Бериллий

Бериллий

Бериллий является элементом второго периода и относится к щелочноземельным металлам, из-за чего обладает высокой токсичностью. Он находится во второй группе таблицы Менделеева, его атомный номер 4.

 Латинское название Beryllium происходит от латинского обозначения берилла — основного минерала, из которого получают бериллий. В свою очередь «берилл» восходит к греческому βήρυλλος, что означает приблизительно следующее: «драгоценный цвета морской воды камень».

Бериллий редко встречается в природе, в чистом виде представляет собой хрупкий твёрдый металл светло-серебристого оттенка. Вследствие трудоемкой добычи из природных минералов, бериллий имеет высокую стоимость, сравнимую с ценами на серебро и золото.

Он также входит в состав таких драгоценных камней как зеленые изумруды и аквамарины. Минералы бериллия могут очень сильно отличаться по цвету: от розовых и красных до бледно-голубых и темно-синих оттенков.

Исторические факты

В 1798 году впервые французским фармацевтом Луи-Николя Вокленом был получен бериллий в виде оксида BeO, так называемой, берилловой земли.

Однако в виде металла, его смогли синтезировать только спустя 30 лет французский химик Антуан Бюсси и автономно от него немец Фридрих Вёлер.

  По причине низкой чистоты бериллий не получалось внести в другие сплавы до тех пор, пока в 1898 году во Франции химик Пол Лебо с помощью электролиза фторидов кальция и бериллия, получил его кристаллы требуемой чистоты.

Ещё один интересный исторический факт связан с периодом Второй мировой войны, когда все действовавшие месторождения минералов бериллия были подконтрольны США.

  Германия остро нуждалась в этом сырье для производства бронзы с добавлением бериллия, использующейся в изготовлении деталей для автоматических авиационных пулеметов.

Для этого немцы были вынуждены обратиться за помощью к нейтральной Швейцарии, с помощью которой бериллиевая бронза ввозилась контрабандно.  До сегодняшнего дня США остаются неоспоримыми лидерами в добыче бериллия.

Химические свойства бериллия

Бериллий является двухвалентным элементом. Благодаря своей высокой химической активности он легко растворяется в различных кислотах. В их числе: соляная, плавиковая, разбавленная серная кислоты. Однако с разбавленной азотной и концентрированной серной кислотами реагирует слабо.

При этом он устойчив в воздухе из-за образования тонкой и устойчивой пленки оксида BeO. С водой бериллий практически никак не реагирует, пока ее температура не достигнет 100⁰C. В нормальных условиях взаимодействует со фтором, а при более высокой температуре и с другими галогенами.

  Его свойства похожи  на магний Mg и алюминий Al, причём к последнему бериллий намного ближе, несмотря на то, что магний находится прямо под ним в таблице Менделеева. Общие свойства бериллия и алюминия объясняются практически идентичным соотношением заряда в ядре и радиуса катиона для ионов Be2+ и Al3+.

Бериллий может вступать в реакцию также с большим числом металлов при достаточно высоких температурах, в этом случае образуются так называемые бериллиды.

Где применяется бериллий

Бериллий имеет широкую область применения. Пожалуй, одной из самых важных и старых сфер применения является изготовление рентгеновских трубок. Благодаря низкому уровню поглощения рентгеновского излучения из бериллия изготавливают специальные окошки, пропускающие излучение в детектор.

Также бериллий используется в качестве легирующей добавки к разнообразным материалам для повышения прочности и коррозионной устойчивости металлических поверхностей.

Добавление бериллия позволяет во много раз увеличить количество рабочих циклов, а кроме того детали из бериллиевой бронзы не искрятся при взаимодействии с камнем или металлом.

Особенное место бериллий занимает в атомной энергетике. Он используется при изготовлении нейтронных отражателей, замедляющих свободные нейтроны. Такую же функцию выполняют и его оксиды. Кроме этого, различные смеси окиси урана с бериллием используются для создания высокоэффективного ядерного топлива.

Специальные сплавы, изготовленные на основе бериллия, широко применяются в аэрокосмической отрасли при производстве обшивки для ракет и самолетов. Такие материалы обладают более надежными характеристиками по сравнению с алюминием, но при этом гораздо легче большинства конструкционных стальных сплавов.

Интересные факты

• До своего нынешнего названия элемент бериллий именовался как «глюциний», что в переводе с греческого glykys означало «сладкий». Такое наименование обусловлено тем, что растворенные соединения бериллия придавали воде сладкий привкус.
• Помимо высокой токсичности, бериллий является аллергеном, а также может вызывать рак. Вдыхание его паров приводит к несовместимым с жизнью заболеваниям органов дыхания, такими как «бериллиоз».
• Благодаря высокой твердости и чрезвычайной легкости бериллий используется как материал для профессиональных громкоговорителей. Однако его высокая цена и потенциальная токсичность при неправильной обработке не позволяют вывести такие аудиосистемы на массового потребителя.
• В своей фантастической повести «Ловушка для простаков» Айзек Азимов неоднократно упоминает бериллиевую пыль и ее влияние на человеческий организм, которое в свою очередь является важным моментом сюжета в произведении.

Бериллий. Бериллий в организме человека. Избыток бериллия

Загрязнение окружающей среды бериллием также связано с развитием промышленности. Бериллий служит источником нейтронов в атомных реакторах. Там, где концентрация этого элемента достигает 0,01 мг на 1 м3 воздуха, могут появиться признаки отравления, различают три стадии:

• лихорадка литейщиков, которая проходит через 24—48 часов;
• токсическое воспаление легких, которое может проявиться по прошествии даже нескольких лет после отравления бериллием;
• хроническое отравление бериллием — бериллиоз, или промышленный саркоидоз легких.

