Berilium adalah unsur kimia dengan simbol Be dan nomor atom 4. Berilium adalah unsur yang relatif langka di alam semesta, biasanya ditemukan sebagai produk fisi berukuran besar. inti atom bertabrakan dengan sinar kosmik. Di inti bintang, berilium habis saat ia menyatu dan menciptakan unsur-unsur yang lebih besar. Ini adalah unsur divalen yang terjadi secara alami hanya dalam kombinasi dengan unsur lain dalam mineral. Batu permata terkenal yang mengandung berilium termasuk beryl (aquamarine, emerald) dan chrysoberyl. Sebagai unsur bebas, berilium merupakan logam alkali tanah yang kuat, ringan, dan rapuh dengan warna baja. Berilium meningkatkan banyak hal properti fisik zat lain bila ditambahkan sebagai unsur paduan pada aluminium, tembaga (terutama paduan tembaga berilium), besi dan nikel. Berilium tidak membentuk oksida sampai mencapai suhu yang sangat tinggi. Perkakas paduan tembaga berilium kuat dan keras serta tidak menimbulkan percikan api saat dipukul pada permukaan baja. Dalam aplikasi struktural, kombinasi kekakuan lentur yang tinggi, stabilitas termal, konduktivitas termal, dan kepadatan rendah (1,85 kali lipat air) menjadikan logam berilium sebagai bahan luar angkasa yang diinginkan untuk komponen pesawat terbang, roket, pesawat ruang angkasa, dan satelit. Karena kepadatan dan massa atomnya yang rendah, berilium relatif transparan terhadap sinar-X dan bentuk radiasi pengion lainnya; oleh karena itu bahan kaca ini paling umum digunakan untuk peralatan sinar-X dan komponen pendeteksi partikel. Konduktivitas termal yang tinggi dari berilium oksida dan berilium telah menyebabkan penggunaannya dalam perangkat pengatur suhu. Penggunaan berilium secara komersial memerlukan peralatan pengendalian debu dan pengendalian industri yang tepat setiap saat karena toksisitas debu yang mengandung berilium yang dihirup, yang dapat menyebabkan penyakit alergi kronis yang mengancam jiwa pada beberapa orang yang disebut berilium.
Karakteristik
Properti fisik
Berilium adalah logam keras berwarna baja yang rapuh pada suhu kamar dan memiliki struktur kristal heksagonal yang rapat. Ia memiliki kekerasan yang luar biasa (modulus Young 287 GPa) dan titik leleh yang cukup tinggi. Modulus elastisitas berilium kira-kira 50% lebih besar dibandingkan baja. Kombinasi modulus ini dan kepadatan yang relatif rendah menghasilkan kecepatan suara berilium yang luar biasa tinggi—sekitar 12,9 km/s pada kondisi ruangan. Yang lain properti yang signifikan berilium memiliki kapasitas panas spesifik yang tinggi (1925 J kg-1 K-1) dan konduktivitas termal (216 W m-1 K-1), yang menjadikan berilium logam dengan karakteristik terbaik perpindahan panas per satuan massa. Dikombinasikan dengan koefisien linier yang relatif rendah ekspansi termal(11,4 × 10-6 K-1), karakteristik ini menyebabkan stabilitas unik berilium dalam kondisi tekanan termal.
Sifat nuklir
Berilium yang terbentuk secara alami, kecuali kontaminasi kecil oleh radioisotop kosmogenik, adalah berilium-9 murni secara isotop, yang memiliki putaran inti 3/2. Berilium memiliki penampang hamburan yang besar untuk neutron dengan energi tinggi, sekitar 6 gudang untuk energi di atas sekitar 10 keV. Oleh karena itu, ia berfungsi sebagai reflektor neutron dan moderator neutron, yang secara efektif memoderasi neutron hingga kisaran energi panas di bawah 0,03 eV, dengan total penampang setidaknya satu urutan besarnya lebih rendah - nilai pastinya sangat bergantung pada kemurnian dan ukuran kristalit. dalam materi. Satu-satunya isotop berilium primordial, 9Be, juga mengalami reaksi neutron (n, 2n) dengan energi neutron lebih besar dari 1,9 MeV, menghasilkan 8Be, yang segera terpecah menjadi dua partikel alfa. Jadi, untuk neutron berenergi tinggi, berilium merupakan pengganda neutron yang melepaskan lebih banyak neutron daripada yang diserapnya. Reaksi nuklir ini:
94Be + N → 2 (42He) + 2n
Neutron dilepaskan ketika inti berilium terkena partikel alfa yang energik, sehingga menghasilkan reaksi nuklir
94Be + 42He → 126C + N
dimana 42He adalah partikel alfa dan 126C adalah inti karbon-12. Berilium juga melepaskan neutron ketika dibombardir dengan sinar gamma. Jadi, berilium alami, yang dibombardir dengan alfa atau gamma dari radioisotop yang sesuai, merupakan komponen kunci dari sebagian besar sumber neutron reaksi nuklir dengan isotop radioaktif untuk produksi neutron bebas di laboratorium. Sejumlah kecil tritium dilepaskan ketika inti 94Be menyerap neutron berenergi rendah dalam reaksi nuklir tiga langkah
94Be + N → 42He + 62He, 62He → 63Li + B-, 63Li + N → 42He + 31H
Perhatikan bahwa 62He memiliki waktu paruh hanya 0,8 detik, β- adalah elektron, dan 63Li memiliki penampang serapan neutron yang tinggi. Tritium merupakan radioisotop yang menjadi perhatian pada limbah reaktor nuklir. Sebagai logam, berilium transparan terhadap sebagian besar panjang gelombang sinar-X dan sinar gamma, sehingga berguna sebagai jendela keluar tabung sinar-X dan perangkat serupa lainnya.
Isotop dan nukleosintesis
Isotop berilium yang stabil dan tidak stabil terbentuk di bintang, tetapi radioisotop berumur pendek. Dipercaya bahwa sebagian besar berilium stabil di Alam Semesta awalnya tercipta di medium antarbintang ketika sinar kosmik menyebabkan fisi pada unsur-unsur lebih berat yang ditemukan dalam gas dan debu antarbintang. Berilium primordial hanya mengandung satu isotop stabil, 9Be, dan oleh karena itu berilium merupakan unsur monoisotopik. Radioaktif kosmogenik 10Be terbentuk di atmosfer bumi melalui pemecahan oksigen oleh sinar kosmik. 10Be terakumulasi di permukaan tanah, dimana waktu paruhnya yang relatif lama (1,36 juta tahun) memungkinkan unsur ini tetap dalam keadaan ini untuk waktu yang lama sebelum membusuk menjadi boron-10. Oleh karena itu, 10Be dan turunannya digunakan untuk mempelajari erosi tanah alami, pedogenesis, dan perkembangan tanah laterit, serta untuk mengukur perubahan aktivitas matahari dan usia inti es. Produksi 10Be berbanding terbalik dengan aktivitas matahari, karena peningkatan angin matahari selama periode aktivitas matahari tinggi mengurangi aliran sinar kosmik galaksi yang mencapai Bumi. Ledakan nuklir juga membentuk 10Be melalui reaksi neutron cepat dengan 13C dalam karbon dioksida di udara. Ini adalah salah satu indikator aktivitas masa lalu di lokasi senjata nuklir. Isotop 7Be (waktu paruh 53 hari) juga bersifat kosmogenik dan menunjukkan kelimpahan di atmosfer yang terkait dengan bintik matahari, mirip dengan 10Be. 8Be memiliki waktu paruh yang sangat singkat, sekitar 7×10-17 detik, yang berkontribusi terhadap peran kosmologisnya yang signifikan, karena unsur-unsur yang lebih berat dari berilium tidak dapat diproduksi melalui fusi nuklir pada Big Bang. Hal ini disebabkan kurangnya waktu yang cukup selama fase nukleosintesis dentuman Besar untuk menghasilkan karbon melalui fusi inti 4He dan konsentrasi berilium-8 yang tersedia sangat rendah. Astronom Inggris Sir Fred Hoyle pertama kali menunjukkan bahwa tingkat energi 8Be dan 12C memungkinkan karbon diproduksi melalui apa yang disebut proses triple alpha pada bintang yang mengandung helium, di mana tersedia lebih banyak waktu nukleosintesis. Proses ini memungkinkan karbon diproduksi di bintang, tetapi tidak pada Big Bang. Dengan demikian, karbon yang diciptakan oleh bintang-bintang (dasar kehidupan berbasis karbon) adalah komponen dalam unsur-unsur gas dan debu yang dikeluarkan oleh bintang-bintang cabang raksasa yang asimtotik dan supernova (lihat juga nukleosintesis Big Bang), serta penciptaan semua unsur lainnya. dengan nomor atom lebih besar dari karbon. Elektron 2s berilium dapat memfasilitasi ikatan kimia. Oleh karena itu, ketika 7Be meluruh dengan menangkap elektron L, ia melakukannya dengan mengambil elektron dari orbital atomnya yang dapat berpartisipasi dalam ikatan. Hal ini menyebabkan laju peluruhannya bergantung pada lingkungan kimianya hingga tingkat tertentu—sebuah fenomena langka dalam peluruhan nuklir. Isotop berilium yang berumur paling pendek adalah 13Be, yang meluruh karena radiasi neutron. Ia memiliki waktu paruh 2,7 x 10-21 detik. 6Be juga berumur sangat pendek dengan waktu paruh 5,0×10-21 detik. Isotop eksotik 11Be dan 14Be diketahui memiliki halo nuklir. Fenomena ini dapat dipahami karena inti 11Be dan 14Be masing-masing memiliki 1 dan 4 neutron, berputar hampir di luar model Fermi klasik.
Prevalensi
Matahari memiliki konsentrasi berilium 0,1 bagian per miliar (ppb). Berilium memiliki konsentrasi 2 hingga 6 bagian per juta (ppm) in kerak bumi. Ini paling terkonsentrasi di tanah, 6 ppm. Sejumlah kecil 9Be ditemukan di atmosfer bumi. Konsentrasi berilium dalam air laut adalah 0,2-0,6 bagian per triliun. Namun pada air mengalir berilium lebih melimpah dan memiliki konsentrasi 0,1 ppm. Berilium terdapat pada lebih dari 100 mineral, namun sebagian besar jarang ditemukan. Mineral yang lebih umum mengandung berilium meliputi: bertrandite (Be4Si2O7(OH)2), beryl (Al2Be3Si6O18), chrysoberyl (Al2BeO4) dan phenacite (Be2SiO4). Bentuk beryl yang berharga adalah aquamarine, beryl merah, dan zamrud. Warna hijau dalam bentuk beryl berkualitas tinggi dikaitkan dengan jumlah kromium yang bervariasi (sekitar 2% untuk zamrud). Dua bijih berilium utama, beryl dan bertranite, ditemukan di Argentina, Brasil, India, Madagaskar, Rusia, dan Amerika Serikat. Total cadangan bijih berilium dunia berjumlah lebih dari 400.000 ton. Berilium merupakan komponen asap tembakau.
Produksi
Mengekstraksi berilium dari senyawanya merupakan proses yang sulit karena afinitasnya yang tinggi terhadap oksigen pada suhu tinggi dan kemampuannya untuk mengurangi jumlah air sekaligus menghilangkan lapisan oksida. Amerika Serikat, Tiongkok, dan Kazakhstan adalah tiga negara yang terlibat dalam hal ini produksi industri berilium Berilium paling sering diekstraksi dari mineral beryl, yang disinter menggunakan ekstraktan atau dilebur menjadi campuran yang larut. Proses sintering melibatkan pencampuran beryl dengan natrium fluorosilikat dan soda pada suhu 770 °C (1.420 °F) untuk membentuk natrium fluoroberilat, alumina, dan silika. Berilium hidroksida diendapkan dari larutan natrium fluoroberilat dan natrium hidroksida dalam air. Ekstraksi berilium menggunakan metode peleburan melibatkan penggilingan beryl menjadi bubuk dan memanaskannya hingga 1.650 °C (3.000 °F). Larutannya segera didinginkan dengan air dan kemudian dipanaskan kembali hingga 250–300 °C (482–557 °F) dalam asam sulfat pekat, yang pada dasarnya menghasilkan berilium sulfat dan aluminium sulfat. Amonia berair kemudian digunakan untuk menghilangkan aluminium dan belerang, meninggalkan berilium hidroksida. Berilium hidroksida, dibuat menggunakan metode sinter atau leleh, kemudian diubah menjadi berilium fluorida atau berilium klorida. Untuk membentuk fluorida, larutan amonium fluorida ditambahkan ke berilium hidroksida untuk menghasilkan endapan amonium tetrafluoroberilat, yang dipanaskan hingga 1000 °C (1830 °F) untuk membentuk berilium fluorida. Pemanasan fluorida hingga 900 °C (1.650 °F) dengan magnesium menghasilkan berilium yang terbagi halus, dan pemanasan lebih lanjut hingga 1.300 °C (2.370 °F) menghasilkan logam padat. Pemanasan berilium hidroksida membentuk oksida, yang menjadi berilium klorida bila dikombinasikan dengan karbon dan klorin. Elektrolisis lelehan berilium klorida kemudian digunakan untuk menghasilkan logam.
