Berilij
Šablon:Infokutija Hemijski element Berilij (latinski - beryllium) jeste hemijski element sa hemijskim simbolom Be i atomskim brojem 4. Pošto je sav berilij stvoren nukleosintezom u zvijezdama kratkog vijeka, on je relativno rijedak element u svemiru. To je dvovalentni element koji se javlja samo u kombinaciji sa drugim elementima u mineralima. Neki od poznatijih dragih kamenja sadrže berilij, između ostalih mineral beril (akvamarin, smaragd i hrizoberil). Kao element, berilij je čelično sivi, snažni ali lahki i krhki zemnoalkalni metal.
Berilij poboljšava mnoge fizičke osobine kada se doda u legure aluminija, bakra, željeza i nikla.[1] Alati napravljeni od legura bakra i berilija u izrazito snažni i tvrdi, ne izazivaju varničenje pri udarcima o čelične površine. U strukturalnim primjenama, kombinacija visokog otpora pri savijanju, toplotne stabilnosti, toplotne provodljivosti i malehne gustoće (1,85 teži od vode), čine berilij materijalom omiljenim u aeronautici za izradu avionskih komponenti, projektila, svemirskih letjelica i satelita.[1]
Zbog malehne gustoće i niskog atomskog broja, berilij je relativno propustljiv za x-zrake i druge oblike ionizirajućeg zračenja. Zbog toga, on je jedan od najčešćih materijala za otvore na rendgenskoj opremi i uređajima za fizikalne eksperimente u oblasti atomskih čestica.[1] Velika toplotna provodljivost berilija i berilij oksida je od velikog značaja za njihovu primjenu u oblasti toplotnog upravljanja.
Komercijalna upotreba berilija zahtijeva korištenje odgovarajuće opreme za zaštitu od prašine kao i industrijske kontrole u proizvodnji zbog velike otrovnosti prašine koja sadrži berilij. Takva prašina koja se udiše može izazvati hronične alergijske bolesti opasne po život kod nekih osoba, nazvane berilioza.[2]
Historija
Na osnovu pretpostavki francuskog svećenika i mineraloga R. J. Haüya, hemičar Louis-Nicolas Vauquelin je 1789. izolirao berilij u obliku njegovog oksida iz dragog kamenja berila i smaragda. Nedug nakon toga njemački naučnik Martin Heinrich Klaproth je dobio isti spoj, kojem je dao ime beryllium (po mineralu berilu).[3] Hemijski simbol Be uveo je J.J. Berzelius 1814. godine.
Tek 1828. naučnicima Friedrich Wöhleru i Antoine Bussyu uspjelo je dobiti elementarni berilij redukcijom berilij hlorida sa kalijem. Međutim, čisti elementarni berilij je dobijen 1899. godine putem elektrolize natrij tetrafluorid berilata (Na2[BeF4]), što je učinio Paul Lebeau. Zbog slatkog okusa berilijevih soli sve do 1957. godine u Francuskoj za berilij se koristio naziv glucinium (grč. γλυκύς = slatko) koji je predlagao Vauquelin.
U antici i srednjem vijeku prozirni komadi berila su služili kao čarobno staklo, koje je kao današnja lupa, povećavalo tekst i slike pri čitanju.[4] Od naziva minerala berila izvodi se i latinska riječ berillus od čega je nastala današnja njemačka riječ Brille (naočale), a koja je prvobitno označavala staklo od berila. Berilij zajedno sa polonijem (kao izvorima alfa zraka) se koristio za izvor neutrona u atomskoj bombi Little Boy, bačenoj na Hirošimu 1945. godine.
