Βηρύλλιο

Από τη Βικιπαίδεια, την ελεύθερη εγκυκλοπαίδεια
Μετάβαση σε: πλοήγηση, αναζήτηση
Βηρύλλιο
ΛίθιοΒηρύλλιοΒόριο
-

Be

Mg
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif
Transparent.gif

Electron shell 004 Beryllium (el).svg
Κατανομή ηλεκτρονίων ανά στοιβάδα στο Βυρήλλιο

Be-140g.jpg
Βηρύλλιο

Ιστορία
Ταυτότητα του στοιχείου
Όνομα, σύμβολο Βηρύλλιο (Be)
Ατομικός αριθμός (Ζ) 4
Κατηγορία μέταλλα
ομάδα, περίοδος,
τομέας
2 ,2, s
Σχετική ατομική
μάζα (Ar)
9,012182(3)
Ηλεκτρονική
διαμόρφωση
1s2 2s2
Αριθμός CAS 7440-41-7
Ατομικές ιδιότητες
Ατομική ακτίνα 112 pm
Ομοιοπολική ακτίνα 96±3 pm
Ηλεκτραρνητικότητα 1,57
Κυριότεροι αριθμοί
οξείδωσης
1,2
Ενέργειες ιονισμού 1η: 899,5 kJ·mol−1
2η: 1757,1 kJ·mol−1
3η: 14848,7 kJ·mol−1
Φυσικά χαρακτηριστικά
Σημείο τήξης 1287 °C
Σημείο βρασμού 2469 °C
Πυκνότητα 1850 kg/m3 (20 °C)
1690 kg/m3 (υγρό στους 1287 °C)
Ενθαλπία τήξης 12,2 KJ/mol
Ενθαλπία εξάτμισης 297 KJ/mol
Ειδική θερμοχωρητικότητα 16,443 J/(mol·K)
Μαγνητική συμπεριφορά διαμαγνητικό
Ειδική ηλεκτρική
αντίσταση
36 nΩ·m (20 °C)
Ειδική θερμική
αγωγιμότητα
200 W/(m·K)
Σκληρότητα Mohs 5,5
Σκληρότητα Vickers 1.670 MPa
Σκληρότητα Brinell 600 MPa
Μέτρο ελαστικότητας
(Young's modulus)
287 GPa
Λόγος Poison 0,032
Ταχύτητα του ήχου 12.870 m/s (20 °C)
Η κατάσταση αναφοράς είναι η πρότυπη κατάσταση (25°C, 1 Atm)
εκτός αν σημειώνεται διαφορετικά

Το βηρύλλιο είναι το χημικό στοιχείο με σύμβολο Be και ατομικό αριθμό 4. Έχει θερμοκρασία τήξης 1278 °C και θερμοκρασία βρασμού 2970 °C. Επειδή το βηρύλλιο που παράγεται από τα άστρα είναι σχετικά βραχύβιο, είναι ένα χημικό στοιχείο σχετικά σπάνιο, τόσο στο σύμπαν όσο και στο φλοιό της Γης. Είναι ένα δισθενές στοιχείο, που στη φύση υπάρχει μόνο σε σε ορυκτά, τα οποία είναι χημικές ενώσεις του με άλλα χημικά στοιχεία. Υπάρχουν αξιοσημείωτοι πολύτιμοι λίθοι που περιέχουν βηρύλλιο, όπως ο βήρυλλος, το σμαράγδι και ο χρυσοβήρυλλος. Ως ελεύθερο μέταλλο, στις «συνηθισμένες συνθήκες» (θερμοκρασία 25°C και πίεση 1 atm), το βηρύλλιο είναι ένα στερεό γκρίζο σαν το ατσάλι, ισχυρό, ελαφρύ, εύθραυστο και τοξικό μέταλλο, που ανήκει στις αλκαλικές γαίες. Παλαιότερα στη Γαλλία το στοιχείο αυτό φέρονταν με το όνομα «γλυκίνιο» (glucinium).