Sifat kimia
Perilaku kimia berilium sebagian besar disebabkan oleh jari-jari atom dan ioniknya yang kecil. Oleh karena itu, ia mempunyai potensi ionisasi yang sangat tinggi dan polarisasi yang kuat bila digabungkan dengan atom lain, itulah sebabnya semua senyawanya bersifat kovalen. Secara kimiawi ia lebih mirip dengan aluminium dibandingkan tetangga dekatnya pada tabel periodik karena fakta bahwa ia memiliki rasio muatan terhadap radius yang sama. Lapisan oksida terbentuk di sekitar berilium, yang mencegah reaksi lebih lanjut dengan udara kecuali jika zat tersebut dipanaskan di atas 1000 °C. Saat dinyalakan, berilium terbakar dengan api yang cemerlang, membentuk campuran berilium oksida dan berilium nitrida. Berilium mudah larut dalam asam non-pengoksidasi seperti HCl dan H2SO4 encer, tetapi tidak dalam asam nitrat atau air, karena oksida terbentuk dalam proses ini. Hal ini mirip dengan perilaku aluminium. Berilium juga larut dalam larutan basa. Atom berilium memiliki konfigurasi elektronik 2s2. Dua elektron valensi memberi berilium bilangan oksidasi a+2 dan oleh karena itu kemampuan untuk membentuk dua ikatan kovalen; satu-satunya bukti rendahnya valensi berilium adalah kelarutan logam dalam BeCl2. Karena aturan oktet, atom cenderung mempunyai valensi 8 sehingga menyerupai gas mulia. Berilium berusaha mencapai bilangan koordinasi 4 karena sifatnya yang dua ikatan kovalen mengisi setengah dari oktet ini. Tetrakoordinasi memungkinkan senyawa berilium seperti fluorida atau klorida membentuk polimer. Karakteristik ini digunakan dalam metode analisis yang menggunakan EDTA (ethylenediaminetetraacetic acid) sebagai ligan. EDTA lebih disukai membentuk kompleks oktahedral, sehingga menyerap kation lain seperti Al3+, yang dapat mengganggu, misalnya, ekstraksi pelarut dari kompleks yang terbentuk antara Be2+ dan asetilaseton. Berilium(II) mudah membentuk kompleks dengan ligan donor yang kuat seperti fosfin oksida dan arsin oksida. Studi ekstensif telah dilakukan pada kompleks ini, yang menunjukkan stabilitas ikatan O-Be. Larutan garam berilium, seperti berilium sulfat dan berilium nitrat, bersifat asam karena hidrolisis 2+ 2+ + H2O ⇌ + + H3O + Produk hidrolisis lainnya termasuk ion trimerik 3+. Berilium hidroksida, Be(OH)2, tidak larut bahkan dalam larutan asam dengan pH kurang dari 6, yaitu pada pH biologis. Ini bersifat amfoter dan larut dalam larutan yang sangat basa. Berilium membentuk senyawa biner dengan banyak nonlogam. Halida anhidrat dikenal dengan F, Cl, Br dan I. BeF2 memiliki struktur seperti silika dengan empat tetrahedra berbagi sudut. BeCl2 dan BeBr2 memiliki struktur rantai dengan tepi tetrahedra. Semua berilium halida memiliki struktur molekul monomer linier dalam fase gas. Berilium difluorida, BeF2, berbeda dari difluorida lainnya. Secara umum, berilium cenderung berikatan secara kovalen, lebih banyak dibandingkan logam alkali tanah lainnya, dan fluoridanya sebagian bersifat kovalen (meskipun lebih ionik dibandingkan halida lainnya). BeF2 memiliki banyak kesamaan dengan SiO2 (kuarsa), terutama jaringan yang terikat secara kovalen. BeF2 memiliki logam yang terkoordinasi secara tetrahedral dan membentuk gelas (sulit mengkristal). Dalam bentuk kristal, berilium fluorida memiliki struktur kristal suhu kamar yang sama dengan kuarsa, dan juga memiliki banyak struktur suhu tinggi. Berilium difluorida sangat larut dalam air, tidak seperti difluorida logam alkali tanah lainnya. (Meskipun sangat ionik, mereka tidak larut karena energi kisi struktur fluorit yang sangat kuat). Namun, BeF2 memiliki konduktivitas listrik yang jauh lebih rendah ketika berada dalam larutan atau lelehan dibandingkan jika BeF2 sepenuhnya ionik. Berilium oksida, BeO, adalah padatan putih tahan api yang memiliki struktur kristal wurtzit dan konduktivitas termal lebih tinggi dibandingkan beberapa logam. BeO bersifat amfoter. Garam berilium dapat dibuat dengan mereaksikan Be(OH)2 dengan asam. Berilium sulfida, selenida dan telurida telah diketahui, semuanya memiliki struktur sfalerit. Berilium nitrida, Be3N2, merupakan senyawa dengan titik leleh tinggi yang mudah terhidrolisis. Berilium azida, BeN6, dan berilium fosfida, Be3P2, yang memiliki struktur mirip dengan Be3N2, telah diketahui. Berilium nitrat basa dan berilium asetat basa memiliki struktur tetrahedral yang serupa dengan empat atom berilium yang terkoordinasi pada ion oksida pusat. Sejumlah berilium borida telah diketahui, seperti Be5B, Be4B, Be2B, BeB2, BeB6 dan BeB12. Berilium karbida, Be2C, adalah senyawa berwarna merah bata tahan api yang bereaksi dengan air menghasilkan metana. Silisida berilium belum teridentifikasi.
Cerita
Mineral beryl yang mengandung berilium telah digunakan setidaknya sejak dinasti Ptolemeus di Mesir. Pada abad pertama Masehi. Naturalis Romawi Pliny the Elder menyebutkan dalam ensiklopedianya “Natural History” kesamaan beryl dan zamrud (“smaragdus”). Papirus Graecus Holmiensis, yang ditulis pada abad ketiga atau keempat M, berisi catatan tentang cara membuat zamrud dan beryl buatan. Analisis awal zamrud dan beryl oleh Martin Heinrich Klaproth, Thorbern Olof Bergmann, Franz Carl Achard dan Johann Jakob Bindheim selalu menghasilkan unsur serupa, sehingga mengarah pada kesimpulan yang salah bahwa kedua zat tersebut adalah aluminium silikat. Ahli mineralogi René Just Haüy menemukan bahwa kedua kristal tersebut identik secara geometris, dan dia meminta ahli kimia Louis-Nicolas Vauquelin untuk melakukan analisis kimia. Dalam makalah tahun 1798 yang dibaca di Institut Perancis, Vauquelin melaporkan bahwa ia telah menemukan "bumi" baru dengan melarutkan aluminium hidroksida dari zamrud dan beryl dalam alkali tambahan. Editor jurnal Annales de Chimie et the Physique bernama tanah baru"glukin" karena rasa manis dari beberapa senyawanya. Klaproth lebih menyukai nama "berillin" karena yttrium juga membentuk garam manis. Nama "berilium" pertama kali digunakan oleh Wöhler pada tahun 1828. Friedrich Wöhler adalah salah satu ilmuwan yang mengisolasi berilium secara independen. Friedrich Wöhler dan Antoine Bussy secara independen mengisolasi berilium pada tahun 1828 berkat reaksi kimia logam kalium dengan berilium klorida, sebagai berikut:
BeCl2 + 2 K → 2 KCl +
Dengan menggunakan lampu alkohol, Wöhler memanaskan lapisan berilium dan kalium klorida secara bergantian dalam wadah platina yang dirangkai dengan kawat. Reaksi di atas segera terjadi dan menyebabkan wadah menjadi putih. Setelah mendinginkan dan mencuci bubuk berwarna abu-abu kehitaman yang dihasilkan, ilmuwan melihat bahwa zat tersebut terdiri dari partikel-partikel kecil berwarna gelap kilau metalik. Kalium yang sangat reaktif dihasilkan melalui elektrolisis senyawanya, sebuah proses yang ditemukan 21 tahun lalu. Metode kimia yang menggunakan kalium hanya menghasilkan butiran kecil berilium, yang tidak dapat dituang atau dipalu menjadi batangan logam. Elektrolisis langsung campuran cair beryl fluorida dan natrium fluorida oleh Paul Lebeau pada tahun 1898 menghasilkan pembentukan sampel berilium murni pertama (99,5 - 99,8%). Proses produksi berilium pertama yang sukses secara komersial dikembangkan pada tahun 1932 oleh Alfred Fonda dan Hans Goldschmidt. Prosesnya melibatkan elektrolisis campuran berilium fluorida dan barium, yang menyebabkan lelehan berilium terkumpul pada katoda berpendingin air. Sampel berilium dibombardir dengan sinar alfa dari peluruhan radium dalam eksperimen James Chadwick tahun 1932, yang mengungkap keberadaan neutron. Teknik yang sama digunakan dalam satu kelas sumber neutron laboratorium berdasarkan radioisotop, yang menghasilkan 30 neutron untuk setiap juta partikel α. Produksi berilium meningkat pesat selama Perang Dunia II karena meningkatnya permintaan paduan keras dari berilium dan tembaga dan fosfor untuk lampu neon. Kebanyakan lampu neon awal menggunakan seng ortosilikat dengan tingkat berilium yang bervariasi, sehingga memancarkan cahaya kehijauan. Penambahan kecil magnesium tungstate meningkatkan bagian biru dari spektrum untuk menghasilkan cahaya putih yang dapat diterima. Fosfor fosfat halogen digantikan oleh fosfor berbasis berilium setelah berilium diketahui beracun. Elektrolisis campuran beryl fluorida dan natrium fluorida digunakan untuk mengisolasi berilium selama abad ke-19. Titik leleh logam yang tinggi membuat proses ini lebih intensif energi dibandingkan proses serupa yang digunakan untuk logam alkali. Pada awal abad ke-20, produksi berilium melalui dekomposisi termal berilium iodida dieksplorasi menyusul keberhasilan proses serupa untuk memproduksi zirkonium, tetapi proses tersebut terbukti tidak ekonomis untuk produksi volume. Logam berilium murni belum tersedia sampai tahun 1957, meskipun logam berilium telah digunakan sebagai logam paduan untuk memperkuat tembaga jauh lebih awal. Berilium dapat diproduksi dengan mereduksi senyawa berilium seperti berilium klorida dengan logam kalium atau natrium. Saat ini, sebagian besar berilium diperoleh dengan mereduksi berilium fluorida dengan magnesium murni. Pada tahun 2001, harga ingot berilium cor vakum di pasar AS adalah sekitar US$338 per pon (US$745 per kilogram). Antara tahun 1998 dan 2008, produksi berilium global menurun dari 343 ton menjadi 200 ton, dimana 176 ton (88%) berasal dari Amerika Serikat.
Etimologi
Awal mula kata berilium dapat ditelusuri dalam banyak bahasa, termasuk bahasa Latin Berilus; Bery Perancis; Yunani βήρυλλος, bērullos, beryl; Prakrit veruliya (वॆरुलिय); Pāli veḷuriya (वेलुरिय), veḷiru (भेलिरु) atau viḷar (भिलर्) - "menjadi pucat", mengacu pada batu beryl semi mulia yang pucat. Sumber aslinya mungkin adalah kata Sansekerta वैडूर्य (vaiduriya), yang berasal dari bahasa Dravida dan mungkin terkait dengan namanya kota modern Belur. Selama kurang lebih 160 tahun, berilium juga dikenal sebagai glucinium atau glucinium (dengan simbol kimia "Gl", atau "G"). Nama itu berasal kata Yunani, yang menunjukkan rasa manis: γλυκυς, karena rasa manis garam berilium.
Aplikasi
Jendela radiasi
Karena nomor atomnya yang rendah dan penyerapan sinar-X yang sangat rendah, kegunaan berilium tertua dan masih paling penting adalah sebagai jendela radiasi untuk tabung sinar-X. Tuntutan ekstrim diberikan pada kemurnian berilium untuk menghindari artefak pada gambar sinar-X. Berilium foil tipis digunakan sebagai jendela radiasi untuk detektor sinar-X, dan penyerapan yang sangat rendah meminimalkan efek pemanasan yang disebabkan oleh karakteristik sinar-X dengan intensitas tinggi dan energi rendah. radiasi sinkrotron. Jendela tertutup vakum dan tabung sinar untuk eksperimen radiasi di sinkrotron dibuat secara eksklusif dari berilium. Dalam lingkungan ilmiah untuk berbagai penelitian Sinar-X (seperti spektroskopi sinar-X dispersif energi), pemegang sampel biasanya terbuat dari berilium, karena sinar-X yang dipancarkannya memiliki energi yang jauh lebih rendah (~100 eV) dibandingkan sinar-X pada sebagian besar bahan yang dipelajari. Nomor atom yang rendah juga membuat berilium relatif transparan terhadap partikel berenergi. Oleh karena itu digunakan untuk membuat tabung sinar di sekitar wilayah tumbukan di fasilitas fisika partikel seperti keempat detektor eksperimental utama di Large Hadron Collider (ALICE, ATLAS, CMS, LHCb), Tevatron dan SLAC. Kepadatan berilium yang rendah memungkinkan produk tumbukan mencapai detektor di sekitarnya tanpa interaksi yang signifikan, kekakuannya memungkinkannya menciptakan ruang hampa yang kuat di dalam tabung untuk meminimalkan interaksi dengan gas, stabilitas termalnya memungkinkannya berfungsi secara normal pada suhu hanya beberapa derajat di atas nol mutlak, dan sifat diamagnetiknya tidak memungkinkan adanya gangguan pada sistem magnet multipol kompleks yang digunakan untuk mengontrol dan memfokuskan berkas partikel.