Zastupljenost
U sastavu sunca koncentracija berilija iznosi oko 0,1 ppb (1 • 10-8%)[5] U Zemljinoj kori, berilij ima koncentraciju od 2 do 6 ppm (0,0002%-0,0006%).[6] Najviše je koncentriran u tlu, 6 ppm, a pronađen je i u količinama od 0,2 ppt (dijelova triliona) u morskoj vodi.[7] U tragovima je pronađeno prisustvo 9Be u Zemljinoj atmosferi.[7] Po drugim izvorima,[8] količina berilija u morskoj vodi je gotovo zanemariva, čineći samo 0,0006 ppb (dijelova milijarde) po masenom udjelu. Međutim, u tekućim vodama, berilij je rasprostranjen daleko više, te čini oko 0,1 ppb po masenom udjelu.[9]
Berilij je pronađen u sastavu preko 100 minerala,[10] ali većina njih su vrlo rijetki minerali. Najčešći i najrasprostranjeniji minerali koji sadrže berilij uključuju: bertrandit (Be4Si2O7(OH)2), beril (Al2Be3Si6O18), hrizoberil (Al2BeO4) i fenakit (Be2SiO4). Vrlo skupocijene forme berila su u obliku dragih kamenja poput akvamarina, crvenog berila i smaragda.[11][12][13] Zelena boja u formama berila kao dragog kamenja javlja se zbog određenih količina primjesa hroma (oko 2% sadržaja smaragda).[14]
Dvije glavne rude berilija, beril i bertrandit su pronađeni u Argentini, Brazilu, Indiji, Madagaskaru, Rusiji i u SAD.[14] Ukupne svjetske rezerve rude berilija se procjenjuju na preko 400.000 tona.[14]
Osobine
Fizičke
Elementarni berilij je čelično sivi i tvrdi metal, na sobnoj temperaturi je krhak i ima gusto složenu heksagonalnu kristalnu strukturu.[1] Ima izuzetno veliku čvrstoću (Youngov modul 287 GPa) i relativno visoku tačku topljenja. Modul elastičnosti berilija je otprilike 50% viši nego kod čelika. Kombinacija ovog modula i relativno niske gustoće rezultirala je neobično visokom brzinom zvuka u beriliju. Pri standardnim uslovima ona iznosi oko 12,9 km/s. Druge značajne osobine uključuju visoku specifičnu toplotu (1825 J·kg−1·K−1)[15] i toplotnu provodljivost (oko 200 W·m−1·K−1), koje daju beriliju najbolje karakteristike rasipanja (odvođenja) toplote po jedinici težine. U kombinaciji sa relativno niskim koeficijentom linearnog toplotnog širenja (ekspanzije) (11.4×10−6 K−1), ove karakteristike rezultiraju jedinstvenom stabilnošću ovog metala u uslovima termalnog punjenja.[11]
Hemijske
Hemijsko ponašanje berilija je rezultat uglavnom njegovog malehnog atomskog i ionskog radijusa. Zbog toga, on ima veoma veliki ionizacijski potencijal i jaku polarizaciju kada se spaja sa drugim atomima, zbog čega je u svim svojim spojevima kovalentan.[1] U hemijskom aspektu, on je više sličan aluminiju nego svojim bližim susjedima u periodnom sistemu, jer ima sličniji odnos naboja i radijusa.[1] Berilij oko sebe formira zaštitni sloj oksida koji onemogućava daljnje reakcije sa zrakom, osim ako se zagrije iznad 1000 °C.[1][16] Ukoliko se zapali, berilij gori svijetlim plamenom dajući mješavinu berilij oksida i berilij nitrida.[16] Vrlo lahko se otapa u neoksidativnim kiselinama, kao što je hlorovodonična kiselina i razblažena H2SO4, ali ne i u dušičnoj kiselini ili vodi jer gradi okside.[1] Ovakvo ponašanje je slično kao i kod metalnog aluminija. Berilij se također rastvara u alkalnim rastvorima.[1]
Atom berilija ima elektronsku konfiguraciju [He] 2s2. Dva valentna elektrona daju beriliju oksidacijsko stanje +2 i stoga ima mogućnost pravljenja dvije kovalentne veze; međutim, jedini dokaz niže valencije berilija je u topivosti metala u berilij dihloridu (BeCl2).[17] Prema pravilu okteta, atom teži da postigne valenciju 8 odnosno konfiguraciju plemenitog gasa. Berilij teži da dostigne koordinacijski broj 4 jer njegove dvije kovalentne veze popunjavaju polovinu ovog okteta.[1] Koordinacija 4 omogućava spojevima berilija, kao što su fluoridi ili hloridi, da grade polimere. Ove osobine su primijenjene u analitičkim tehnikama koristeći EDTA kao ligand. EDTA prvenstveno gradi oktahedralne komplekse – stoga apsorbira druge katione poput Al3+ koji bi mogli smetati - naprimjer, u ekstrakciji otapalima kompleksa načinjenog između Be2+ i acetilacetona.[18] Berilij(II) vrlo lahko daje komplekse sa jakim donirajućim ligandima poput fosfin oksida i arsin oksida. Provedene su iscrpne studije o ovim kompleksima koje su pokazale stabilnost veze O-Be.
Rastvori berilijevih soli poput berilij sulfata i berilij nitrata su kiseli zbog hidrolize iona [Be(H2O)4]2+.
- [Be(H2O)4]2+ + H2O
[Be(H2O)3(OH)]+ + H3O+
Drugi proizvodi hidrolize uključuju trimer ion [Be3(OH)3(H2O)6]3+. Berilij hidroksid Be(OH)2 nije rastvorljiv čak ni u kiselim rastvorima sa pH nižom od 6, odnosno na biološkoj pH vrijednosti. On je amfoteran i rastvara se u jakim bazičnim rastvorima.
Berilij gradi binarne spojeve sa mnogim nemetalima. Anhidridni halidi su poznati za fluor, hlor, brom i jod. BeF2 ima strukturu sličnu silicij dioksidu sa tetrahedrom u kojem BeF4 dijele vrhove. BeCl2 i BeBr2 imaju lančanu strukturu sa tetrahedrom u kojem dijele ivice. Svi berilijevi halidi imaju linearnu monomersku strukturu u gasovitom stanju.[16]
Izotopi
Jedini stabilni izotop mu je 9Be.
Spojevi
U važnija jedinjenja berilija ubrajaju se berilij oksid (BeO) i berilij hidroksid (Be(OH)2), koji ima slabe kisele osobine.
