Beryllium (Be), entinen (vuoteen 1957 saakka) glucinium, kemiallinen elementti, jaksollisen taulukon ryhmän 2 (IIa) maa-alkalimetallien kevyin jäsen, jota käytetään metallurgiassa kovetteena ja monissa ulkoavaruudessa ja ydinsovelluksissa.
maa-alkalimetalli
Alkuaineet ovat beryllium (Be), magnesium (Mg), kalsium (Ca), strontium (Sr), barium (Ba) ja radium (Ra).
Elementin ominaisuudet
| atominumero | 4 |
|---|---|
| atomipaino | 9,0122 |
| sulamispiste | 1 287 ° C (2 349 ° F) |
| kiehumispiste | 2471 ° C (4,480 ° F) |
| tietty painovoima | 1,85 lämpötilassa 20 ° C (68 ° F) |
| hapetustila | +2 |
| elektronikonfiguraatio | 1s 2 2s 2 |
Esiintyminen, ominaisuudet ja käyttötavat
Beryllium on teräsharmaa metalli, joka on melko hauras huoneenlämpötilassa ja sen kemialliset ominaisuudet muistuttavat jonkin verran alumiinia. Sitä ei esiinny luonteeltaan vapaana. Berrylliumia löytyy beryylista ja smaragdista, mineraaleista, jotka muinaiset egyptiläiset tunsivat. Vaikka näiden mineraalien oli jo kauan epäilty, että niiden kemiallinen vahvistus tapahtui vasta 1800-luvun lopulla. Emerald tunnetaan nyt vihreänä lajikkeena beryyliä. Ranskalainen kemisti Nicolas-Louis Vauquelin löysi berylliumin (1798) oksidina beryylissä ja smaragdeissa, ja saksalainen kemisti Friedrich Wöhler ja ranskalainen kemisti Antoine AB Bussy eristivät (1828) metallina itsenäisesti pelkistämällä sen kloridi kaliumilla.. Berryllium on levinnyt laajasti maankuoreen, ja sen arvioidaan esiintyvän maan maapallon kivimissä 0,0002 prosentilla. Sen kosminen runsaus on 20 asteikolla, jossa piipitoisuus, standardi, on 1 000 000. Yhdysvalloissa on noin 60 prosenttia maailman berylliumista, ja se on ylivoimaisesti suurin berylliumin tuottaja; Muita merkittäviä tuottajamaita ovat Kiina, Mosambik ja Brasilia.
On noin 30 tunnustettua mineraalia, jotka sisältävät berylliumia, mukaan lukien beryyli (Al 2 Be 3 Si 6 O 18, berylliumalumiinisilikaatti), bertrandiitti (Be 4 Si 2 O 7 (OH) 2, beryllium silikaatti), fenakiitti (Be 2 SiO) 4), ja chrysoberyl (Beal 2 O 4). (Bryylin, smaragdin ja akvamariinin arvokkaiden koostumusten koostumus lähestyy yllä mainittua koostumusta, mutta teollisuusmalmit sisältävät vähemmän berylliumia; suurin osa beryylistä saadaan muiden kaivostoimintojen sivutuotteena, kun suuret kiteet poimitaan käsin..) Beryylin ja bertrandiitin on löydetty riittävästi määriä kaupallisten malmien muodostamiseksi, joista berylliumhydroksidia tai berylliumoksidia tuotetaan teollisesti. Berylliumin uuttaminen on monimutkainen siksi, että beryllium on vähäosainen komponentti useimmissa malmeissa (5 painoprosenttia jopa puhtaassa beryylissä, alle 1 painoprosentti bertrandiitissa) ja se on tiukasti sitoutunut happea. Käsittelyä hapoilla, paahtamista monimutkaisilla fluorideilla ja neste-neste-uuttoa on käytetty kaikkia berylliumin väkevöimiseksi sen hydroksidin muodossa. Hydroksidi muunnetaan fluoridiksi ammoniumbrylliumfluoridin välityksellä ja kuumennetaan sitten magnesiumilla alkuaineen berylliumin muodostamiseksi. Vaihtoehtoisesti hydroksidi voidaan kuumentaa oksidin muodostamiseksi, joka puolestaan voidaan käsitellä hiilellä ja kloorilla berylliumkloridin muodostamiseksi; sulan kloridin elektrolyysiä käytetään sitten metallin tuottamiseen. Alkuaine puhdistetaan tyhjösulatuksella.