Aplikasi Mekanis
Karena kekakuannya, bobotnya yang rendah, dan stabilitas dimensinya pada rentang suhu yang luas, logam berilium digunakan untuk komponen struktur ringan di industri pertahanan dan kedirgantaraan pada pesawat berkecepatan tinggi. peluru kendali , pesawat ruang angkasa dan satelit. Beberapa roket berbahan bakar cair telah menggunakan nozel roket berilium murni. Bubuk berilium sendiri pernah dipelajari sebagai bahan bakar roket, namun penggunaannya tidak pernah terjadi. Sejumlah kecil kerangka sepeda ekstrim berkualitas tinggi telah dibuat menggunakan berilium. Dari tahun 1998 hingga 2000, tim McLaren Formula Satu menggunakan mesin Mercedes-Benz dengan piston paduan berilium-aluminium. Penggunaan komponen mesin berilium dilarang menyusul protes Scuderia Ferrari. Pencampuran sekitar 2,0% berilium dalam tembaga menghasilkan paduan yang disebut tembaga berilium, yang enam kali lebih kuat dari tembaga saja. Paduan berilium memiliki banyak aplikasi karena kombinasi elastisitasnya, konduktivitas listrik dan termal yang tinggi, kekuatan dan kekerasan yang tinggi, sifat non-magnetik, serta ketahanan korosi dan ketahanan kekuatan yang baik. Aplikasi ini mencakup instrumen non-percikan yang digunakan di dekat gas yang mudah terbakar (nikel berilium), pada pegas dan membran (nikel berilium dan besi berilium), digunakan dalam instrumen bedah dan perangkat suhu tinggi. Berilium kurang dari 50 ppm yang diolah dengan magnesium cair menghasilkan peningkatan ketahanan oksidasi dan pengurangan sifat mudah terbakar secara signifikan. Kekakuan elastis berilium yang tinggi menyebabkan penggunaannya secara luas dalam instrumentasi presisi, seperti sistem panduan inersia dan mekanisme pendukung untuk sistem optik. Paduan berilium-tembaga juga digunakan sebagai pengeras pada "senjata Jason" yang digunakan untuk menghilangkan cat dari lambung kapal. Berilium juga telah digunakan untuk konsol dalam kartrid kartrid berkinerja tinggi, di mana kekerasan ekstrim dan kepadatan rendah memungkinkan bobot pelacakan dikurangi hingga 1 gram sambil tetap melacak saluran frekuensi tinggi dengan distorsi minimal. Berilium pertama kali digunakan secara besar-besaran pada rem pesawat militer karena kekerasannya, titik lelehnya yang tinggi, dan kemampuannya yang luar biasa dalam menghilangkan panas. Karena masalah lingkungan, berilium telah digantikan oleh bahan lain. Untuk mengurangi biaya, berilium dapat dicampur dengan aluminium dalam jumlah besar, sehingga menghasilkan paduan AlBeMet (nama dagang). Campuran ini lebih murah daripada berilium murni, namun tetap mempertahankan banyak khasiat berilium yang bermanfaat.
Cermin
Cermin berilium sangat menarik. Cermin wilayah yang luas, seringkali dengan struktur pendukung sarang lebah, digunakan, misalnya, pada satelit cuaca, di mana massa rendah dan stabilitas spasial jangka panjang merupakan faktor penting. Cermin berilium yang lebih kecil digunakan dalam sistem panduan optik dan pengendalian tembakan, seperti tank Leopard 1 dan Leopard 2 Jerman. Sistem ini memerlukan pergerakan cermin yang sangat cepat, yang juga memerlukan massa rendah dan kekakuan tinggi. Biasanya cermin berilium memiliki lapisan nikel yang keras, yang lebih mudah dipoles menjadi lapisan optik yang lebih tipis daripada berilium. Namun, dalam beberapa aplikasi, benda kerja berilium dipoles tanpa lapisan apa pun. Hal ini terutama berlaku untuk operasi kriogenik dimana ekspansi termal yang tidak sesuai dapat menyebabkan lapisan melengkung. Teleskop Luar Angkasa James Webb akan memiliki 18 segmen berilium heksagonal di cerminnya. Karena teleskop ini akan menghadapi suhu 33K, cerminnya terbuat dari berilium berlapis emas, yang tahan terhadap suhu dingin ekstrem lebih baik daripada kaca. Berilium menyusut dan berubah bentuk lebih sedikit dibandingkan kaca dan tetap lebih seragam pada suhu ini. Untuk alasan yang sama, optik Teleskop Luar Angkasa Spitzer seluruhnya terbuat dari logam berilium.
Aplikasi Magnetik
Berilium bersifat non-magnetik. Oleh karena itu, perkakas yang terbuat dari bahan berbasis berilium digunakan oleh awak angkatan laut atau militer untuk menghancurkan amunisi untuk bekerja di atau di dekat ranjau laut, karena ranjau tersebut biasanya memiliki sumbu magnet. Mereka juga ditemukan dalam bahan perbaikan dan konstruksi di dekat mesin magnetic resonance imaging (MRI) karena medan magnet besar yang dihasilkan. Di bidang komunikasi radio dan radar berkekuatan tinggi (biasanya militer), perkakas tangan berilium digunakan untuk menyetel klystron bermagnet tinggi, magnetron, tabung gelombang berjalan, dll., yang digunakan untuk menghasilkan daya gelombang mikro tingkat tinggi di pemancar.
Aplikasi nuklir
Pelat tipis, atau foil, berilium kadang-kadang digunakan dalam desain senjata nuklir sebagai lapisan terluar lubang plutonium pada tahap awal pembuatan bom termonuklir, ditempatkan di sekitar bahan fisil. Lapisan berilium ini adalah “pendorong” ledakan plutonium-239 yang baik, dan juga reflektor neutron yang baik, seperti di reaktor nuklir dengan berilium. Berilium juga banyak digunakan di beberapa sumber neutron pada perangkat laboratorium yang memerlukan relatif sedikit neutron (daripada menggunakan reaktor nuklir atau generator neutron dengan akselerator partikel). Untuk tujuan ini, berilium-9 dibombardir dengan partikel alfa energik dari radioisotop seperti polonium-210, radium-226, plutonium-238 atau americium-241. Dalam reaksi nuklir yang terjadi, inti berilium diubah menjadi karbon-12, menghasilkan satu karbon neutron bebas, bergerak kira-kira ke arah yang sama dengan partikel alfa. Bom atom awal ini menggunakan sumber neutron tipe berilium yang disebut inisiator neutron landak. Sumber neutron, di mana berilium dibombardir dengan radiasi gamma dari radioisotop peluruhan gamma, juga digunakan untuk membuat neutron laboratorium. Berilium juga digunakan untuk membuat bahan bakar reaktor CANDU. Sel bahan bakar memiliki pelengkap resistif kecil yang disolder ke kelongsong bahan bakar menggunakan proses mematri induksi menggunakan Be sebagai bahan pengisi mematri. Bantalan bantalan disolder untuk mencegah bundel bahan bakar bersentuhan dengan pipa tekanan, dan bantalan penjarak antar elemen disolder untuk mencegah kontak elemen. Berilium juga digunakan di laboratorium penelitian fusi gabungan Eropa, Torus, dan akan digunakan di ITER yang lebih maju untuk mempelajari komponen yang bertabrakan dengan plasma. Berilium juga telah diusulkan sebagai bahan cangkang batang bahan bakar nuklir karena kombinasi yang baik antara sifat mekanik, kimia dan nuklir. Beril fluorida adalah salah satu garam penyusun campuran garam eutektik FLiBe, yang digunakan sebagai pelarut, moderator, dan pendingin dalam banyak desain reaktor garam cair hipotetis, termasuk reaktor torium fluorida cair (LFTR).
Akustik
Berat berilium yang rendah dan kekakuan yang tinggi membuatnya berguna sebagai bahan untuk speaker frekuensi tinggi. Karena berilium mahal (berkali-kali lebih mahal daripada titanium), sulit dibentuk karena kerapuhannya, dan beracun jika digunakan secara tidak benar, tweeter berilium hanya digunakan di rumah kelas atas, sistem audio profesional, dan aplikasi alamat publik. Beberapa produk berkualitas tinggi telah diklaim secara curang terbuat dari bahan ini. Beberapa kartrid fonograf berkualitas tinggi telah menggunakan kantilever berilium untuk meningkatkan pelacakan dengan mengurangi massa.
Elektronik
Berilium adalah pengotor tipe p dalam semikonduktor senyawa III-V. Ini banyak digunakan dalam bahan seperti GaAs, AlGaAs, InGaAs dan InAlAs yang ditumbuhkan dengan epitaksi berkas molekul (MBE). Lembaran berilium yang dilinting silang merupakan dukungan struktural yang sangat baik untuk papan sirkuit tercetak dalam teknologi pemasangan di permukaan. Dalam aplikasi elektronik penting, berilium bertindak sebagai pendukung struktural dan penyerap panas. Aplikasi ini juga memerlukan koefisien muai panas yang cocok dengan substrat alumina dan polimida. Komposisi "E-Material" berilium berilium oksida telah dikembangkan secara khusus untuk aplikasi elektronik ini dan memiliki manfaat tambahan yaitu koefisien muai panas dapat disesuaikan dengan bahan substrat yang berbeda. Berilium oksida berguna untuk banyak aplikasi yang memerlukan sifat gabungan dari isolator listrik dan konduktor termal yang sangat baik dengan kekuatan dan kekerasan tinggi serta titik leleh yang sangat tinggi. Berilium oksida sering digunakan sebagai pelat pendukung isolator pada transistor daya tinggi pada pemancar frekuensi radio untuk telekomunikasi. Berilium oksida juga sedang dipelajari untuk digunakan dalam meningkatkan konduktivitas termal pelet bahan bakar nuklir berbasis uranium. Senyawa berilium digunakan dalam tabung fluoresen, tetapi penggunaan ini dihentikan karena penyakit berilium, yang berkembang pada pekerja yang membuat tabung tersebut.
Kesehatan
Keselamatan dan Kesehatan Kerja
Berilium menimbulkan masalah keselamatan bagi pekerja yang menangani elemen ini. Paparan berilium di tempat kerja dapat menyebabkan reaksi sensitisasi imunologis dan lama kelamaan dapat menyebabkannya penyakit kronis berilium Institut Nasional untuk Keselamatan dan Kesehatan Kerja (NIOSH) di AS sedang menyelidiki dampak ini bekerja sama dengan produsen besar produk berilium. Tujuan dari penelitian ini adalah untuk mencegah sensitisasi dengan mengembangkan pemahaman yang lebih baik tentang proses kerja dan paparan yang mungkin menimbulkan potensi risiko bagi pekerja, dan untuk mengembangkan intervensi efektif yang akan mengurangi risiko dampak buruk berilium terhadap kesehatan. Institut Nasional untuk Keselamatan dan Kesehatan Kerja juga melakukan hal yang sama penelitian genetik mengenai masalah sensitisasi, terlepas dari kerja sama ini. Manual Metode Analitik Institut Nasional untuk Keselamatan dan Kesehatan Kerja menyediakan metode untuk mengukur paparan berilium di tempat kerja.
Tindakan pencegahan
Rata-rata tubuh manusia mengandung sekitar 35 mikrogram berilium, jumlah yang tidak dianggap berbahaya. Berilium secara kimiawi mirip dengan magnesium dan oleh karena itu dapat menggantikannya dari enzim, sehingga menyebabkan kegagalan fungsi. Karena Be2+ merupakan ion bermuatan tinggi dan berukuran kecil, ia dapat dengan mudah menembus banyak jaringan dan sel, dimana ia secara spesifik menargetkan inti sel, menghambat banyak enzim, termasuk yang digunakan untuk sintesis DNA. Toksisitasnya diperparah oleh fakta bahwa tubuh tidak memiliki cara untuk mengendalikan kadar berilium, dan begitu berilium masuk ke dalam tubuh, berilium tidak dapat dihilangkan. Beriliosis kronis adalah penyakit granulomatosa paru dan sistemik yang disebabkan oleh penghirupan debu atau uap yang terkontaminasi berilium; baik dengan menelan berilium dalam jumlah besar dalam waktu singkat, atau jumlah kecil Dalam waktu yang lama. Gejala penyakit ini bisa memakan waktu hingga lima tahun untuk berkembang; sekitar sepertiga pasien yang menderita penyakit berilium meninggal, dan mereka yang bertahan hidup tetap cacat. Badan Internasional untuk Penelitian Kanker (IARC) mencantumkan senyawa berilium dan berilium sebagai karsinogen Kategori 1. Di AS, Administrasi Keselamatan dan Kesehatan Kerja (OSHA) telah menetapkan batas paparan kerja yang diizinkan (PEL) berilium dengan rata-rata tertimbang waktu. (TWA) sebesar 0,002 mg/m3 dan batas paparan terus menerus sebesar 0,005 mg/m3 selama 30 menit dengan batas puncak maksimal 0,025 mg/m3. Institut Nasional untuk Keselamatan dan Kesehatan Kerja (NIOSH) telah menetapkan konstanta batas paparan yang direkomendasikan (REL) pada 0,0005 mg/m3. Nilai IDLH (jumlah yang segera membahayakan nyawa dan kesehatan) adalah 4 mg/m3. Toksisitas berilium yang dibelah halus (debu atau bubuk yang terutama ditemukan di lingkungan industri tempat berilium diproduksi atau diproses) telah terdokumentasi dengan baik. Logam berilium padat tidak memiliki bahaya yang sama seperti debu aerosol, namun bahaya apa pun yang terkait dengan kontak fisik tidak terdokumentasi dengan baik. Pekerja yang menangani produk jadi berilium umumnya menyarankan untuk menanganinya dengan sarung tangan, baik sebagai tindakan pencegahan maupun karena banyak, jika tidak sebagian besar, pengaplikasian berilium tidak dapat mentolerir residu kontak kulit seperti sidik jari. Penyakit berilium jangka pendek berupa pneumonitis kimia pertama kali muncul di Eropa pada tahun 1933 dan di Amerika Serikat pada tahun 1943. Sebuah survei menemukan bahwa sekitar 5% pekerja di pabrik yang memproduksi lampu neon pada tahun 1949 di Amerika Serikat menderita penyakit yang berhubungan dengan berilium. Beriliosis kronis memiliki banyak kesamaan dengan sarkoidosis, dan diagnosis banding seringkali sulit. Berilium bertanggung jawab atas kematian beberapa pekerja awal pengembangan senjata nuklir, seperti Herbert L. Anderson. Berilium dapat ditemukan dalam terak batubara. Ketika terak ini digunakan untuk membuat reaktor abrasif untuk pancaran cat dan ketika karat terbentuk di permukaannya, berilium dapat menjadi sumber efek berbahaya.
4 | Menjadi | Berilium - Harga
Berilium (Be) - logam langka yang tersebar, nomor atom - 4, massa atom - 9,02, massa jenis - 1,85 g/cm3, titik leleh - 1285°C, koefisien muai panjang - (5,10-6) pada (-100°C); 21.10-6 pada (650°C), konduktivitas listrik - 4 m/ohm.mm2, kekuatan tarik - 11,9 kg/mm2 (cetakan); 19,0 kg/mm2 (ditempa), kekerasan Brinell 140 kg/mm2.
Pada tahun 1797, ahli kimia Perancis Vauquelin, menganalisis mineral beryl, menemukan oksida dari unsur yang sebelumnya tidak diketahui, yang ia sebut “berilium tanah” dan, setelah mengisolasi unsur itu sendiri, unsur tersebut diberi nama berilium. Pada tahun 1828, peneliti kimia memperoleh logam berilium dalam bentuk bubuk dengan mereduksi berilium klorida dengan kalium. Pada tahun 1898, logam berilium murni diperoleh dengan elektrolisis.