Upotreba
Biološki značaj
Berilij kao element nema nikakvog biološkog značaja. Berilijeva jedinjenja su otrovna.
Reference
- ^ a b c d e f g h i j Hans-Dieter Jakubke, Hans Jeschkeit (1994). Concise Encyclopedia Chemistry. Berlin: Walter de Gruyter. ISBN 0-89925-457-8
- ^ Puchta, Ralph (2011). "A brighter beryllium". Nature Chemistry. 3 (5): 416. doi:10.1038/nchem.1033
- ^ Martin Hosenfeld et.al.: 26. Gmelins Handbuch der anorganischen Chemie. Beryllium. 8. izd. Verlag Chemie, Berlin 1930.
- ^ Year of chemistry.
- ^ "Abundance in the sun". Nepoznati parametar
|izdavač=zanemaren (pomoć); Nepoznati parametar|autor=zanemaren (prijedlog zamjene:|author=) (pomoć); Nepoznati parametar|pristupdatum=zanemaren (pomoć) - ^ Merck contributors (2006). Marydale J. O'Neil, Heckelman Patricia E., Roman Cherie B. (ured.). The Merck Index: An Encyclopedia of Chemicals, Drugs, and Biologicals (14. izd.). Whitehouse Station, NJ, SAD: Merck Research Laboratories, Merck & Co., Inc. ISBN 0-911910-00-X.CS1 održavanje: više imena: editors list (link)
- ^ a b Emsley 2001, str. 59.
- ^ "Abundance in oceans". Nepoznati parametar
|izdavač=zanemaren (pomoć); Nepoznati parametar|autor=zanemaren (prijedlog zamjene:|author=) (pomoć); Nepoznati parametar|pristupdatum=zanemaren (pomoć) - ^ "Abundance in stream water". Nepoznati parametar
|izdavač=zanemaren (pomoć); Nepoznati parametar|autor=zanemaren (prijedlog zamjene:|author=) (pomoć); Nepoznati parametar|pristupdatum=zanemaren (pomoć) - ^ Mindat stranica o Be
- ^ a b Behrens, V. (2003). "11 Beryllium". u Beiss, P. (ured.). Landolt-Börnstein – Group VIII Advanced Materials and Technologies: Powder Metallurgy Data. Refractory, Hard and Intermetallic Materials. Berlin: Springer. str. 1–11. ISBN 978-3-540-42942-5. doi:10.1007/10689123_36
- ^ Walsh, Kenneth A (2009). "Sources of Beryllium". Beryllium chemistry and processing. str. 20–26. ISBN 978-0-87170-721-5.
- ^ Mining, Society for Metallurgy, Exploration (U.S) (5.3.2006). "Distribution of major deposits". Industrial minerals & rocks: commodities, markets, and uses. str. 265–269. ISBN 978-0-87335-233-8. Provjerite vrijednost datuma u parametru:
|date=(pomoć)CS1 održavanje: više imena: authors list (link) - ^ a b c Emsley 2001, str. 58.
- ^ Harry H. Binder: Lexikon der chemischen Elemente, S. Hirzel Verlag, Stuttgart 1999, ISBN 3-7776-0736-3.
- ^ a b c Greenwood, Norman N., Earnshaw, Alan (1997). Chemistry of the Elements 2. izd. Butterworth-Heinemann. ISBN 0080379419.
- ^ Wiberg, Egon; Holleman, Arnold Frederick (2001). Inorganic Chemistry. Elsevier. ISBN 0-12-352651-5.CS1 održavanje: više imena: authors list (link)
- ^ Okutani, T.; Tsuruta, Y.; Sakuragawa, A. (1993). "Determination of a trace amount of beryllium in water samples by graphite furnace atomic absorption spectrometry after preconcentration and separation as a beryllium-acetylacetonate complex on activated carbon". Anal. Chem. 65 (9): 1273–1276.CS1 održavanje: više imena: authors list (link) doi:10.1021/ac00057a026
Greška kod citiranja: <ref> oznaka s imenom "bernath" definirana u <references> nije korištena u ranijem tekstu.
Greška kod citiranja: <ref> oznaka s imenom "engbox" definirana u <references> nije korištena u ranijem tekstu.
Greška kod citiranja: <ref> oznaka s imenom "purebe" definirana u <references> nije korištena u ranijem tekstu.
Greška kod citiranja: <ref> oznaka s imenom "zhang" definirana u <references> nije korištena u ranijem tekstu.
Greška kod citiranja: <ref> oznaka s imenom "greenwood" definirana u <references> nije korištena u ranijem tekstu.
Greška kod citiranja: <ref> oznaka s imenom "webelements" definirana u <references> nije korištena u ranijem tekstu.
Greška kod citiranja: <ref> oznaka s imenom "aboutmetal" definirana u <references> nije korištena u ranijem tekstu.
<ref> oznaka s imenom "haynes" definirana u <references> nije korištena u ranijem tekstu.Izvori
- Emsley, John (2001). Nature's Building Blocks: An A–Z Guide to the Elements. Oxford, England, UK: Oxford University Press. ISBN 0-19-850340-7.CS1 održavanje: parametar ref identičan predodređenom (link)
