Histoire, structure, propriétés, utilisations du béryllium

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Abraham McLaughlin

le béryllium C'est un élément métallique qui appartient au groupe 2 ou IIA du tableau périodique. C'est le métal alcalino-terreux le plus léger du groupe et il est représenté par le symbole Be. Son atome et son cation sont également plus petits que ceux de ses congénères (Mg, Ca, Sr ...).

En raison de sa densité de charge inhabituelle, ce métal ne se produit généralement pas de manière isolée. Une trentaine de minéraux en contiennent, parmi lesquels: le béryl (3BeOAldeuxOU ALORS36SiOdeux2HdeuxO), bertrandite (4BeO.2SiOdeux.2HdeuxO), chrysobéryl (BeAldeuxOU ALORS4), et la fenaquita (BedeuxOui4).

Pépites de béryllium métallique. Source: W. Oelen [CC BY-SA 3.0 (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0)]

L'émeraude, une pierre précieuse, est une variante du béryl. Cependant, le béryllium pur n'est pas si frappant; il a des reflets grisâtres pâles (image du haut), et a été réalisé sous forme de graines ou de pastilles.

Le béryllium possède un ensemble de propriétés physiques caractéristiques. Il a une faible densité; conductances thermique et électrique élevées, ainsi que sa capacité thermique et sa dissipation thermique; ce n'est pas un métal magnétique; et a également une combinaison appropriée de rigidité et d'élasticité.

Toutes ces propriétés ont conduit le béryllium à être un métal aux multiples applications, allant de son utilisation dans des alliages avec du cuivre pour la fabrication d'outils, à son utilisation dans les fusées, avions, automobiles, réacteurs nucléaires, équipements à rayons X, résonance magnétique nucléaire, etc.

Le béryllium a 10 isotopes connus, allant de 5Être un 14Être, être le 9Soyez le seul stable. De même, c'est un métal très toxique, qui affecte particulièrement le système respiratoire, il y a donc une limitation dans son utilisation..

Index des articles

  • 1 Histoire de sa découverte
  • 2 Structure du béryllium
  • 3 Configuration électronique
  • 4 propriétés
    • 4.1 Description physique
    • 4.2 Point de fusion
    • 4.3 Point d'ébullition
    • 4.4 Densité
    • 4.5 Rayon atomique
    • 4.6 Rayon covalent
    • 4.7 Volume atomique
    • 4.8 Chaleur spécifique
    • 4.9 Chaleur de fusion
    • 4.10 Chaleur d'évaporation
    • 4.11 Electronégativité
    • 4.12 Potentiel standard
    • 4.13 Vitesse du son
    • 4.14 Expansion thermique
    • 4.15 Conductivité thermique
    • 4.16 Propriétés chimiques
  • 5 applications
    • 5.1 Développement d'outils
    • 5.2 Fabrication de miroirs
    • 5.3 Dans les rayonnements ionisants
    • 5.4 Dans les équipements générateurs de magnétisme
    • 5.5 Réacteurs nucléaires
    • 5.6 Protecteur en métal
  • 6 Où est?
  • 7 risques
  • 8 Références

Histoire de sa découverte

Le béryllium a été découvert par Louis-Nicolas Vauguelin en 1798 en tant qu'élément de composition du béryl minéral et un silicate d'aluminium et de béryllium.

Plus tard, le chimiste allemand Frédéric Wöhler, en 1828, réussit à isoler le béryllium en faisant réagir le potassium avec du chlorure de béryllium dans un creuset en platine..

Simultanément et indépendamment, le chimiste français Antoine Bussy a également réalisé l'isolement du béryllium. Wöhler a été le premier à suggérer le nom de béryllium pour le métal.

Il a reçu son nom actuel en 1957, car il était auparavant connu sous le nom de glucinium, en raison du goût sucré de certains de ses sels. Mais, pour éviter toute confusion avec d'autres composés au goût sucré et avec une plante appelée glucine, il a été décidé de changer son nom en béryllium..

