Beryllium

Beryllium je nejlehčím kovem 2. skupiny PSP. Je to tvrdý, šedý kov s velmi vysokou teplotou tání. Jedná se o monoizotopický prvek.

Atomové číslo	4	Počet stabilních izotopů	1
Atomová hmotnost	9,0121	Elektronová konfigurace	1s2 2s2
Teplota tání [°C]	1287	Teplota varu [°C]	2970
Elektronegativita	1,57	Hustota [kg.dm-3]	1,85

Beryllium ve zkratce:
✶ nejlehčí kov 2. skupiny
✶ nejlehčí prvek s jediným stabilním izotopem
✶ průhledné pro rentgenové záření
✶ součást zrcadel teleskopu JWST
✶ důležitý materiál v letectví a jaderné technice
✶ vytváří výrazně kovalentní sloučeniny a svými vlastnostmi připomíná hliník
✶ sloučeniny beryllia jsou vysoce toxické

Historie

Beryllium objevil v roce 1798 francouzský chemik Louis Nicolas Vauquelin ve smaragdu. Poprvé bylo izolováno o třicet let později, v roce 1828. Izolaci provedli, nezávisle na sobě, Friedrich Wöhler a Antoine Bussy redukcí chloridu beryllnatého kovovým draslíkem.

BeCl₂ + 2 K → Be + 2 KCl

Výskyt a získávání

V přírodě se vyskytuje pouze ve formě beryllnatých solí. Nejdůležitějšími minerály jsou beryl (Be₃Al₂(SiO₃)₆) a bertrandit (Be₄Si₂O₇(OH)₂), které jsou výchozími látkami pro přípravu kovového beryllia. Jeho obsah v zemské kůře je asi 2 ppm, je srovnatelný s cínem, europiem a arsenem.

Izotopy

Beryllium má jeden stabilní izotop, ⁹Be, je nejlehčím prvkem s jediným stabilním izotopem. Dále známe 11 radioizotopů a tři jaderné izomery v rozmezí nukleonových čísel 5–16.[6] V přírodě se vyskytují tři izotopy.

Izotop	Poločas rozpadu	Zastoupení v přírodě
7Be	53,22 dnů	stopové
9Be	stabilní	100 %
10Be	1,387 ×106 let	stopové

⁷Be

Izotop ⁷Be vzniká působením kosmického záření ve stratosféře:

¹⁴N + p → ⁷Be + 2 α
¹⁴N + n → ⁷Be + ⁸Li

Vznikající atomy beryllia jsou ionizované, díky tomu se zachytávají na částice aerosolu a srážkami se dostávají do půdy a pozemních vod.

Pro výzkumné účely se připravuje ozařováním lithia urychlenými protony:

⁷Li + p → ⁷Be + n

¹⁰Be

Izotop ¹⁰Be vzniká působením kosmického záření na dusík a kyslík v zemské atmosféře:

$$^{14}_{\ \ 7}\textrm{N}\ +\ ^1_0\textrm{n}\ \rightarrow\ ^{10}_{\ \ 4}\textrm{Be}\ +\ ^1_1\textrm{p}\ +\ ^4_2\alpha \\
^{16}_{\ \ 8}\textrm{O}\ +\ ^1_0\textrm{n}\ \rightarrow\ ^{10}_{\ \ 4}\textrm{Be}\ +\ 2\ ^1_1\textrm{p}\ +\ ^4_2\alpha \\$$

Kosmogenní ¹⁰Be se využívá ke sledování geochemických, geofyzikálních a oceánografických studiích. Ke stanovení se využívá urychlovačová hmotnostní spektrometrie (Accelerator Mass Spectrometry, AMS).

Použití

Beryllium je velmi lehký kov s vysokou teplotou tání, využívá se pro vytvrzování mědi. Tzv. berylliový bronz, což je slitina mědi s 0,2-2,75 % beryllia má pevnost až šestkrát vyšší než samotná měď.[4,5]

Beryllium je téměř transparentní pro rentgenové záření, proto se používá v okénkách rentgenek, XRF detektorech a také v synchrotronových experimentech.

V jaderné technice se využívá jako moderátor a reflektor neutronů a také jako zdroj neutronů. Ozařováním beryllia α-částicemi dochází k uvolnění neutronu, to se využívá např. v Am-Be zdroji:[8]

⁹Be + α → ¹²C + n

Velkou výhodou je i malá teplotní roztažnost, díky ní bylo beryllium (konkrétně O-30-H Beryllium) zvoleno jako materiál pro zrcadla vesmírného teleskopu Jamese Webba (JWST), blíže je to rozebráno u zlata, kterým je zrcadlo potaženo.

Chemické vlastnosti

Ve srovnání s ostatními kovy 2. skupiny vykazuje řadu anomálních vlastností způsobených malým atomovým poloměrem a vysokou polarizační schopností kationtu Be²⁺.

Beryllium vytváří hlavně sloučeniny v oxidačním čísle +II. Známé jsou i sloučeniny obsahující beryllium v oxidačním čísle +I, tento oxidační stav je však velmi vzácný. V roce 2023 byla publikována příprava první sloučeniny s vazbou Be-Be.