Beryllium on ainoa vakaa kevytmetalli, jolla on suhteellisen korkea sulamispiste. Vaikka alkalimet ja hapettumattomat hapot hyökkäävät siihen helposti, beryllium muodostaa nopeasti tarttuvan oksidipintakalvon, joka suojaa metallia lisäilman hapettumiselta normaaleissa olosuhteissa. Nämä kemialliset ominaisuudet yhdessä sen erinomaisen sähkönjohtavuuden, suuren lämpökapasiteetin ja johtavuuden, hyvien mekaanisten ominaisuuksien kanssa korkeissa lämpötiloissa ja erittäin korkean joustokerroksen (kolmanneksen suurempi kuin teräksen) tekevät siitä arvokkaan rakenne- ja lämpösovelluksissa. Berrylliumin mittapysyvyys ja sen kyky ottaa korkea kiillotus ovat tehneet siitä hyödyllisen peilien ja kameran ikkunaluukun käyttäjinä avaruus-, armeijan ja lääketieteellisissä sovelluksissa sekä puolijohteiden valmistuksessa. Pienen atomipainonsa vuoksi beryllium läpäisee röntgensäteet 17 kertaa sekä alumiinia, ja sitä on käytetty laajasti röntgenputkien ikkunoiden valmistuksessa. Berryllium valmistetaan gyroskoopeiksi, kiihtyvyysmittariksi ja tietokoneosiksi inertiaohjausvälineiksi ja muiksi ohjusten, lentokoneiden ja avaruusalusten ajoneuvojen laitteiksi, ja sitä käytetään raskaisiin jarrurumpuihin ja vastaaviin sovelluksiin, joissa hyvä jäähdytyselementti on tärkeä. Sen kyky hidastaa nopeita neutroneja on löytänyt huomattavaa käyttöä ydinreaktoreissa.
Paljon berylliumia käytetään kovien seosten pieniprosenttisena komponenttina, etenkin kuparin pääaineosana, mutta myös nikkeli- ja rautapohjaisten seosten kanssa tuotteissa, kuten jousissa. Beryllium-kupari (2% beryllium) on tehty työkaluiksi käytettäväksi silloin, kun kipinöinti voi olla vaarallista, kuten jauhetehtaissa. Beryllium itsessään ei vähennä kipinöintiä, mutta se vahvistaa kuparia (kertoimella 6), joka ei muodosta kipinöitä törmäyksessä. Pienet määrät berylliumia, jotka on lisätty hapettuviin metalleihin, muodostavat suojaavia pintakalvoja, vähentäen magnesiumin syttyvyyttä ja tuhottamalla hopeaseoksia.
Brittiläinen fyysikko Sir James Chadwick löysi neutronit (1932) hiukkasina, jotka poistuivat berylliumista, jota pommittivat radiumilähteen alfahiukkaset. Siitä lähtien berylliumia, jota on sekoitettu alfa-säteilijän, kuten radiumin, plutoniumin tai americiumin kanssa, on käytetty neutronilähteenä. Alfa-hiukkasia vapautuu radioaktiivisen hajoamisen radium-atomien reagoida atomien beryllium antaa, niiden tuotteiden joukossa, neutronit, jossa on laaja valikoima energiat-korkeintaan noin 5 x 10 6 elektronivolttia (eV). Jos radium on kuitenkin kapseloitu siten, että mikään alfahiukkasista ei päästä berylliumiin, alle 600 000 eV: n energian neutroneja tuotetaan enemmän tunkeutuvalla gammasäteilyllä radiumin hajoamistuotteista. Historiallisesti tärkeitä esimerkkejä beryllium / radiumneutronilähteiden käytöstä ovat saksalaisten kemikaalien Otto Hahnin ja Fritz Strassmannin sekä itävaltalaisissa syntyneen fyysikon Lise Meitnerin uraanipommitukset, jotka johtivat ydinfission löytämiseen (1939), ja laukaisu uraaniin. italialaissyntyisen fyysikon Enrico Fermin (1942) ensimmäisestä kontrolloidusta fissioketjureaktiosta.
Ainoa luonnossa esiintyvä isotooppi on stabiili beryllium-9, vaikka 11 muuta synteettistä isotooppia tunnetaan. Niiden puoliintumisaika vaihtelee 1,5 miljoonasta vuodesta (beryllium-10: lle, joka käy läpi beetahajoamista) 6,7 × 10 −17 sekuntiin beryllium-8: lle (joka hajoaa kahden protonin päästöllä). Beryllium-7 (53,2-päivän puoliintumisaika) hajoaminen auringossa on havaittujen aurinko-neutriinojen lähde.