Berilium adalah logam abu-abu keperakan, mirip dengan aluminium, sangat ringan, satu setengah kali lebih ringan dari aluminium, dan kepadatannya menempati urutan kedua di antara logam, setelah litium. Berilium adalah logam yang sangat kuat dan elastis (melebihi baja khusus dalam kualitas ini) dan tahan panas. Sifat berilium yang berharga ini dipertahankan dalam paduannya.
Berilium ditambang dari mineral silikat: beryl, phenacite, bertrandite. Deposit beryl dan mineral berilium lainnya ditemukan di pegmatit dan urat hidrotermal, dalam bentuk kristal, terkadang berukuran dan bermassa sangat besar. Kandungan berilium oksida dalam bijih adalah 0,1-0,3%.
Beryl (dari kata Yunani beryllos - mengkilap) adalah mineral khusus, variasi transparannya, berwarna biru atau hijau, dianggap sebagai batu berharga. Batu berwarna biru kehijauan disebut aquamarine, yang hijau disebut zamrud.
Berilium menyumbang 0,001% (sama dengan seng) dari jumlah atom di kerak bumi.
Logam berilium sangat halus. Berilium yang diproduksi secara vakum, mengandung 99,95-99,97% Be, sangat ulet dan menggelinding menjadi lembaran tipis dalam suhu dingin. Menambahkan hingga 0,07% Al ke dalamnya tidak mengubah sifat plastik silikon, bahkan dalam jumlah kecil, tidak larut dalam berilium. Dalam berilium padat, besi sangat sedikit larut dan terletak di tepi butiran kristal. Oksigen mempunyai pengaruh paling buruk terhadap plastisitas. Berilium memblokir sinar X 17 kali lebih sedikit dibandingkan aluminium.
Di udara, berilium padat hanya menyala pada suhu tinggi air; berilium pada suhu biasa dan ketika dipanaskan, hampir tidak terurai karena pembentukan lapisan pelindung padat BeO, tidak larut dalam air. Uap belerang tidak berpengaruh pada berilium; halogen bergabung sangat kuat dengannya. Berilium berikatan baik dengan boron dan karbon, uap HCl mudah bekerja pada berilium, dan dalam asam klorida lemah berilium mudah larut dengan pelepasan hidrogen. Berilium bereaksi dengan asam sulfat kuat, melepaskan sulfur dioksida; dengan asam sulfat lemah, ia melepaskan hidrogen; ia tidak larut dalam asam nitrat, bahkan ketika direbus. Berilium larut dalam basa (KOH), larutan amonia tidak berpengaruh pada berilium.
Berilium menghasilkan paduan dengan tembaga, besi, nikel, kobalt dan logam berat lainnya, serta dengan aluminium tidak menyatu dengan magnesium;
KUITANSI.
Bahan baku utama produksi berilium adalah mineral beryl; setelah pengayaan, kandungan berilium oksida dalam konsentrat teknis berkisar antara 4 hingga 13%.
Tahap pertama produksi berilium adalah “pembukaan” bijih atau konsentrat dengan aksi asam, basa, peleburan karbida dalam tungku listrik, klorinasi dan metode lain yang menghancurkan ikatan kuat aluminosilikat alami.
Setelah pembukaan, berbagai skema pengolahan kimia yang kompleks digunakan, sebagai akibatnya oksida murni atau garam berilium fluorida sederhana dan ganda diisolasi dari konsentrat yang dibuka.
Untuk pemurnian halus berilium dari pengotor aluminium, uranium, vanadium, titanium, dan besi yang menyertainya, sifat garam asetat dasar berilium digunakan untuk larut dalam kloroform, berbeda dengan garam dari pengotor yang terdaftar.
Ada tiga metode industri utama untuk memproduksi logam berilium:
Elektrolisis garam barium oksifluorida dalam lelehan NaF+BaF3, pada suhu sekitar 1350°C, dalam anoda wadah yang terbuat dari grafit murni dengan “katoda sentuh” berbentuk tabung besi yang didinginkan, yang, seiring berjalannya proses, naik dari elektrolit dengan batang berilium memanjang. Efisiensi arus 80%, tegangan rendaman 80V, pemulihan berilium 90%.
Elektrolisis garam BeF2 dalam NaF+BaF2 meleleh pada suhu sekitar 1200°C dalam anoda wadah grafit dengan katoda berpendingin berputar yang dapat diangkat.
Elektrolisis lelehan campuran garam BeCl2+NaCl pada suhu 750-800°C, dalam wadah besi, katoda dengan anoda grafit, tegangan rendaman 5-6V. Logam berilium dilepaskan dalam bentuk partikel kecil.
APLIKASI.
Berilium saat ini banyak digunakan di industri paling maju.
Salah satu aplikasi utama berilium adalah produksi paduan tembaga-berilium. Penambahan berilium 0,5-3% ke tembaga secara signifikan meningkatkan sifat mekanik dan anti korosi tembaga - Kekerasan Brinell meningkat dari 50 menjadi 365 kg/mm2, kekuatan tarik meningkat tujuh kali lipat, ketahanan lelah logam meningkat sangat kuat, sebagai akibat dari dimana paduan tersebut telah banyak digunakan untuk pembuatan pegas dan suku cadang yang beroperasi di bawah beban variabel berulang.
Paduan tembaga dengan sedikit tambahan berilium (hingga 2%) - berilium perunggu, tahan terhadap bensin, minyak, air laut, dan tidak menimbulkan percikan api jika terkena logam lain. Produk yang terbuat dari berilium stabil tidak hanya secara kimia, tetapi juga secara mekanis: produk ini sangat tahan aus dan mempertahankan dimensinya dengan baik pada rentang suhu yang luas. Perunggu berilium digunakan untuk membuat kontak listrik, bagian mekanisme jam tangan, dan roda gigi.
Cakram rem untuk pesawat terbang, badan hidung peluru kendali, tepi sayap pesawat supersonik, kulit pesawat luar angkasa untuk memasuki lapisan padat atmosfer - benda yang memakan berilium.
Paduan Cu-Be-Co, Cu-Be, Ag-Be, Al-Be memiliki nilai teknis yang tinggi. Paduan Cu-Be (malorit) dan Al-Be (beralit) digunakan dalam pembuatan pesawat terbang, pembuatan peralatan luar angkasa, pembuatan kapal, dan pembuatan instrumen.
Senyawa berilium digunakan dalam teknologi penerangan, pembuatan kaca, sintesis senyawa alifatik, sebagai bahan tahan api, dan pembuatan cat.
Paduan berilium digunakan sebagai komponen bahan bakar roket (paduan yang sangat mudah terbakar dan meledak).
Paduan berilium digunakan untuk membuat struktur penahan beban dan bagian dari satelit dan pesawat ruang angkasa (lapisan pelindung panas pada kompartemen dan kendaraan itu sendiri yang kembali ke bumi, kemudi, antena, wadah portabel). Paduan berilium digunakan dalam pembuatan mesin roket, ruang bakar, dan nozel karena memiliki konduktivitas termal dan kapasitas panas yang sangat tinggi pada suhu tinggi (3000°C). Paduan berilium digunakan untuk membuat panel surya untuk pesawat ruang angkasa, dalam desain kendaraan bawah air dan kapal selam. Dalam industri otomotif, baja berilium digunakan untuk membuat pegas “abadi” yang dapat menahan ratusan juta beban kejut.
“Jendela” mesin sinar-X terbuat dari paduan berilium, karena berilium 17 kali lebih transparan dibandingkan aluminium.
Berilium murni digunakan untuk memproduksi tabung sinar-X, antikatoda siklotron, dan lampu sinyal neon untuk berbagai perangkat elektronik.
Berilium menempati tempat khusus dalam industri nuklir.
Berilium digunakan untuk pembuatan bagian-bagian reaktor nuklir, dan juga sebagai sumber dan moderator neutron cepat dalam produksi energi Atom. Pengenalan berilium ke dalam energi nuklir, khususnya untuk pembuatan elemen bahan bakar reaktor dan reflektor neutron, difasilitasi oleh sifat berilium seperti massa atom yang rendah, hamburan neutron yang tinggi oleh berilium, ketahanan terhadap radiasi dan suhu tinggi.
Sifat tahan api yang tinggi dari berilium oksida (titik leleh 2570°C), serta kelembamannya yang besar dalam keadaan panas terhadap banyak logam cair dan garamnya, digunakan untuk pembuatan cawan lebur tahan api.
Semua senyawa berilium yang larut beracun, dan pengerjaannya memerlukan tindakan keselamatan khusus.
“Berilium dan paduannya mengandung berilium. Properti, aplikasi dalam teknologi kimia"
Perkenalan
Produk logam yang digunakan dalam industri dan kehidupan sehari-hari jarang terdiri dari logam murni; contohnya adalah kawat aluminium atau tembaga dengan persentase logam sekitar 99,9%; Paduan adalah sistem yang terdiri dari dua atau lebih logam, serta logam dan non-logam, yang memiliki sifat-sifat yang melekat pada keadaan logam. Jadi, berbagai jenis besi dan baja, bersama dengan bahan tambahan logam, mengandung sejumlah kecil karbon, yang memiliki pengaruh yang menentukan pada perilaku mekanik dan termal paduan. Semua paduan memiliki tanda khusus, karena paduan dengan nama yang sama (misalnya kuningan) mungkin memiliki fraksi massa logam lain yang berbeda.
Berbagai logam digunakan untuk membuat paduan. Yang paling sangat penting Di antara semua paduan, baja memiliki komposisi berbeda. Untuk memperoleh baja paduan, silikon, tembaga, mangan, nikel, kromium, tungsten, vanadium, molibdenum dan komponen lainnya ditambahkan ke besi, yang merupakan komponen utama paduan.
Makalah ini akan membahas sifat dan aplikasi logam berilium dan paduan yang mengandung berilium.
Berilium adalah logam abu-abu muda dari kelompok kedua Tabel Periodik Unsur D.I. Mendeleev. Nomor urut 4, massa atom 9,013. Simbol Menjadi (lat. Berilium). Ia memiliki satu isotop stabil 9 Be; isotop radioaktif berilium 7 Be dan 10 Be juga diketahui dengan waktu paruh masing-masing 53,29 hari dan 1,6 · 10 6 tahun. Ditemukan pada tahun 1798 dalam bentuk BeO oksida, diisolasi dari mineral beryl oleh L. Vauquelin. Metallic Be pertama kali diperoleh pada tahun 1828 oleh F. Wöhler dan A. Bussy secara independen satu sama lain. Karena beberapa garam Be memiliki rasa manis, pertama kali disebut “glucinium” (dari bahasa Yunani glykys - manis) atau “glisium”. Nama Glicinium (tanda GI) digunakan (bersama dengan Be) hanya di Perancis. Penggunaan Be dimulai pada tahun 40an. Abad ke-20, meskipun sifat berharganya sebagai komponen paduan ditemukan lebih awal, dan sifat nuklirnya yang luar biasa ditemukan pada awal tahun 30an. abad ke-20
Be dapat eksis dalam dua modifikasi polimorfik. Modifikasi suhu rendah (α-Be), yang bertahan hingga 1250 °C, memiliki kisi-kisi rapat heksagonal, modifikasi suhu tinggi (β-Be) memiliki kisi kubus berpusat pada badan.
Berada di alam
Logam langka - Kandungan di kerak bumi adalah 5 · 10 -4% (seperti tetangganya litium dan boron, logam ini relatif sedikit tersebar di kerak bumi). Unsur litofil yang khas, karakteristik magma asam, subalkalin, dan basa. Ia tidak tersebar, karena merupakan bagian dari endapan permukaan beryl pada batuan pegmatit, yang terakhir mengkristal dalam kubah granit. Ada laporan mengenai beryl raksasa yang panjangnya mencapai 1 m dan beratnya mencapai beberapa ton.
Ada 54 mineral berilium yang diketahui - di antaranya beryl 3BeO·Al 2 O 3 ·6SiO 2 adalah yang paling penting secara praktis, yang setelah diproses diubah menjadi bentuk klorida atau fluorida. Mineral ini memiliki banyak variasi warna: zamrud (sekitar 2% Cr memberikan warna hijau), aquamarine (campuran Fe(II) menyebabkan warna biru), sparrow (warna merah jambu karena pengotor senyawa Mn(II)), dan heliodor (kuning keemasan – ion Fe(III)). Phenakite 2BeO·SiO2, helvite (Mn, Fe, Zn)43S, chrysoberyl BeAl2O4, bertrandite 4BeO·2SiO2·H2O cukup menjanjikan dan digunakan sebagian.
Sumber daya alam Be dunia diperkirakan lebih dari 80 ribu ton (berdasarkan kandungan Be), dimana sekitar 65% terkonsentrasi di Amerika Serikat (bahan baku utama Be adalah bijih bertrandite). Cadangan yang dikonfirmasi di deposit Spur Mountain (Utah), yang merupakan sumber utama Be dunia, pada akhir tahun 2000 berjumlah sekitar 19 ribu ton (dalam hal kandungan logam). Di antara negara-negara lain, Tiongkok, Rusia dan Kazakhstan memiliki cadangan Be terbesar. Selama era Soviet, Be in Russia ditambang di Malyshevsky ( wilayah Sverdlovsk), bidang Zavitinsky (wilayah Chita), Ermakovsky (Buryatia), Pogranichnoye (Wilayah Primorsky). Karena pengurangan kompleks industri militer dan penghentian konstruksi pembangkit listrik tenaga nuklir produksinya dihentikan di ladang Malyshevskoe dan Ermakovskoe dan berkurang secara signifikan di ladang Zavitimskoe. Pada saat yang sama, sebagian besar produksi Be dijual ke luar negeri, terutama ke Eropa dan Jepang.
Properti fisik - Dibandingkan dengan bahan ringan lainnya, berilium memiliki kombinasi unik antara fisik dan peralatan mekanis.
Kisi kristal Be berbentuk heksagonal rapat dengan periode a = 2,855 Å dan c = 3,5840 Å.