Structure du béryllium

Structure cristalline du béryllium. Source: Utilisateur: Dornelf [CC BY-SA 3.0 (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0)]

Le béryllium étant le plus léger des métaux alcalino-terreux, le volume de ses atomes devrait être le plus petit de tous. Les atomes de béryllium interagissent les uns avec les autres à travers la liaison métallique, de telle sorte que leur "mer d'électrons" et les répulsions entre les noyaux façonnent la structure du cristal résultant..

Les cristaux noirs de béryllium se forment alors. Ces cristaux ont une structure hexagonale (image du haut), où chaque atome Be a six voisins latéraux, et trois autres dans les plans ci-dessus et ci-dessous..

Comme les cristaux sont noirs, il est utile d'imaginer que les points noirs de la structure hexagonale sont remplacés par des atomes de béryllium. C'est l'une des structures les plus compactes qu'un métal puisse adopter; et il est logique que les très petits atomes de Be soient tellement "pressés" pour éviter le moins de vides ou de trous entre eux.

Configuration électronique

1sdeux2 sdeux

Qui est égal à 4 électrons, dont 2 de valence. Si un électron est promu sur l'orbitale 2p, nous aurons deux orbitales hybrides sp. Ainsi, dans les composés de béryllium, il peut y avoir des géométries linéaires, X-Be-X; par exemple, la molécule isolée de BeCldeux, Cl-Be-Cl.

Propriétés

Description physique

Solide gris acier brillant, cassant.

Point de fusion

1287 ºC.

Point d'ébullition

2471 ºC.

Densité

- 1,848 g / cm3 à température ambiante.

- 1,69 g / cm3 au point de fusion (état liquide).

Radio atomique

11 h.

Rayon covalent

90 h.

Volume atomique

5 cm3/ mol.

Chaleur spécifique

1824 J / gmol à 20 ºC.

Température de fusion

12,21 kJ / mol.

Chaleur d'évaporation

309 kJ / mol.

Électronégativité

1,57 sur l'échelle de Pauling.

Potentiel standard

1,70 V.

Vitesse du son

12 890 m / s.

Dilatation thermique

11,3 µm / m K à 25 ºC.

Conductivité thermique

200 w / m K.

Propriétés chimiques

Le béryllium est recouvert d'une couche d'oxyde de béryllium (BeO) qui le protège dans l'air à température ambiante. L'oxydation du béryllium se produit à des températures supérieures à 1000 ºC, provenant de produits d'oxyde de béryllium et de nitrure de béryllium.

Il résiste également à l'action de l'acide nitrique 15 M. Mais, il se dissout dans l'acide chlorhydrique et les alcalis, comme l'hydroxyde de sodium..

Applications

La fabrication d'outils

Le béryllium forme des alliages avec le cuivre, le nickel et l'aluminium. En particulier, l'alliage avec du cuivre produit des outils de grande dureté et résistance, ne constituant que 2% du poids de l'alliage..

Ces outils ne produisent pas d'étincelles lors de la frappe du fer, ce qui leur permet d'être utilisés dans des environnements à forte teneur en gaz combustibles..

En raison de sa faible densité, il a un poids léger qui, avec sa rigidité, permet son utilisation dans les avions spatiaux, les fusées, les missiles et les avions. L'alliage avec le béryllium a été utilisé dans la fabrication de pièces automobiles. Il a également été utilisé dans la production de ressorts.

En raison de la grande dureté que le béryllium confère à ses alliages, ils ont été utilisés dans les freins d'avions militaires.

Fabrication de miroirs

Le béryllium a été utilisé dans la production de miroirs en raison de sa stabilité dimensionnelle et de sa capacité à être très poli. Ces miroirs sont utilisés dans les satellites et dans les systèmes de contrôle de tir. De plus, ils sont utilisés dans les télescopes spatiaux.

Dans les rayonnements ionisants

Le béryllium est un élément de faible densité, il peut donc être considéré comme transparent aux rayons X. Cette caractéristique permet son utilisation dans la construction des fenêtres des tubes produisant des rayons X, pour des applications industrielles et dans le diagnostic médical..

De plus, le béryllium est utilisé dans les fenêtres des détecteurs d'émissions radioactives..

Dans les équipements générateurs de magnétisme

L'une des caractéristiques du béryllium est qu'il ne s'agit pas d'un élément magnétique. Cela lui permet d'être utilisé dans la construction d'articles d'équipement de résonance magnétique, dans lesquels des champs magnétiques de haute intensité sont générés, minimisant toute interférence..