Το βηρύλλιο αυξάνει τη σκληρότητα και την αντίσταση στη διάβρωση, όταν σχηματίζει κράματα με το αλουμίνιο, το κοβάλτιο, το χαλκό (αξιοσημείωτο είναι το κράμα χαλκοβηρύλλιο), το σίδηρο και το νικέλιο[1]. Σε δομικές εφαρμογές, το βηρύλλιο έχει υψηλή καμπτική ακαμψία, θερμική σταθερότητα, θερμική αγωγιμότητα και χαμηλή πυκνότητα, ιδιότητες που το κάνουν ένα υψηλής ποιότητας υλικό για αεροδιαστημικές εφαρμογές, όπως υψηλής ταχύτητας αεροσκάφη, αυτοκατευθυνόμενα βλήματα, διαστημικά οχήματα και τηλεπικοινωνιακους δορυφόρους[1]. Εξαιτίας της σχετικά μικρής του πυκνότητας και ατομικής μάζας του, το βηρύλλιο είναι σχετικά διαφανές στις ακτίνες Χ και τις άλλες μορφές ιονίζουσας ακτινοβολίας και γι' αυτό, είναι πολύ συνηθισμένο «υλικό παράθυρο» για εξοπλισμό ακτίνων Χ και πειράματα φυσικής σωματιδίων[1]. Η υψηλή θερμική αγωγιμότητα του βηρυλλίου και του οξείδιου του βηρυλλίου οδήγησαν στο να χρησιμοποιηθεί σε εφαρμογές μεταφοράς και βύθισης θερμότητας.

Η εμπορική χρήση του βηρυλλίου παρουσιάζει τεχνικές προκλήσεις, εξαιτίας της τοξικότητάς (ιδιαίτερα με εισπνοή) σκόνης που το περιέχει. Το βηρύλλιο είναι διαβρωτικό για τους ιστούς και μπορεί να προκαλέσει μια χρόνια και επικίνδυνη για τη ζωή του θύματος αλλεργική ασθένεια που ονομάζεται βηρυλλίαση, σε κάποια από τα άτομα που έρχονται σε επαφή μαζί του. Το βηρύλλιο είναι άγνωστο αν είναι απαραίτητο ή χρήσιμο για κάποια φυτική ή ζωική μορφή ζωής[2].

Χαρακτηριστικά[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Φυσικές ιδιότητες[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Το βηρύλλλιο (πάντα στις «συνηθισμένες συνθήκες») είναι ένα χαλυβδόμορφο γκρι και σκληρό υλικό που είναι εύθραυστο (σε «θερμοκρασία δωματίου») και έχει μια συμπιεσμένη εξαγωνική κρυσταλλική δομή[1]. Έχει μια εξαιρετική καμπτική ακαμψία, 287 GPa κατά το μέτρο Γιανγκ (Young's modulus), και ένα σχετικά υψηλό σημείο τήξης, για την ακρίβεια το υψηλότερο από όλα τα ελαφρά μέταλλα. Το μέτρο ελαστικότητας του βηρυλλίου είναι ακριβώς 50% μεγαλύτερο από αυτό του χάλυβα. Ο συνδυασμός αυτού του μέτρου και της σχετικά χαμηλής πυκνότητάς του έχει ως αποτέλεσμα μια ασυνήθιστα υψηλή ταχύτητα διάδωσης του ήχου μέαα από το βηρύλλιο, περίπου 12,9 km/s (46.440 km/h) στις συνθήκες περιβάλλοντος. Άλλες σημαντικές ιδιότητες του βηρυλλίου είναι η υψηλή του ειδική θερμότητα [1.925 J/(kg·K)] και η (υψηλή του) θερμική αγωγιμότητά [216 W/(kg·K)], που κάνουν το βηρύλλιο το μέταλλο με την καλύτερη απαγωγή θερμότητας κατά μονάδα βάρους. Σε συνδυασμό με το σχετικά χαμηλό συντελεστή γραμμικής θερμικής διαστολής (11,4·10-6 K-1), αυτά τα χαρακτηριστικά καταλήγουν σε μια μοναδική σταθερότητας κάτω από συνθήκες θερμικής καταπόνησης[3]. Τέλος, η ολκιμότητά του είναι κατά περίπου 33% μεγαλύτερη από αυτή του χάλυβα.