Massa jenis 1847,7kg/m3
Titik lebur 1551 °C
Titik didih 3243 o C
Panas laten peleburan 250–275 kal/g (tertinggi dari semua logam)
Koefisien ekspansi linier 10,3–131 (25–100 °C)
Modulus elastisitas memanjang (modulus Young) 300GN/m2 (3,104 kg s/mm2)
Kekuatan tarik 200–550 MN/m2 (20–55 kg s/mm2)
Kekuatan hasil 250–600 MN/m2 (25–60 kg s/mm2)
Kekuatan tarik pada arah penarikan – hingga 400–800MN/m2 (40–80 kg s/mm2) Perpanjangan – hingga 4–12%
Kekuatan benturan 10–50 kJ/m2 (0,1–0,5 kgf. m/cm2)
Suhu transisi dari keadaan rapuh ke keadaan plastis 200 – 400 °C
Kekerasan HB 60–85 (untuk Be yang dipres panas)
Kapasitas kalor untuk α-Be 16,44 J/(mol K), untuk β-Be – 30,0 J/(mol K)
Saya memiliki: kapasitas panas spesifik tertinggi dari semua logam – 1,80 kJ/(kg K) atau 0,43 kkal/(kg °C)
konduktivitas termal yang tinggi – 178 W/(m K) atau 0,45 kal/cm detik °C) (50 °C)
hambatan listrik rendah – 3,6–4,5 μOhm cm (20 °C)
Mari kita bandingkan beberapa sifat Be dengan karakteristik bahan lainnya.
Kekuatan spesifik dan kekakuan material
Pengaruh suhu terhadap modulus elastisitas spesifik berbagai bahan
Sifat Be bergantung pada kualitas dan struktur logam dan berubah secara nyata seiring suhu; sifat mekanik bergantung pada kemurnian logam, ukuran butir dan tekstur, ditentukan oleh sifat pemrosesan. Perlakuan tekanan mengarah pada orientasi tertentu dari kristal Be, terjadi anisotropi, dan peningkatan sifat yang signifikan menjadi mungkin. Sifat mekanik pada arah tegak lurus kap mesin hampir tidak berubah. Be adalah logam yang rapuh (terutama cor) pada suhu kamar, yang merupakan kendala utama penggunaannya secara luas sebagai bahan struktural; Kandungan pengotor yang kecil sekalipun menyebabkan kerapuhan material yang lebih besar (misalnya, penambahan hanya 0,001% Si ke dalam Be yang dimurnikan). Ini memiliki keuletan rendah dan ketahanan korosi yang baik. Tekanan uap Be pada titik lelehnya sangat rendah.
Sifat mekanik Be dalam keadaan cor dan deformasi berbeda-beda tergantung pada arah pengujian. Be memiliki sifat mekanik terbaik setelah perlakuan tekanan hangat, yang dilakukan pada suhu di bawah suhu rekristalisasi. Suhu rekristalisasi Be bervariasi dari 700 °C hingga 900 °C tergantung pada derajat deformasi dan waktu penahanan. Anil rekristalisasi secara signifikan meningkatkan keuletan dan mengurangi kekuatan Be.
Rasio kekuatan terhadap kepadatan Be jauh lebih tinggi dibandingkan baja pesawat terbang dan paduan berbasis Ti dan Al.
Sifat spesifik Be yang penting adalah permeabilitasnya yang tinggi terhadap sinar-X, yaitu 17 kali lebih tinggi dibandingkan aluminium.
Karakteristik nuklir tinggi – efisiensi terendah di antara logam persilangan penangkapan neutron termal dan penampang hamburannya yang tertinggi.
Menghasilkan paduan eutektik dengan Al dan Si. Kelarutan unsur pengotor dalam Be sangat rendah.
Bilangan oksidasinya adalah +2 dan +1 (yang terakhir sangat tidak stabil), konfigurasi elektron terluarnya adalah 2s 2.
Sifat kimia Be mirip dengan Al. Kesamaan antara unsur-unsur ini telah menimbulkan kebingungan yang signifikan mengenai valensi dan massa atom Be—Be sudah lama dianggap trivalen, dengan massa atom relatif 14 (kira-kira sama dengan tiga kali massa setara Be 3 × 4,7 ); hanya 70 tahun setelah penemuan Ve, ilmuwan Rusia D.I. Mendeleev menyimpulkan bahwa tidak ada ruang untuk unsur seperti itu dalam tabel periodiknya, namun unsur divalen dengan massa atom relatif 9 (kira-kira sama dengan dua kali massa setara Be 2 × 4,7) dapat dengan mudah ditempatkan di antara Li dan B.
Logam Be relatif sedikit reaktif pada suhu kamar (misalnya, tahan terhadap oksigen atmosfer karena lapisan oksida yang terbentuk di permukaannya), dan dalam kondisi ini ia berinteraksi dengan F 2. Dalam bentuk kompaknya, ia tidak bereaksi dengan air dan uap air bahkan pada suhu panas merah dan tidak teroksidasi oleh udara hingga 600 °C. Pada 1200 °C, logam Be terbakar, berubah menjadi bubuk BeO putih. Halogen bereaksi dengan Be pada suhu di atas 600° C, dan kalkogen memerlukan suhu yang lebih tinggi lagi. Compact Be bereaksi secara intensif dengan N 2 pada suhu di atas 1000 derajat, dan dalam bentuk bubuk pada suhu di atas 500 ° C. Amonia bereaksi dengan Be pada suhu di atas 1200 ° C membentuk Be 3 N 2 nitrida, dan karbon menghasilkan Be 2 C karbida pada 1700°C. CH 2 Be tidak bereaksi secara langsung, dan BeH 2 hidrida diperoleh secara tidak langsung (diperoleh dari penguraian senyawa organoberyllium, stabil hingga 240 ° C).
“Berilium dan paduannya mengandung berilium. Properti, aplikasi dalam teknologi kimia"
Perkenalan
Produk logam yang digunakan dalam industri dan kehidupan sehari-hari jarang terdiri dari logam murni; contohnya adalah kawat aluminium atau tembaga dengan persentase logam sekitar 99,9%; Paduan adalah sistem yang terdiri dari dua atau lebih logam, serta logam dan non-logam, yang memiliki sifat-sifat yang melekat pada keadaan logam. Jadi, berbagai jenis besi dan baja, bersama dengan bahan tambahan logam, mengandung sejumlah kecil karbon, yang memiliki pengaruh yang menentukan pada perilaku mekanik dan termal paduan. Semua paduan memiliki tanda khusus, karena paduan dengan nama yang sama (misalnya kuningan) mungkin memiliki fraksi massa logam lain yang berbeda.
Berbagai logam digunakan untuk membuat paduan. Yang paling penting di antara semua paduan adalah baja dengan berbagai komposisi. Untuk memperoleh baja paduan, silikon, tembaga, mangan, nikel, kromium, tungsten, vanadium, molibdenum dan komponen lainnya ditambahkan ke besi, yang merupakan komponen utama paduan.
Makalah ini akan membahas sifat dan aplikasi logam berilium dan paduan yang mengandung berilium.
Berilium adalah logam abu-abu muda dari kelompok kedua Tabel Periodik Unsur D.I. Mendeleev. Nomor urut 4, massa atom 9,013. Simbol Menjadi (lat. Berilium). Ia memiliki satu isotop stabil 9 Be; isotop radioaktif berilium 7 Be dan 10 Be juga diketahui dengan waktu paruh masing-masing 53,29 hari dan 1,6 · 10 6 tahun. Ditemukan pada tahun 1798 dalam bentuk BeO oksida, diisolasi dari mineral beryl oleh L. Vauquelin. Metallic Be pertama kali diperoleh pada tahun 1828 oleh F. Wöhler dan A. Bussy secara independen satu sama lain. Karena beberapa garam Be memiliki rasa manis, pertama kali disebut “glucinium” (dari bahasa Yunani glykys - manis) atau “glisium”. Nama Glicinium (tanda GI) digunakan (bersama dengan Be) hanya di Perancis. Penggunaan Be dimulai pada tahun 40an. Abad ke-20, meskipun sifat berharganya sebagai komponen paduan ditemukan lebih awal, dan sifat nuklirnya yang luar biasa ditemukan pada awal tahun 30an. abad ke-20
Be dapat eksis dalam dua modifikasi polimorfik. Modifikasi suhu rendah (α-Be), yang bertahan hingga 1250 °C, memiliki kisi-kisi rapat heksagonal, modifikasi suhu tinggi (β-Be) memiliki kisi kubus berpusat pada badan.
Berada di alam
Logam langka - Kandungan di kerak bumi adalah 5 · 10 -4% (seperti tetangganya litium dan boron, logam ini relatif sedikit tersebar di kerak bumi). Unsur litofil yang khas, karakteristik magma asam, subalkalin, dan basa. Ia tidak tersebar, karena merupakan bagian dari endapan permukaan beryl pada batuan pegmatit, yang terakhir mengkristal dalam kubah granit. Ada laporan mengenai beryl raksasa yang panjangnya mencapai 1 m dan beratnya mencapai beberapa ton.
Ada 54 mineral berilium yang diketahui - di antaranya beryl 3BeO·Al 2 O 3 ·6SiO 2 adalah yang paling penting secara praktis, yang setelah diproses diubah menjadi bentuk klorida atau fluorida. Mineral ini memiliki banyak variasi warna: zamrud (sekitar 2% Cr memberikan warna hijau), aquamarine (campuran Fe(II) menyebabkan warna biru), sparrow (warna merah jambu karena pengotor senyawa Mn(II)), dan heliodor (kuning keemasan – ion Fe(III)). Phenakite 2BeO·SiO2, helvite (Mn, Fe, Zn)43S, chrysoberyl BeAl2O4, bertrandite 4BeO·2SiO2·H2O cukup menjanjikan dan digunakan sebagian.
Sumber daya alam Be dunia diperkirakan lebih dari 80 ribu ton (berdasarkan kandungan Be), dimana sekitar 65% terkonsentrasi di Amerika Serikat (bahan baku utama Be adalah bijih bertrandite). Cadangan yang dikonfirmasi di deposit Spur Mountain (Utah), yang merupakan sumber utama Be dunia, pada akhir tahun 2000 berjumlah sekitar 19 ribu ton (dalam hal kandungan logam). Di antara negara-negara lain, Tiongkok, Rusia dan Kazakhstan memiliki cadangan Be terbesar. Selama masa Soviet, Be ditambang di Rusia di deposit Malyshevsky (wilayah Sverdlovsk), Zavitinsky (wilayah Chita), Ermakovsky (Buryatia), Pogranichnoye (Wilayah Primorsky). Karena pengurangan kompleks industri militer dan penghentian pembangunan pembangkit listrik tenaga nuklir, produksinya dihentikan di ladang Malyshevskoe dan Ermakovskoe dan berkurang secara signifikan di ladang Zavitimskoe. Pada saat yang sama, sebagian besar produksi Be dijual ke luar negeri, terutama ke Eropa dan Jepang.
Properti fisik - Dibandingkan dengan bahan ringan lainnya, berilium memiliki kombinasi unik antara sifat fisik dan mekanik.
Kisi kristal Be berbentuk heksagonal rapat dengan periode a = 2,855 Å dan c = 3,5840 Å.
Massa jenis 1847,7kg/m3
Titik lebur 1551 °C
Titik didih 3243 o C
Panas laten peleburan 250–275 kal/g (tertinggi dari semua logam)
Koefisien ekspansi linier 10,3–131 (25–100 °C)
Modulus elastisitas memanjang (modulus Young) 300GN/m2 (3,104 kg s/mm2)
Kekuatan tarik 200–550 MN/m2 (20–55 kg s/mm2)
Kekuatan hasil 250–600 MN/m2 (25–60 kg s/mm2)
Kekuatan tarik pada arah penarikan – hingga 400–800MN/m2 (40–80 kg s/mm2) Perpanjangan – hingga 4–12%
Kekuatan benturan 10–50 kJ/m2 (0,1–0,5 kgf. m/cm2)
Suhu transisi dari keadaan rapuh ke keadaan plastis 200 – 400 °C
Kekerasan HB 60–85 (untuk Be yang dipres panas)
Kapasitas kalor untuk α-Be 16,44 J/(mol K), untuk β-Be – 30,0 J/(mol K)
Saya memiliki: kapasitas panas spesifik tertinggi dari semua logam – 1,80 kJ/(kg K) atau 0,43 kkal/(kg °C)
konduktivitas termal yang tinggi – 178 W/(m K) atau 0,45 kal/cm detik °C) (50 °C)
hambatan listrik rendah – 3,6–4,5 μOhm cm (20 °C)
Mari kita bandingkan beberapa sifat Be dengan karakteristik bahan lainnya.
Kekuatan spesifik dan kekakuan material
Pengaruh suhu terhadap modulus elastisitas spesifik berbagai bahan
Sifat Be bergantung pada kualitas dan struktur logam dan berubah secara nyata seiring suhu; sifat mekanik bergantung pada kemurnian logam, ukuran butir dan tekstur, ditentukan oleh sifat pemrosesan. Perlakuan tekanan mengarah pada orientasi tertentu dari kristal Be, terjadi anisotropi, dan peningkatan sifat yang signifikan menjadi mungkin. Sifat mekanik pada arah tegak lurus kap mesin hampir tidak berubah. Be adalah logam yang rapuh (terutama cor) pada suhu kamar, yang merupakan kendala utama penggunaannya secara luas sebagai bahan struktural; Kandungan pengotor yang kecil sekalipun menyebabkan kerapuhan material yang lebih besar (misalnya, penambahan hanya 0,001% Si ke dalam Be yang dimurnikan). Ini memiliki keuletan rendah dan ketahanan korosi yang baik. Tekanan uap Be pada titik lelehnya sangat rendah.
Sifat mekanik Be dalam keadaan cor dan deformasi berbeda-beda tergantung pada arah pengujian. Be memiliki sifat mekanik terbaik setelah perlakuan tekanan hangat, yang dilakukan pada suhu di bawah suhu rekristalisasi. Suhu rekristalisasi Be bervariasi dari 700 °C hingga 900 °C tergantung pada derajat deformasi dan waktu penahanan. Anil rekristalisasi secara signifikan meningkatkan keuletan dan mengurangi kekuatan Be.