S kyslíkem za laboratorní teploty nereaguje, s vodou reaguje jen velmi pomalu díky ochranné vrstvě oxidu. V koncentrované kyselině dusičné se za studena nerozpouští, ve zředěné se pasivuje.

Diagonální podobnost s hliníkem

Beryllium je velmi podobné hliníku, tento jev se označuje jako diagonální podobnost a vychází ze vzájemné polohy těchto prvků v periodické tabulce prvků.

• stejně jako oxid hlinitý je oxid beryllnatý amfoterní
• beryllium vytváří podobné komplexy jako hliník
• jejich chloridy mají velmi podobné vlastnosti

Oxidy

Oxid beryllnatý, BeO, můžeme připravit termickým rozkladem uhličitanu nebo dehydratací hydroxidu. Je to bílá krystalická látka se strukturu wurtzitu.

Oxid beryllnatý má neobvykle vysokou tepelnou vodivost (vyšší než většina keramických materiálů) a současně je elektrickým izolantem. Používá se proto v elektronice jako materiál pro odvod tepla z výkonových součástek.[7]

Halogenidy

Halogenid	Barva	Tv [°C]	Tt [°C]
BeF2	bezbarvý	1169	554
BeCl2	žlutý	482	399
BeBr2	bezbarvý	520	508
BeI2	bezbarvý	590	480

Všechny čtyři halogenidy jsou stabilní, pevné látky. Ve vodných roztocích vytvářejí hydráty, které se termickou dehydratací rozkládají. Bezvodé halogenidy je nutno připravovat jinou cestou. Pro fluorid beryllnatý je nejvýhodnější termický rozklad tetrafluoroberyllnatanu amonného, (NH₄)₂BeF₄. Chlorid je možno připravit redukcí oxidu v atmosféře chloru při teplotách nad 600 °C, příp. přímou oxidací beryllia chlorem.

BeO + C + Cl₂ → BeCl₂ + CO

Chlorid beryllnatý, BeCl₂, vytváří polymerní řetězce tvořené beryllnatými ionty s koordinačním číslem čtyři, které jsou propojené chloridovými můstky.

Toxicita

Největší zdravotní riziko představuje inhalace prachu a aerosolů obsahujících beryllium nebo jeho sloučeniny. Dlouhodobá expozice může vést k chronické beryllióze, závažnému plicnímu onemocnění.

Beryllium a některé jeho sloučeniny jsou klasifikovány jako karcinogeny.

Biologický význam

Beryllium není biogenním prvkem a nemá žádnou prokázanou funkci v organismech. Naopak může být ve vyšších koncentracích toxické.

NMR

Je využíváno hlavně pro studium komplexů beryllia. Jádro ⁹Be je kvadrupolární, takže pro větší, nesymetrické molekuly poskytuje široké linie, ale symetrické komplexy dávají linie užší. Standardem je roztok BeSO₄ v D₂O.

	9Be
Spin	3/2
Zastoupení v přírodě [%]	100
Citlivost vzhledem k 1H	0,0139
Citlivost vzhledem k 13C	81,5
Rezonanční frekvence v poli 1 T	5,9842
Rozsah chemických posunů	-18 až 28 ppm

Chemické posuny

Typ sloučeniny	Rozsah chemických posunů [ppm]
Koordinační číslo 3	18-13
Koordinační číslo 2	15-7
Koordinační číslo 4	7-(-2)
BeSO4	0
Cyklopentadienylové komplexy (a podobné)	-18-(-28)

Odkazy

1. Beryllium na české wikipedii
2. Beryllium na anglické wikipedii
3. ⁹Be NMR
4. What’s the beryllium copper?
5. GREENWOOD, N. N. a Alan EARNSHAW. Chemie prvků. Praha: Informatorium, 1993. ISBN 80-85427-38-9.
6. HÁLA, Jiří. Radioaktivní izotopy. Tišnov: Sursum, 2013, 374 s. ISBN 978-80-7323-248-1.
7. Beryllia (BeO)
8. AmBe Americium-Beryllium neutron source

Navigace

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

16

17

18

H

He

Li

Be

B

C

N

O

F

Ne

Na

Mg

Al

Si

P

S

Cl

Ar

K

Ca

Sc

Ti

V

Cr

Mn

Fe

Co

Ni

Cu

Zn

Ga

Ge

As

Se

Br

Kr

Rb

Sr

Y

Zr

Nb

Mo

Tc

Ru

Rh

Pd

Ag

Cd

In

Sn

Sb

Te

I

Xe

Cs

Ba

La

Hf

Ta

W

Re

Os

Ir

Pt

Au

Hg

Tl

Pb

Bi

Po

At

Rn

Fr

Ra

Ac

Rf

Db

Sg

Bh

Hs

Mt

Ds

Rg

Cn

Nh

Fl

Mc

Lv

Ts

Og

Ce

Pr

Nd

Pm

Sm

Eu

Gd

Tb

Dy

Ho

Er

Tm

Yb

Lu

Th

Pa

U

Np

Pu

Am

Cm

Bk

Cf

Es

Fm

Md

No

Lr