Réacteurs nucléaires

En raison de son point de fusion élevé, il a trouvé une application dans les réacteurs nucléaires et la céramique. Le béryllium est utilisé comme modérateur de réactions nucléaires et comme producteur de neutrons:

9Être   +   4He (α) => 12C + n (neutron)

On estime que pour un million d'atomes de béryllium bombardés de particules α, jusqu'à 30 millions de neutrons sont produits. Précisément cette réaction nucléaire a permis la découverte du neutron.

James Chadwick a bombardé des atomes de béryllium avec des particules α (He). Le chercheur a observé la libération de particules subatomiques, sans charge électrique, qui a conduit à la découverte de neutrons.

Protecteur en métal

L'ajout d'une quantité de béryllium à la surface des métaux oxydables leur confère une certaine protection. Par exemple, l'inflammabilité du magnésium est réduite et la brillance des alliages d'argent est prolongée.

Où est-il situé?

Le béryl se trouve dans la pegmatite, associé au mica, au feldspath et au quartz. En utilisant une technique de flottation, un mélange de béryl et de feldspath est séparé. Par la suite, le feldspath et le béryl sont concentrés et soumis à un traitement avec de l'hypochlorite de calcium..

Suivi d'un traitement à l'acide sulfurique et au sulfonate de potassium, au moyen d'une dilution, la flottation du béryl est réalisée en le séparant du feldspath.

Le béryl est traité avec du fluorosilicate de sodium et de la soude à 770 ° C pour former du fluorobylate de sodium, de l'oxyde d'aluminium et du dioxyde de silicium. L'hydroxyde de béryllium est ensuite précipité à partir de la solution de fluorobérylate de sodium avec de l'hydroxyde de sodium.

Le fluorure de béryllium est formé en faisant réagir l'hydroxyde de béryllium avec du fluorure d'hydrogène d'ammoniaque, produisant du tétraflurobérylate d'ammonium. Celui-ci est chauffé pour former du fluorure de béryllium, qui est traité à chaud avec du magnésium pour isoler le béryllium..

Des risques

Le béryllium en tant que métal finement divisé, sous forme de solutions, de poudre sèche ou de fumée, est très toxique et peut provoquer une dermatite. Cependant, la plus grande toxicité est produite par inhalation.

Au départ, le béryllium peut induire une hypersensibilité ou une allergie, qui peut évoluer vers la bérylliose ou la maladie chronique du béryllium (CBD). Il s'agit d'une maladie grave, caractérisée par une diminution de la capacité pulmonaire.

La maladie aiguë est rare. Dans les maladies chroniques, des granulomes se forment dans tout le corps, en particulier dans les poumons. La bérylliose chronique provoque une dyspnée progressive, une toux et une faiblesse générale (asthénie).

La bérylliose aiguë peut être mortelle. Dans la bérylliose, la perte progressive de la fonction respiratoire se produit, car il y a une obstruction de l'écoulement des gaz dans les voies respiratoires et une diminution de l'oxygénation du sang artériel.

Les références

  1. Société royale de chimie. (2019). Béryllium. Récupéré de: rsc.org
  2. Centre national d'information sur la biotechnologie. (2019). Béryllium. Base de données PubChem. Récupéré de: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov
  3. Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (15 mars 2019). Faits sur le béryllium. Récupéré de: thinkco.com
  4. Wikipédia. (2019). Béryllium. Récupéré de: en.wikipedia.org
  5. Lenntech B. V. (2019). Béryllium-Be. Récupéré de: lenntech.com
  6. Materio Corporation. (2019). En savoir plus sur l'élément béryllium récupéré sur: beryllium.com
  7. D. Michaud. (2016, 12 avril). Problème de traitement et d'extraction du béryllium. 911 métallurgiste. Récupéré de: 911metallurgist.com
  8. Timothy P. Hanusa. (5 janvier 2016). Béryllium. Encyclopædia Britannica. Récupéré de: britannica.com
  9. Lee S. Newman. (2014). Maladie du béryllium. Manuel MSD. Récupéré de: msdmanuals.com

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