Rasio kekuatan terhadap kepadatan Be jauh lebih tinggi dibandingkan baja pesawat terbang dan paduan berbasis Ti dan Al.
Sifat spesifik Be yang penting adalah permeabilitasnya yang tinggi terhadap sinar-X, yaitu 17 kali lebih tinggi dibandingkan aluminium.
Karakteristik nuklir tinggi - penampang penangkapan neutron termal efektif terendah di antara logam dan penampang hamburan tertinggi.
Menghasilkan paduan eutektik dengan Al dan Si. Kelarutan unsur pengotor dalam Be sangat rendah.
Sifat kimia
Bilangan oksidasinya adalah +2 dan +1 (yang terakhir sangat tidak stabil), konfigurasi elektron terluarnya adalah 2s 2.
Sifat kimia Be mirip dengan Al. Kesamaan antara unsur-unsur ini telah menimbulkan kebingungan yang signifikan mengenai valensi dan massa atom Be—Be sudah lama dianggap trivalen, dengan massa atom relatif 14 (kira-kira sama dengan tiga kali massa setara Be 3 × 4,7 ); hanya 70 tahun setelah penemuan Ve, ilmuwan Rusia D.I. Mendeleev menyimpulkan bahwa tidak ada ruang untuk unsur seperti itu dalam tabel periodiknya, namun unsur divalen dengan massa atom relatif 9 (kira-kira sama dengan dua kali massa setara Be 2 × 4,7) dapat dengan mudah ditempatkan di antara Li dan B.
Logam Be relatif sedikit reaktif pada suhu kamar (misalnya, tahan terhadap oksigen atmosfer karena lapisan oksida yang terbentuk di permukaannya), dan dalam kondisi ini ia berinteraksi dengan F 2. Dalam bentuk kompaknya, ia tidak bereaksi dengan air dan uap air bahkan pada suhu panas merah dan tidak teroksidasi oleh udara hingga 600 °C. Pada 1200 °C, logam Be terbakar, berubah menjadi bubuk BeO putih. Halogen bereaksi dengan Be pada suhu di atas 600° C, dan kalkogen memerlukan suhu yang lebih tinggi lagi. Compact Be bereaksi secara intensif dengan N 2 pada suhu di atas 1000 derajat, dan dalam bentuk bubuk pada suhu di atas 500 ° C. Amonia bereaksi dengan Be pada suhu di atas 1200 ° C membentuk Be 3 N 2 nitrida, dan karbon menghasilkan Be 2 C karbida pada 1700°C. CH 2 Be tidak bereaksi secara langsung, dan BeH 2 hidrida diperoleh secara tidak langsung (diperoleh dari penguraian senyawa organoberyllium, stabil hingga 240 ° C).
Mudah larut dalam larutan asam encer (hidroklorik, sulfat, nitrat, hidrofluorik), bereaksi lemah dengan asam sulfat pekat dan asam nitrat encer, tetapi pekat dingin Asam sendawa mempasifkan logam. Reaksi Be dengan larutan alkali berair disertai dengan pelepasan H2 dan pembentukan hidroksoberilat:
Menjadi + 2NaOH (p) + 2H 2 O = Na 2 + H 2
Saat melakukan reaksi dengan lelehan alkali pada 400–500° C, dioksoberilat terbentuk:
Menjadi + 2NaOH (l) = Na 2 BeO 2 + H 2
Metalik Be dengan cepat larut dalam larutan encer NH 4 HF 2. Reaksi ini memiliki kepentingan teknologi untuk produksi BeF 2 anhidrat dan pemurnian Be: Be + 2NH 4 HF 2 = (NH 4) 2 + H 2
Serbuk halus Be terbakar dalam uap S, Se, Te. Molten Be bereaksi dengan sebagian besar oksida, nitrida, sulfida, dan karbida.
Senyawa berilium
Menjadi, tidak seperti unsur-unsur lain dari golongan 2, tidak memiliki senyawa dengan dominan ikatan ionik, pada saat yang sama, banyak senyawa koordinasi yang diketahui, serta senyawa organologam yang sering membentuk ikatan multisenter.
Karena ukuran atomnya yang kecil, Be hampir selalu menunjukkan bilangan koordinasi 4, yang penting dalam kimia analitik.
Menjadi garam sangat higroskopis dan, dengan beberapa pengecualian (fosfat, karbonat), sangat larut dalam air, cepat terhidrolisis membentuk sejumlah kompleks hidrokso dengan struktur tidak pasti, media larutan bersifat asam. Pengendapan dimulai ketika perbandingan OH – :Be 2+ > 1. Penambahan alkali lebih lanjut menyebabkan pembubaran endapan.
Jadilah hidrida Ven 2 pertama kali diperoleh pada tahun 1951 melalui reduksi BeCl 2 dengan LiAlH 4 . Zat putih amorf, jika dipanaskan hingga 250 ° C, hidrida BeH 2 melepaskan H 2. Senyawa ini cukup stabil di udara dan air, tetapi cepat terurai oleh asam. BeH 2 dipolimerisasi karena ikatan BeHBe tiga pusat.
Jadilah : BeHal anhidrat tidak dapat diproduksi melalui reaksi dalam larutan air karena pembentukan hidrat seperti F 2 dan hidrolisis. Cara terbaik untuk mendapatkan BeF 2 adalah dekomposisi termal (NH 4) 2, dan BeCl 2 mudah diperoleh dari oksida - untuk ini, Cl 2 bekerja pada campuran BeO dan CO 2 pada 650–1000 ° C. BeCl 2 juga dapat disintesis melalui klorinasi langsung suhu tinggi logam Be atau karbidanya. Reaksi yang sama digunakan untuk menghasilkan bromida dan iodida anhidrat.
BeF 2 – bahan kaca, strukturnya terdiri dari jaringan atom Be (CN 4) yang tidak teratur, dihubungkan oleh jembatan atom F, dan mirip dengan struktur kaca kuarsa. Di atas 270° C, BeF 2 mengkristal secara spontan. Seperti kuarsa, ia ada dalam bentuk α suhu rendah, yang pada suhu 227 ° C berubah menjadi bentuk β; selain itu, bentuk kristobalit dan tridimit dapat diperoleh. Kesamaan struktural antara BeF 2 dan SiO 2 juga meluas ke fluoroberilat (yang dibentuk oleh reaksi BeF 2 dengan fluorida unsur alkali dan amonium) dan silikat.
BeF 2 adalah komponen gelas fluoroberilat dan campuran garam yang digunakan dalam reaktor nuklir garam cair.
Be klorida dan halida lainnya dapat dianggap sebagai senyawa kompleks polinuklir yang bilangan koordinasi Be adalah 4. Kristal BeCl 2 mengandung rantai tak berujung dengan atom Cl yang menjembatani:
Bahkan pada titik didih 550°C, fase gas mengandung sekitar 20% molekul dimer Be 2 Cl 4.
Struktur rantai BeCl 2 mudah dihancurkan oleh ligan lemah, seperti dietil eter, membentuk kompleks molekul:
Donor yang lebih kuat, seperti air atau amonia, menghasilkan kompleks ionik 2 + (Cl –) 2. Dengan adanya ion halida berlebih, kompleks halida akan terbentuk, misalnya 2–.
Jadilah Oksida Jadilah terjadi secara alami dalam bentuk mineral langka bromelit.
BeO yang tidak dikalsinasi bersifat higroskopis, menyerap hingga 34% air, dan dikalsinasi pada 1500 ° C - hanya 0,18%. BeO, dikalsinasi di atas 500°C, mudah berinteraksi dengan asam, lebih sulit dengan larutan alkali, dan dikalsinasi di atas 727°C - hanya dengan HF, asam sulfat pekat panas, dan lelehan alkali. BeO tahan terhadap lelehan Li, Na, K, Ni dan Fe.
BeO diperoleh melalui dekomposisi termal Be sulfat atau hidroksida di atas 800°C. Produk dengan kemurnian tinggi dibentuk oleh dekomposisi asetat basa di atas 600°C.
BeO memiliki konduktivitas termal yang sangat tinggi - pada suhu 100° C menjadi 209,3 W/(m K), lebih besar dibandingkan konduktivitas termal non-logam dan bahkan beberapa logam. BeO menggabungkan titik leleh yang tinggi (2507 ° C) dengan tekanan uap yang tidak signifikan pada suhu di bawah ini. Ini berfungsi sebagai bahan tahan kimia dan tahan api untuk pembuatan cawan lebur, isolator suhu tinggi, pipa, penutup termokopel, dan keramik khusus. Dalam atmosfer inert atau vakum, cawan lebur BeO dapat digunakan pada suhu hingga 2000°C.
Meskipun berilium oksida sering kali digantikan oleh AlN yang lebih murah dan kurang beracun, dalam kasus ini biasanya terjadi penurunan kinerja peralatan. Dalam jangka panjang, konsumsi BeO diperkirakan akan terus meningkat, terutama di bidang manufaktur komputer.
Berilium hidroksida Menjadi(OH)2 diendapkan dari larutan berair garam Be dengan amonia atau NaOH. Kelarutannya dalam air pada suhu kamar jauh lebih rendah dibandingkan kelarutan tetangganya dalam Tabel Periodik dan hanya 3·10–4 g·l–1. Menjadi(OH)2– basa amfoter lemah, bereaksi dengan asam dan basa membentuk garam yang Be masing-masing merupakan bagian dari kation atau anion:
Menjadi(OH) 2 + 2H 3 O + = Menjadi 2+ + 2H 2 O
Menjadi(OH) 2 + 2OH – = 2–
(BeOH) 2 CO 3 adalah senyawa dengan komposisi bervariasi. Ini dibentuk oleh interaksi larutan garam Be dengan natrium atau amonium karbonat. Ketika terkena karbonat larut berlebih, dengan mudah membentuk senyawa kompleks seperti (NH 4) 2.
Karboksilat Menjadi . Keunikan Be diwujudkan dalam pembentukan molekul oksida-karboksilat yang stabil dan mudah menguap dengan rumus umum, dimana R = H, Me, Et, Pr, Ph, dst. Zat kristal putih ini, ditandai dengan basa berilium asetat (R = CH 3), sangat larut dalam pelarut organik, termasuk alkana, dan tidak larut dalam air dan alkohol rendah. Mereka dapat dibuat hanya dengan merebus Be hidroksida atau oksida dengan asam karboksilat. Struktur senyawa tersebut mengandung atom O pusat yang dikelilingi secara tetrahedral oleh empat atom Be. Pada keenam tepi tetrahedron ini terdapat enam gugus penghubung asetat yang disusun sedemikian rupa sehingga setiap atom Be mempunyai lingkungan tetrahedral yang terdiri dari empat atom O. Senyawa asetat meleleh pada suhu 285°C dan mendidih pada suhu 330°C. panas dan oksidasi dalam kondisi ringan, dihidrolisis perlahan oleh air panas, tetapi dengan cepat terurai oleh asam mineral untuk membentuk garam Be dan asam karboksilat bebas yang sesuai.
Nitrat Menjadi Menjadi(TIDAK 3) 2 dalam kondisi normal ia ada dalam bentuk tetrahidrat. Ini sangat larut dalam air dan higroskopis. Pada 60–100°C, hidroksonitrat dengan komposisi bervariasi terbentuk. Pada suhu yang lebih tinggi ia terurai menjadi BeO.
Nitrat basa memiliki struktur yang mirip dengan karboksilat dengan gugus nitro penghubung. Senyawa ini dibentuk dengan melarutkan BeCl 2 dalam campuran N 2 O 4 dan etil asetat membentuk kristal solvat, yang kemudian dipanaskan hingga 50 ° C untuk menghasilkan Be(NO 3) 2 nitrat anhidrat, yang cepat terurai pada 125 ° C sampai N 2 O 4 Dan .
Senyawa organoberylium. Untuk Be, banyak senyawa yang diketahui mengandung Komunikasi Ve-C. Senyawa dengan komposisi BeR 2, dimana R adalah alkil, bersifat kovalen dan berstruktur polimer. Senyawa (CH 3) 2 Be mempunyai struktur rantai dengan susunan gugus metil tetrahedral di sekeliling atom Be. Ini mudah menyublim saat dipanaskan. Berpasangan ia ada sebagai dimer atau trimer.
Senyawa R 2 Be terbakar secara spontan di udara dan atmosfer CO 2, bereaksi hebat (sebagian bersifat eksplosif) dengan air dan alkohol, dan membentuk kompleks stabil dengan amina, fosfin, dan eter.
R 2 Be disintesis dengan mereaksikan BeCl 2 dengan senyawa organomagnesium dalam eter atau Be dengan R 2 Hg. Untuk memperoleh (C 6 H 5) 2 Be dan (C 5 H 5) 2 Be, digunakan reaksi BeCl 2 dengan turunan unsur alkali yang sesuai.
Diasumsikan senyawa dengan komposisi RBeX (X - halogen, OR, NH 2, H) adalah R 2 Be·BeX 2. Mereka kurang reaktif, khususnya tidak terpengaruh oleh CO 2.
Penerimaan, produksi, pemrosesan
Dalam industri, Be dan senyawanya diperoleh dengan mengolah beryl menjadi Be(OH) 2 hidroksida atau BeSO 4 sulfat.
1) metode fluorida: beryl yang dihancurkan disinter dengan Na 2 SiF 6 dan Na 2 CO 3 pada 700–750 ° C, dan natrium tetrafluoroberilat terbentuk:
3BeO Al 2 O 3 6SiO 2 + 2Na 2 + Na 2 CO 3 = 3Na 2 + 8SiO 2 + Al 2 O 3 + CO 2. Natrium fluoroberilat Na 2 BeF 4 dan NaBeF 3 yang dihasilkan dipisahkan dari campuran dengan air. Ketika NaOH (pH = 12) ditambahkan ke dalam larutan ini, Be(OH) 2 mengendap.