Πυρηνικές ιδιότητες[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Το φυσικό βηρύλλιο, ασφαλές για μικρή μόλυνση από κοσμογενικά ραδιοϊσότοπα, είναι ουσιαστικά βηρύλλιο-9, που έχει πυρηνικό σπιν -3/2. Το βηρύλλιο έχει μια (σχετικά) μεγάλη διατομή σκέδασης για υψηλής ενέργειας νετρόνια, περίπου 6 barns για ενέργειες πάνω από 10 keV. Γι' αυτό το βηρύλλιο λειτουργεί ως ένας νετρονικός ανακλαστήρας και νετρονικός επιβραδυντής, που επιβραδύνει αποτελεσματικά νετρόνια στο εύρος των «θερμικών νετρονιων», δηλαδή σε ενέργειες κάτω από 0,03 eV, όπου η συνολική διατομή σκέδασης είναι τουλάχιστον κατά μια τάξη μεγέθους μικρότερη, η ακριβής τιμή εξαρτάται πολύ από την καθαρότητα και το μέγεθος των κρυσταλλιτών του υλικού.

Στο απλό αρχέγονο ισότοπο βηρύλλιο-9 επίσης συμβαίνει μια νετρονική αντίδραση τύπου (n,2n) με νετρονιακές ενέργειες πάνω από περίπου 1,9 MeV, παράγοντας βηρύλλιο-8, που σχεδόν αμέσως διασπάται σε δυο σωματίδια α. Έτσι, για υψηλής ενέργειας νετρόνια, το βηρύλλιο εκπέμπει περισσότερα νετρόνια από όσα απορροφά. Οι παραπάνω πυρηνικές αντιδράσεις μπορούν να παρασταθούν συνολικά ως ακολούθως[4]:

\mathrm{^9_4Be + n \xrightarrow{} 2(^4_2He) + 2n}

Νετρόνια απελευθερώνονται (επίσης) όταν πυρήνες βηρυλλίου «χτυπηθούν» από ενεργητικά σωματίδια α[3], παράγοντας την ακόλουθη πυρηνική αντίδραση[4]:

\mathrm{^9_4Be + ^4_2He \xrightarrow{} ^{12}_{\;6}C + n}

To βηρύλλιο επίσης απελευθερώνει νετρόνια μετά από βομβαρδισμό με ακτίνες γ. Έτσι, επειδή το φυσικό βηρύλλιο βομβαρδιστεί με είτε με σωματίδια α είτε με ακτίνες γ από ένα κατάλληλο ραδιοϊσότοπο είναι ένα νευραλγικό συστατικό στις περισσότερες τις πηγές νετρονικών αντιδράσεων που τροφοδοτούνται από ραδιοϊσότοπα και χρησιμοποιούνται για την εργαστηριακή παραγωγή ελεύθερων νετρονίων.

Ως ένα μέταλλο, το βηρύλλιο είναι (σχετικά) διαφανές στα περισσότερα μήκη κύματος των ακτίνων Χ και ακτίνων γ, κάνοντάς το χρήσιμο για «παράθυρα εξόδου» σωλήνων ακτίνων Χ και άλλων παρόμοιων συσκευών.

Χρήσεις[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Χρησιμοποιείται κυρίως ως σκληρυντής σε ορισμένα κράματα, ειδικότερα στο moldamax, κράμα χαλκού-βηρυλλίου που χρησιμοποιείται για την παραγωγή καλουπιών για πλαστικές ύλες. Τα κράματα του είναι ταυτόχρονα ελαφρά και δύσκαμπτα, αντιστέκονται στη θερμότητα και διαθέτουν μικρό συντελεστή διαστολής.

