrický odpor 36 nΩ·m
Standardní elektrodový potenciál −1,85 V
Magnetické chování Diamagnetický
Bezpečnost
Vysoce toxický
Vysoce toxický (T+)
R-věty R49,R25,R26,R48/23,R36/37/38,R43
S-věty S53,S45
Izotopy
I V (%) S T1/2 Z E (MeV) P
7Be stopově 53,12 dne ε 0,862 7Li

γ 0,477
8Be stopově 7×10−17s α 4He
9Be 100% je stabilní s 5 neutrony
Není-li uvedeno jinak, jsou použity jednotky
SI a STP (25 °C, 100 kPa).
Lithium Be Bor

Mg

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 rentgenové záření a radioaktivní záření gama. Jeho soli jsou mimořádně toxické. Samotný kov je také toxický.

Základní fyzikálně-chemické vlastnosti[editovat | editovat zdroj]

Kovové beryllium

Beryllium je 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. Je supravodičem I typu za teplot pod 0,26 K. 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 berylnatého, 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.

Beryllium je nejlehčí prvek [zdroj?], který má jediný stabilní izotop, a to 9Be.

Historický vývoj[editovat | editovat zdroj]

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 berylnatých solí (všechny berylnaté 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 berylnatého s fluoridem sodným.

Výskyt v přírodě[editovat | editovat zdroj]

Ruda beryllia
Vybroušený smaragd

Díky jeho poměrně velké reaktivitě se v přírodě setkáváme pouze se sloučeninami beryllia. Ve všech svých sloučeninách se vyskytuje pouze v mocenství Be2+. Kromě berylnatých 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 ppt Be (nanogram/litr) – 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.

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 například chryzoberyl Al2[BeO4], bromellit BeO, herderit CaBe(F, OH)PO4, euklas BeAlSiO4(OH), fenakit Be2[SiO4] a gadolinit Y2Fe2+Be2Si2O10. Další vzácné minerály beryllia jsou například helvín (Fe, Mn)4[Be3Si3O12]S, danalit [Fe, Zn]4[Be3Si3O12]S, leukofán CaNaBe(Si2O6)F, 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[editovat | editovat zdroj]

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 berylnatého 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 berylnatosodného NaBeF3 a trifluoroberylnatanu barnatého Ba[BeF3]2. Malé množství beryllia se dá také připravit rozkladem azidu berylnatého Be2N6

Využití[editovat | editovat zdroj]

Slitina beryllia
Nastavitelný klíč ze slitiny berylia

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

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.

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.

Pro svou nízkou hmotnost (o třetinu nižší než hliník a o 60% než titan), vysokou tuhost a rychlost zvuku v tomto materiálu (vlastní rezonance membrány jsou v neslyšitelném spektru) se využívá pro konstrukci špičkových elektrodynamických vysokotónových reproduktorů.[1]

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

Sloučeniny[editovat | editovat zdroj]

Anorganické sloučeniny[editovat | editovat zdroj]

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

Soli[editovat | editovat zdroj]

Soli a sloučeniny beryllia se velmi podobají solím a sloučeninám hliníku. Většina berylnatých 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). Berylnaté soli vytváří snadno podvojné soli i komplexy. Je to díky toho, že má beryllium amfoterní povahu – reaguje s kyselinami za vzniku berylnatých solí Be2+ a s hydroxidy za vzniku komplexních anionů tetrahydroxyberylnatanových [Be(OH)4]2− a jejich zahříváním („rozkladem“) lze vytvořit berylnatanový anion BeO22−, tyto aniony jsou také bezbarvé. Berylnatany nemají praktické využití a ve vodném roztoku nejsou příliš stabilní.

  • Chlorid berylnatý 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 berylia v atmosféře chlorovodíku nebo chloru.

Organické sloučeniny[editovat | editovat zdroj]

Mezi organické sloučeniny beryllia patří zejména berylnaté soli organických kyselin a berylnaté alkoholáty. K dalším berylnatým sloučeninám patří nejrůznější organické komplexy berylnatých sloučenin. Zcela zvláštní skupinu organických berylnatých sloučenin tvoří organokovové sloučeniny.

Zdravotní rizika[editovat | editovat zdroj]

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 organismus ale představuje příjem berylnatých 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.

Reference[editovat | editovat zdroj]

  1. EXCELIA HIFI. Focal JM Lab Electra 1007 Beryllium [online]. 2005, [cit. 2010-08-08]. Dostupné online.  

Literatura[editovat | editovat zdroj]

  • 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[editovat | editovat zdroj]