2) metode sulfat: beryl disinter pada suhu 750° C dengan kapur atau kapur (Na atau Ca karbonat), sinter tersebut diolah dengan asam sulfat panas pekat. Larutan BeSO 4, Al 2 (SO 4) 3 dan logam lainnya yang dihasilkan dipengaruhi oleh (NH 4) 2 SO 4 - hal ini menyebabkan pelepasan sebagian besar Al dalam bentuk KAl(SO 4) 2. Larutan yang tersisa diolah dengan NaOH berlebih, menghasilkan larutan yang mengandung Na 2 dan Na aluminat; ketika larutan ini direbus, Be(OH) 2 diendapkan sebagai hasil penguraian hidroksoberilat (aluminat tetap berada dalam larutan).
Ia juga diketahui membuka beryl melalui klorinasi atau aksi fosgen. Pengolahan lebih lanjut dilakukan untuk memperoleh BeF 2 atau BeCl 2.
Logam Be diperoleh dengan mereduksi magnesium fluorida: BeF 2 + Mg = Be + MgF 2, pada suhu tinggi (900–1300 ° C) atau dengan elektrolisis kloridanya dalam campuran dengan natrium klorida (350 ° C). Logam yang dihasilkan dilebur dalam ruang hampa: logam dengan kemurnian tinggi (hingga 99,98%) diperoleh dengan distilasi, dan dalam jumlah kecil - dengan peleburan zona (plastik berilium mengandung tidak lebih dari 10-4% pengotor - pengulangan peleburan zona berulang kali (hingga 8 lintasan) memungkinkan memperoleh Be yang sangat murni dengan plastisitas yang sangat tinggi (δ = 140%)); Pemurnian elektrolitik juga digunakan. Karena sulitnya mendapatkan coran berkualitas tinggi, blanko untuk produk Be dibuat dengan menggunakan metode metalurgi serbuk. Dalam lingkungan non-oksidasi, Be digiling menjadi bubuk dan dilakukan pengepresan panas dalam ruang hampa pada suhu 1140–1180 °C; Semakin halus butiran serbuk, semakin tinggi kekuatan dan sifat plastis logam tersebut. Untuk mencegah interaksi dengan udara, billet berilium yang diperas panas ditempatkan dalam cangkang baja, dipanaskan hingga suhu 800–1100 °C, dan diberi tekanan dalam bentuk ini. Batang, pipa dan profil lainnya diproduksi dengan ekstrusi pada suhu 800–1050 °C (ekstrusi panas) atau pada 400–500 °C (ekstrusi hangat). Be sheet (jenis produk utama yang digunakan dalam teknologi roket) diproduksi dengan menggulung blanko yang dipres panas atau strip yang diekstrusi pada suhu 760–840 °C. Rasio kompresi selama ekstrusi adalah 5:1 atau lebih. Ekstrusi menghasilkan blanko tidak hanya dari penampang bulat atau persegi, tetapi juga dari profil yang lebih kompleks.
Profil blanko diekstrusi dari berilium
Sifat-sifat Be yang diekstrusi panas secara signifikan lebih tinggi daripada sifat-sifat Be setelah pengepresan panas dengan ukuran bubuk awal kurang dari 70 mikron.
Jenis pemrosesan lain juga digunakan - penempaan, stamping, menggambar. Saat mengerjakan Be, mereka menggunakan perkakas karbida (Be diproses dengan buruk saat dipotong).
Produk setengah jadi yang terdeformasi memiliki tekstur deformasi yang berkembang, menyebabkan sifat anisotropi yang kuat.
Be yang dihasilkan mengandung sejumlah besar oksigen dalam bentuk Be oksida (1–3%), serta pengotor lainnya. Pengotor ini, meskipun meningkatkan kekuatan logam, secara signifikan mengurangi keuletannya, menyebabkan terbentuknya retakan dingin pada lasan. Untuk memastikan kemampuan las yang memuaskan dalam Be teknis, kandungan pengotor berbahaya dibatasi pada jumlah berikut (dalam % berat): BeO hingga 0,3%; Fe hingga 0,04%; A1 sampai dengan 0,02%; Si sampai 0,02%.
Peningkatan kandungan BeO mengganggu pembentukan dan meningkatkan porositas sambungan. Namun, meskipun terdapat sejumlah kecil pengotor karena karakteristiknya struktur kristal(kisi heksagonal) Be memiliki plastisitas rendah, karena hanya sedikit bidang slip yang terlibat dalam deformasinya. Dalam hal ini, Be tidak hanya kalah dengan Al, tetapi juga Mg.
Untuk menyambung bagian-bagian yang terbuat dari Be, digunakan pengelasan busur argon dengan elektroda tungsten dan pengelasan berkas elektron. Sambungan dengan tepi bergelang lebih disukai. Saat mengelas sambungan pantat, perlu memasukkan kawat pengisi ke dalam kolam.
Pengelasan elektroda yang tidak dapat dikonsumsi dalam gas inert - Ar, He dan campurannya - dilakukan terutama di ruangan dengan atmosfer terkontrol menggunakan elektroda tungsten menggunakan arus bolak-balik. Teknik dan peralatan pengelasannya sama dengan pengelasan Al.
Selama proses pengelasan, butiran tumbuh secara nyata di zona yang terkena panas; kekuatan sambungan las adalah 0,5–0,6 dari logam dasar.
Teknik pengelasan berkas elektron juga mirip dengan teknik pengelasan paduan aluminium. Namun, tekanan uap Be yang tinggi menimbulkan kesulitan tertentu dalam memastikan proses pengelasan yang stabil.
Pemrosesan Be dipersulit oleh toksisitas akut dari senyawa yang mudah menguap, bubuk, debu dan uap yang mengandung Be, oleh karena itu, ketika bekerja dengan Be dan senyawanya, diperlukan tindakan perlindungan khusus - pada saat yang sama, bagian berilium yang diproses cukup aman.
Peran biologis
Be hadir di jaringan banyak tumbuhan dan hewan. Kandungan dalam tanah berkisar antara 2 · 10 -4 hingga 1 · 10 -3%, dalam abu tanaman – sekitar 2 · 10 -4%. Pada hewan, Be didistribusikan ke seluruh organ dan jaringan; abu tulang mengandung 5,10 -4 hingga 7,10 -3% Be. Sekitar 50% Be diserap oleh hewan diekskresikan dalam urin, sekitar 30% diserap oleh tulang, 8% Be. ditemukan di hati dan ginjal. Diserap dengan buruk dari saluran pencernaan, sebagian besar diekskresikan melalui usus dan sebagian kecil melalui ginjal. Dari jumlah Be yang diserap tubuh, sebagian besar (hingga 30%) disimpan (disimpan) di tulang, dan sisanya di paru-paru, kelenjar getah bening, hati, dan otot jantung.
Signifikansi biologis Be masih kurang dipahami; hal ini ditentukan oleh partisipasi unsur dalam pertukaran Mg dan P dalam jaringan tulang (kemampuan Be(II) untuk menggantikan Mg dalam enzim yang mengandung magnesium karena kemampuan koordinasinya yang lebih kuat. ). Hal ini tidak dianggap penting secara biologis, namun kadar Be yang tinggi berbahaya bagi kesehatan. Ketika terdapat kelebihan Be dalam makanan, ion asam fosfat tampaknya terikat di usus menjadi Be fosfat yang tidak dapat dicerna. Aktivitas beberapa enzim (alkaline phosphatese, adenosine triphosphatase) dihambat oleh konsentrasi Be yang rendah. Di bawah pengaruh Be, dengan kekurangan fosfor, rakhitis berilium berkembang, yang tidak dapat disembuhkan dengan vitamin D, yang ditemukan pada hewan di lingkungan biogeokimia yang kaya akan Be.
Menjadi senyawa yang sangat beracun terutama dalam bentuk debu dan asap, mempunyai efek alergi dan karsinogenik, mengiritasi kulit dan selaput lendir. Jika masuk ke paru-paru, dapat menyebabkan penyakit kronis - beriliosis (kegagalan paru). Penyakit paru-paru, kulit dan selaput lendir dapat terjadi 10–15 tahun setelah penghentian kontak dengan Be.
Asupan dari makanan dan air tidak signifikan. Sangat konsentrasi yang diizinkan Berada di udara ≤0,001 mg/m3.
paduan kimia unsur berilium
Paduan berilium, sifat dan aplikasinya
Kesulitan utama dalam paduan Be adalah ukuran atomnya yang kecil, akibatnya sebagian besar unsur, ketika dilarutkan, sangat mendistorsi kisi kristal, sehingga meningkatkan kerapuhan pada paduan tersebut. Paduan hanya mungkin dilakukan dengan unsur-unsur yang membentuk campuran mekanis dengan Be dengan kelarutan timbal balik yang minimal.
Kerugian serius dari Be, yaitu kekuatan benturan yang rendah dan kerapuhan dingin, dapat diatasi dengan menggunakan paduan dengan Al. Dari diagram fasa Al–Be terlihat jelas bahwa unsur-unsur ini praktis tidak dapat larut satu sama lain.
Diagram keadaan sistem Al–Be
Dalam paduan tipe eutektik, partikel Be padat terdistribusi secara merata dalam matriks aluminium ulet. Paduannya mengandung 24–43% Al, sisanya Be. Lockheed (AS) telah mengembangkan paduan yang mengandung 62% Be, yang disebut lockelloy. Paduan Be–Al memiliki struktur yang terdiri dari plastik lunak eutektik dan inklusi Be primer yang keras dan rapuh. Paduan ini menggabungkan karakteristik Be dengan kekakuan tinggi, kekuatan dan kepadatan rendah dengan keuletan Al.
Ketergantungan sifat mekanik paduan Al–Be pada kandungannya Menjadi
Karena plastisitas matriks, konsentrasi tegangan dalam partikel fase Be berkurang dan risiko pembentukan retakan berkurang, yang memungkinkan penggunaan paduan dalam kondisi tegangan yang lebih kompleks.
Metode metalurgi serbuk juga digunakan untuk memproduksi paduan Be-Al. Deformasi dilakukan dengan ekstrusi, diikuti dengan penempaan dan pengecapan pada cangkang. Sifat mekanik pipa berbahan lokelloy (Be + 38% Al) pada suhu kamar : σв = 600 MPa, σ0.2 = 570 MPa, δ = 1%.
Untuk meningkatkan kekuatan, paduan Be–Al juga dicampur dengan unsur Mg dan Ag– yang larut dalam fase Al. Dalam hal ini, matriksnya adalah paduan Al–Mg atau Al–Ag yang lebih tahan lama dan tangguh.
Paduan Al–Be, Al–Be–Mg mengalami deformasi yang memuaskan pada suhu 380 – 420 o C, memiliki modulus elastisitas yang tinggi, laju pertumbuhan retak lelah yang rendah, batas ketahanan yang tinggi, tahan aus, konduktivitas listrik dan termal yang tinggi. Cakupan penggunaannya sangat luas - mulai dari industri dirgantara hingga produksi komputer.
Matriks plastik dapat diperoleh dengan menggunakan komposisi Be–Ag yang mengandung hingga 60% Ag. Paduan dengan Ag juga dicampur dengan Li dan La.
Kecuali paduan dengan matriks ulet, paduan dengan unsur lain tidak menghilangkan kerapuhan dingin Be. Kemurnian tinggi Be memiliki keuletan maksimum.
Paduan Cu dengan 2–5% Be, yang disebut perunggu Be, banyak digunakan. Di Rusia, Be bronze BrB2 dengan 2% Be banyak digunakan. Dari diagram keadaan terlihat jelas bahwa paduan ini bersifat pengerasan dispersi dan dapat diperkuat dengan pengerasan yang diikuti dengan penuaan.
Diagram keadaan sistem Cu–Be
Pendinginan pada suhu 800 °C memperbaiki larutan padat α lewat jenuh, yang darinya partikel CuBe terdispersi dilepaskan selama penuaan pada suhu 300–350 °C, membentuk apa yang disebut struktur kuasiperiodik biasa.
Gambar mikroskopis elektron perunggu berilium setelah pembakaran (susunan endapan teratur)
Setelah quenching, sifat-sifat Be bronze BrB2: σв = 500 MPa, δ = 30%, setelah penuaan – σв = 1200 MPa, δ = 4%.
Jadilah perunggu mempunyai sifat elastis yang tinggi. Mereka digunakan untuk membuat pegas yang mempertahankan elastisitas pada rentang suhu yang luas, termasuk kondisi kriogenik. Mereka menahan kelelahan dan korosi dengan baik.
Semua perunggu bersifat non-magnetik dan tidak memicu benturan. Mereka digunakan untuk membuat perkakas untuk bekerja di lingkungan yang mudah meledak - tambang, pabrik gas, di mana baja konvensional tidak dapat digunakan (misalnya, perkakas tangan di industri minyak).
Alat non-percikan dan non-magnetik Cu - Menjadi paduan
Paduan Be Cor (LBS), yang komposisinya diberikan dalam tabel “Komposisi kimia (%, sisanya - Be) dari paduan Be cor, digunakan untuk bagian casing dasar, rangka, braket, dll. Paduan Be dikarakterisasi dengan nilai kapasitas panas yang tinggi, yaitu 1,6 kali lebih tinggi dibandingkan paduan Al. Konduktivitas termal dan difusivitas termal paduan hanya sedikit lebih rendah daripada paduan Al cor.
Totalitas karakteristik termofisik paduan Be, secara umum, membedakannya dari bahan lain (misalnya, silumin) dan menentukan stabilitas dimensi yang tinggi dalam kondisi gradien suhu selama pengoperasian produk.
Ketahanan korosi paduan Be berada pada tingkat tinggi. Film teroksidasi anodik pada permukaan dan lapisan cat juga memberikan perlindungan yang andal terhadap paduan LBS dari korosi. Pada saat yang sama, perunggu Be juga memiliki ciri konduktivitas listrik yang tinggi.
Sifat mekanik paduan Be cor pada suhu kamar diberikan dalam tabel “Sifat mekanik paduan Be cor”, dan sifat pada suhu yang berbeda pengujian - dalam tabel "Sifat mekanik paduan Be pada suhu berbeda".