Το βηρύλλιο ενσωματώνεται σε ορισμένα ειδικά κράματα, για παράδειγμα υλικά που χρησιμοποιούνται για την τριβή. Συναντάται στα μπαστούνια του γκολφ, τα ελατήρια ρολογιών (αντιμαγνητικό), τα γυροσκόπια, σε διαστημικές και αεροναυτικές εφαρμογές. Χρησιμοποιήθηκε και στους κινητήρες για τους αγώνες ταχύτητας (έμβολα της Formula 1) έπειτα όμως η χρήση του απαγορεύτηκε.

Το βηρύλλιο χρησιμοποιείται επίσης σε υψηλού κόστους μεγάφωνα tweeter (απόδοσης υψηλών συχνοτήτων) και mid-range (απόδοσης μέσων συχνοτήτων) ηχείων από ορισμένες εταιρείες, ως εναλλακτικό που πλεονεκτεί έναντι του τιτανίου και του αλουμινίου, κυρίως λόγω της χαμηλότερης πυκνότητας και υψηλότερης σκληρότητάς του (Focal-JMlab).

Το οξείδιο του βηρυλλίου χρησιμοποιείται σε μεγάλο βαθμό στην ηλεκτρονική, σε ιδιαίτερα υψηλή συχνότητα. Το σώμα αυτό διαθέτει πράγματι την ιδιότητα να είναι καλός μονωτής (μικρές διηλεκτρικές απώλειες) εξασφαλίζοντας μια ισχυρή θερμική αγωγιμότητα. Χρησιμεύει επομένως, μαζί με σιλικόνες, ως υλικό ψύξης.

Καθιστά επίσης δυνατή την παραγωγή εργαλείων που δεν προκαλούν σπινθήρες ανάφλεξης στη βιομηχανία των εκρηκτικών.

Ορισμένες χρήσεις των κρυσταλλικών ιδιοτήτων του είναι οι εξής:

  • ως φίλτρο νετρονίων, για να σχηματιστούν «καθαρές» δέσμες νετρονίων απαλλαγμένες από άλλα σωματίδια.
  • ως "παράθυρο" ακτίνων Χ, για παράδειγμα το παράθυρο μιας λυχνίας ακτίνων Χ ή ενός ανιχνευτή ακτίνων Χ, το παράθυρο απομονώνει το εσωτερικό της συσκευής από το γύρω περιβάλλον.

Στη γεωμορφολογία και την παλαιοσεισμολογία, το ισότοπο 10Be, που δημιουργείται από τις κοσμικές ακτίνες, χρησιμοποιείται για τη χρονολόγηση επιφανειών μέσω κοσμογενικών ισοτόπων ή για τον προσδιορισμό του ποσοστού διάβρωσης.

Αναφορές και παρατηρήσεις[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

  1. 1,0 1,1 1,2 1,3 Jakubke, Hans-Dieter; Jeschkeit, Hans, eds. (1994). Concise Encyclopedia Chemistry. trans. rev. Eagleson, Mary. Berlin: Walter de Gruyter.
  2. Puchta, Ralph (2011). "A brighter beryllium". Nature Chemistry 3 (5): 416. Bibcode 2011NatCh...3..416P. doi:10.1038/nchem.1033. PMID 21505503.
  3. 3,0 3,1 Behrens, V. (2003). "11 Beryllium". In Beiss, P. Landolt-Börnstein – Group VIII Advanced Materials and Technologies: Powder Metallurgy Data. Refractory, Hard and Intermetallic Materials 2A1. Berlin: Springer. pp. 1–11. doi:10.1007/10689123_36. ISBN 978-3-540-42942-5.
  4. 4,0 4,1 Hausner, Henry H (1965). "Nuclear Properties". Beryllium its Metallurgy and Properties. University of California Press. p. 239.}

Εξωτερικοί σύνδεσμοι[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Wiktionary logo
Το Βικιλεξικό έχει λήμμα που έχει σχέση με το λήμμα:
Commons logo
Τα Wikimedia Commons έχουν πολυμέσα σχετικά με το θέμα



Στο λήμμα αυτό έχει ενσωματωθεί κείμενο από το λήμμα Beryllium της Αγγλικής Βικιπαίδειας, η οποία διανέμεται υπό την GNU FDL και την CC-BY-SA 3.0. (ιστορικό/συντάκτες).