Komposisi kimia (%, sisanya – Be) dari paduan berilium cor
| Paduan | Al | Tidak | mg | Cu | Zr, Sc, Y, Gd, REM | Kotoran, tidak lebih | ||||
| Ya | Fe | M N | Ti | O2 | ||||||
| LBS-1 | 24–34 | 3–6 | – | – | 0,06–0,21* | 0,1 | 0,15 | 0,1 | 0,05 | 0,1 |
| LBS-2 | 36–24 | 3,5–4,5 | 0,6–0,8 | – | 0,03–0,12** | 0,1 | 0,15 | 0,1 | 0,05 | 0,1 |
| LBS-3 | 30–34 | – | 0,1–0,6 | 6–8 | 0,05–0,1 | 0,1 | 0,15 | – | – | 0,1 |
Sifat mekanik paduan berilium cor
| Properti | LBS-1 | LBS-2 | LBS-3 |
| ya, MPa | 220–250 | 250–320 | 270–280 |
| σ0,2, MPa | 180–220 | 220–270 | 250–270 |
| δ, % | 2–3 | 2–3 | 1,1–1,3 |
| ψ, % | 2–3 | 2–3,5 | – |
| KCU, MJ/m2 | 0,025–0,035 | 0,033–0,040 | 0,025–0,045 |
| E, IPK | 200 | 200 | 200 |
Sifat mekanik paduan berilium pada temperatur berbeda
| Properti | Paduan | Suhu pengujian, °C | |||||
| –100 | 0 | 100 | 200 | 300 | 400 | ||
| ya, MPa | LBS-1 | 255 | 225 | 186 | 147 | 112 | – |
| LBS-2 | 274 | 255 | 235 | 176 | 118 | 70 | |
| σ0,2, MPa | LBS-1 | 235 | 196 | 145 | 120 | 103 | – |
| LBS-2 | 245 | 216 | 170 | 140 | 108 | 60 | |
| δ, % | LBS-1 | 2,8 | 2,4 | 2,5 | 2,5 | 1–2,4 | – |
| LBS-2 | 2,0 | 2,1 | 2,1 | 2,2 | 3,0 | 4,0 | |
Paduan Deformed Be memiliki kekakuan tinggi dan kepadatan rendah. Paduan ini menjanjikan untuk digunakan pada beberapa komponen mesin pesawat. Untuk meningkatkan sifat tahan panas Be, paduan sekuensial kompleks digunakan.
Pada tahap pertama, paduan biner optimal dipilih.
Sifat mekanik paduan biner (sisanya Be)
Dari sistem biner yang dipertimbangkan, paduan sistem Be–Ni dicirikan oleh sifat mekanik tertinggi baik pada suhu kamar dan pada 500 °C. Paduan Ni yang mengandung 2% Be juga digunakan untuk pegas suhu tinggi, klem, bellow, dan kontak listrik.
Penguatan lebih lanjut dilakukan dengan memasukkan Ti, yang membentuk senyawa intermetalik berkekuatan tinggi TiBe 12.
Pengaruh Ti terhadap kekuatan paduan sistem Be–Ni ditunjukkan pada grafik.
paduan biologis unsur berilium
Pengaruh Ti terhadap kekuatan paduan sistem Be–Ni–Ti pada 20 °C dan bergantung pada kandungan Ni: 1 – 4%; 2 – 6%; 3 – 8% (menurut I.N. Fridlyander)
Berdasarkan sistem Be–Ni, suatu paduan telah dikembangkan, yang memiliki tingkat VBD-1 jika dibuat dari billet tuang dan VBD-1P jika dibuat dari bubuk dengan komposisi kimia berikut: (7,5–8,5%) Ni; (0,8–1,2%) Ti; sisanya adalah Menjadi.
Sifat mekanik paduan VBD-1P diberikan dalam tabel.
Sifat mekanik paduan VBD-1P
Batas ketahanan paduan VBD-1P pada 500 °C dua kali lebih tinggi dibandingkan Be; kekerasan spesifik (E/γ) pada 20 °C lebih rendah, dan pada 500 °C 10% lebih tinggi dibandingkan Be. Modulus elastisitasnya adalah 250 GPa. Kekerasan tinggi dipertahankan pada suhu hingga 700 °C. Batas mulur dan ketahanan panas jangka panjang paduan VBD-1P pada 400 °C sama dengan Be yang terdeformasi pada 300 °C.
Senyawa intermetalik Be dengan Ta, Nb, Zr, dll. dapat digunakan hingga suhu ≈ 1650 o C dan memiliki kekerasan dan ketahanan oksidasi yang sangat tinggi.
Salah satu bidang penerapan perunggu Be yang paling penting adalah pembuatan pegas, membran, dan bellow yang digunakan dalam pembuatan instrumen presisi. Perlu dicatat bahwa karena tingginya biaya Be, perunggu ini hanya digunakan pada produk berukuran kecil yang memiliki kepentingan khusus.
Kompleksnya sifat fisik, kimia dan mekanik memungkinkan untuk mengklasifikasikan Be sebagai salah satu bahan struktural yang paling berharga, meskipun memiliki sejumlah kelemahan (kerapuhan, kerapuhan dingin). Karakteristik kekuatan tinggi dikombinasikan dengan kepadatan rendah, titik leleh yang relatif tinggi, dan ketahanan korosi yang baik menjadikan Be dan senyawanya dengan logam tahan api dalam beberapa kasus merupakan bahan struktural yang sangat diperlukan untuk kebutuhan penerbangan, peroketan, dan pembuatan instrumen. Ini banyak digunakan dalam struktur yang membutuhkan kekakuan dan ringan yang tinggi.
Beberapa Namun contoh penggunaan Be serta paduan dan senyawanya :
· Meningkatkan kualitas permukaan bagian-bagian dan mekanisme mesin - untuk ini, produk jadi disimpan dalam bubuk Be pada suhu 900–1000 ° C (berilisasi baja), dan permukaannya dibuat lebih keras daripada jenis pengerasan terbaik baja.
· Pembuatan reaktor nuklir (Be adalah salah satu moderator dan reflektor neutron yang paling efektif karena penampang efektifnya yang kecil untuk menangkap neutron termal dan ketahanan yang memuaskan dalam kondisi radiasi dikombinasikan dengan massa atom rendah), bahan untuk jendela sinar-X tabung (Be mentransmisikan sinar-X 17 kali lebih baik dari Al dan 8 kali lebih baik dari kaca Lindemann)
· Be merupakan sumber neutron yang kuat ketika dibombardir oleh partikel α, penggunaan Be pada sumber neutron berdasarkan Ra, Po, Ac, Pu didasarkan pada sifat ini. Campuran senyawa Ra dan Be telah lama digunakan sebagai sumber neutron laboratorium yang dihasilkan oleh reaksi nuklir: 9Be + 4He = 12C + 1n. Pada tahun 1932, dengan menggunakan campuran khusus ini, fisikawan Inggris James Chadwick menemukan neutron.
· Agen deoksidasi yang efektif dalam pengecoran.
· BeO memiliki ketahanan kimia dan konduktivitas termal yang tinggi, dikombinasikan dengan hambatan listrik dan stabilitas termal yang tinggi, yang memungkinkannya digunakan sebagai bahan tahan api untuk pembuatan cawan lebur, bahan pelapis, pelapis keramik, dll.
· Senyawa organoberyllium digunakan sebagai katalis untuk dimerisasi dan polimerisasi olefin, serta untuk produksi logam Be dengan kemurnian tinggi.
· Be dan beberapa senyawanya dianggap sebagai bahan bakar roket padat yang menjanjikan dengan impuls spesifik tertinggi.
Persiapan Be dan paduannya untuk pelapisan listrik (etsa)
Bagian-bagiannya disiapkan sebagai berikut:
1. Perawatan abrasif;
2. Perendaman dalam larutan H 2 SO 4 10–15% selama 5–10 detik dan selama 2–5 menit dalam larutan NaOH (450–500 g/l) dan ZnO (100–150 g/l);
3. Bilas dengan air dingin;
4. Penghapusan Zn dalam larutan HNO 3 30–35%;
5. Pencucian berulang kali;
6. Perlakuan sengat dan pelapisan tembaga tumbukan dalam elektrolit (dalam g/l): NaCu(CN) 2 – 35–40; NaCN (gratis) – 3 – 5; Na 2 BERSAMA 3 – 7–10. Menit pertama ik = 2,5 3 A/dm 2, 10 menit berikutnya ik = 1,0 1,5 A/dm 2. Bagian dimuat di bawah arus.
Dalam kebanyakan kasus, bagian Be dihilangkan lemaknya dalam pelarut organik dan kemudian dalam alkali. Untuk berilium, basa atau asam digunakan, dan untuk aktivasi, larutan H 2 SO 4 1% (berdasarkan berat) digunakan. Suhu kamar, waktu penahanan 15 – 30 detik.
Untuk meningkatkan daya rekat, perlu dilakukan anil bagian Be dalam Ar atau perlakuan vakum, tetapi difusi logam menjadi Be dan paduannya harus diperhitungkan. Zona difusi untuk lapisan Ni menjadi terlihat setelah 18 jam pemanasan pada 350–400 °C, dan untuk Fe pada 500–550 °C. Oleh karena itu, bahan terakhir direkomendasikan sebagai pelapis ketika Be beroperasi pada suhu tinggi.
literatur
1. Perpustakaan populer unsur kimia. Hidrogen–kromium. M., Nauka, 1971
2. Karapetyants M.Kh., Drakin S.I. Umum dan kimia anorganik. M., Kimia, 1992
3. Greenwood N.N., Earnshaw A. Kimia Unsur, Oxford: Butterworth, 1997
4. Teknologi pengelasan listrik logam dan paduan secara fusi. Ed. acad. MENJADI. Paton. M., Teknik Mesin, 1974
5. hal. Melnikov. Buku Pegangan Elektroplating di bidang Teknik Mesin, 1979.
6. Yu.P. Solntsev. Ilmu material: buku teks untuk universitas. Sankt Peterburg, Khimizdat, 2004.
DEFINISI
Berilium- elemen keempat dari Tabel Periodik. Penunjukan - Berasal dari bahasa Latin "berilium". Bertempat di periode kedua, grup IIA. Mengacu pada logam. Muatan inti adalah 4.
Berilium jarang ditemukan di kerak bumi. Ini adalah bagian dari beberapa mineral, yang paling umum adalah beryl Be 3 Al 2 (SiO 3) 6.
Berilium adalah logam abu-abu baja (Gbr. 1) dengan heksagonal padat kisi kristal, cukup keras dan rapuh. Di udara, ia menjadi tertutup lapisan oksida, memberikan warna matte dan menyebabkan berkurangnya aktivitas kimia.
Beras. 1. Berilium. Penampilan.
Massa atom dan molekul berilium
Massa atom relatif A r adalah massa molar atom suatu zat dibagi 1/12 massa molar atom karbon-12 (12 C).
Berat molekul relatif M r adalah massa molar suatu molekul dibagi 1/12 massa molar atom karbon-12 (12 C). Ini adalah besaran yang tidak berdimensi.
Karena berilium dalam keadaan bebas ada dalam bentuk molekul Be monatomik, nilai massa atom dan molekulnya sama. Mereka sama dengan 9,0121.
Isotop berilium
Di alam, berilium ada sebagai isotop tunggal 9Be. Nomor massanya adalah 9. Inti atom mengandung empat proton dan lima neutron.
Ada sebelas isotop berilium buatan dengan nomor massa 5 hingga 16, yang paling stabil adalah 10 Be dengan waktu paruh 1,4 juta tahun dan 7 Be dengan waktu paruh 53 hari.
Ion berilium
Pada tingkat energi terluar atom berilium terdapat dua elektron, yaitu valensi:
Akibat interaksi kimia, berilium kehilangan elektron valensinya, mis. adalah donornya, dan berubah menjadi ion bermuatan positif (Be 2+):
Menjadi 0 -2e → Menjadi 2+ ;
Dalam senyawa, berilium menunjukkan bilangan oksidasi +2.
Molekul dan atom berilium
Dalam keadaan bebas, berilium ada dalam bentuk molekul Be monatomik. Berikut beberapa sifat yang menjadi ciri atom dan molekul litium:
Paduan berilium
Area utama penerapan berilium adalah paduan di mana logam ini dimasukkan sebagai aditif paduan. Selain perunggu berilium (tembaga dikombinasikan dengan 2,5% berilium), paduan nikel dengan 2-4% berilium juga digunakan, yang dalam hal ketahanan korosi, kekuatan dan elastisitas sebanding dengan baja tahan karat berkualitas tinggi, dan dalam beberapa hal lebih unggul dari baja tahan karat berkualitas tinggi. mereka. Mereka digunakan untuk membuat pegas dan instrumen bedah.
Penambahan sedikit berilium pada paduan magnesium meningkatkan ketahanan terhadap korosi. Paduan tersebut, serta paduan aluminium dan berilium, digunakan dalam konstruksi pesawat terbang.
Contoh pemecahan masalah
CONTOH 1
| Latihan | Tuliskan rumus senyawa oksigen (oksida) dari unsur-unsur berikut: a) berilium (II); b) silikon (IV); c) kalium (I); d) arsenik (V). |
| Menjawab | Diketahui valensi oksigen dalam senyawa selalu sama dengan II. Untuk menyusun rumus suatu zat (oksida), Anda perlu melakukan urutan tindakan berikut. Pertama kita menuliskannya tanda-tanda kimia unsur-unsur yang termasuk dalam komposisi zat kompleks dan letakkan valensi dalam angka Romawi di atas tanda setiap unsur: Tentukan kelipatan terkecil bilangan satuan valensi: a) (II×II) = 4;b) (IV×II) = 8; c) (Saya×II) = 2; d) (V×II) = 10. Mari kita bagi kelipatan persekutuan terkecil dengan jumlah satuan valensi setiap elemen secara terpisah (hasil bagi yang dihasilkan akan menjadi indeks dalam rumus): a) 4/2 = 2 dan 4/2 = 2, maka rumus oksida BeO; b) 8/4 = 2 dan 8/2 = 4, maka rumus oksida SiO 2; c) 2/1 = 2 dan 2/2 = 1, maka rumus oksidanya adalah K 2 O; d) 10/5 = 2 dan 10/2 = 5, maka rumus oksidanya adalah As 2 O 5. |