бериллий

Статистика свидетельствует о том, что на 100 таких отравлений бывает, как правило, 10 смертельных случаев.

Бериллий принадлежит к нерадиоактивным элементам. Но его использование за последнее время увеличилось примерно на 500% (в то время как применение бора возросло на 78%, хрома — на 50%, меди — на 30%, марганца — на 45%, никеля — на 70%, цинка — на 44%).

Бериллий — редкий элемент на нашей планете. Он имеет много ценных свойств: очень легок (в 4,5 раза легче железа) и при определенных условиях становится богатым источником нейтронов. Так, Энрико Ферми использовал препараты радия и бериллия в экспериментах, давших миру первый реактор. Бериллий не ржавеет!

Модный цвет волос весна 2019

Долгие годы бериллием вместе с цинком заполняли цветные уличные фонари, свет которых оказался, как выяснилось впоследствии, вредным.

И еще одно свойство бериллия: порошок его, постоянно используемый в топливных смесях для ракет, при сгорании выделяет большое количество энергии. Но все его преимущества перевешивает один недостаток: бериллий ядовит даже в самых минимальных количествах. Он действует губительно на половые функции.

Интенсивное использование бериллия в промышленности, в том числе оборонной, серьезно беспокоит врачей, диетологов, население страны.

Бериллий в организме

Бериллий — токсичный химический элемент. В организм человека бериллий способен поступать как с пищей, так и через легкие. Среднесуточное поступление бериллия составляет 10-20 мкг.

При поступлении в растворимой форме в желудочно-кишечный тракт, бериллий взаимодействует с фосфатами и образует плохо растворимое соединение Be3(PO4)2 или связывается белками эпителиальных клеток в прочные протеинаты.

Поэтому всасываемость бериллия в желудочно-кишечном тракте невелика и колеблется от 4 до 10% от поступившего количества. Этот показатель также зависит от кислотности желудочного сока. Общее количество бериллия в теле взрослого человека лежит в диапазоне от 0,4 до 40 мкг.

Бериллий может принимать участие в регуляции фосфорно-кальциевого обмена, поддержании иммунного статуса организма. Установлено, что активность соединений бериллия отчетливо проявляется в различных биохимических превращениях, связанных с участием неорганических фосфатов.

Повышенное содержание бериллия в пище способствует образованию фосфата бериллия. Систематически «забирая» фосфаты у важнейшей части костей, — фосфата кальция, бериллий, тем самым, ослабляет костную ткань и способствует ее разрушению. Экспериментально известно, что введение этого элемента животным вызывает «бериллиевый» рахит.

Доказано, что даже небольшое количество бериллия в составе костей приводит к их размягчению (бериллиоз). В местах парентерального введения бериллия происходит разрушение окружающих тканей, отсюда бериллий выводится очень медленно. В конечном счете, бериллий депонируется в скелете и печени.

По современным представлениям бериллий это токсичный, канцерогенный и мутагенный элемент. Патогенное действие бериллия наблюдается при его ингаляции в концентрациях, которые превышают ПДК в 2 и более раз. Соли бериллия в концентрации 1 мкмоль/л специфически ингибируют активность щелочной фосфатазы, угнетающе действуют на другие ферменты.

Достаточно хорошо изучены иммунотоксические свойства бериллия. В патологии различают острые и хронические отравления бериллием. Известно, например, что элиминация соединений бериллия из организма (особенно из органов лимфоидной системы, где они аккумулируются), происходит чрезвычайно медленно, в течение более 10 лет.

Повышенный уровень бериллия встречается в семьях рабочих, контактирующих с этим элементом на производстве.

Признаки избытка бериллия в организме

• поражение легочной ткани (фиброз, саркоидоз);
• поражения кожи — экземы, эритемы, дерматоз (при контактах соединений бериллия с кожей);

8. Бериллий. Получение и свойства

Бериллий — светло-серый, легкий, достаточно твердый,хрупкий металл. На воздухе покрываетсяоксидной пленкой.

Получение:

Ввиде простого вещества в XIX веке бериллийполучали действием калияна безводный хлоридбериллия:BeCl2+2K=Be+2KCl.Be C l 2 + 2 K ⟶B e + 2 K C l {displaystyle {mathsf {BeCl_{2}+2KlongrightarrowBe+2KCl}}}

Внастоящее время бериллий получают,восстанавливаяфторидбериллиямагнием:BeF2+Mg=Be+MgF2,

либоэлектролизомрасплава смеси хлоридов бериллия инатрия.

Химические свойства:

Длябериллия характерна только одна степеньокисления +2. По многим химическимсвойствам бериллий больше похож наалюминий, чем на находящийся непосредственнопод ним в таблице Менделеева магний(проявление «диагональногосходства»).Металлический бериллий относительномало реакционноспособен при комнатнойтемпературе.

Пассивируетсяв холодной воде, концентрированныхсерной и азотной кислотах. Восстановитель,реагирует с кипящей водой, разбавленнымикислотами, концентрированными щелочами,неметаллами, аммиаком, оксидами металлов,при нагревании сгорает в кислороде ина воздухе. С металлами бериллий образуетинтерметаллические соединения.

2Be+ O2(900°С)= 2BeO

Сводородом бериллий не реагирует дажепри нагревании до 1000°C, зато он легкосоединяется с галогенами, серой иуглеродом.

Be+ Hal2(нагр.)= 2BeHal2 (7Be+2F→Be7F2;2Be+I2→2BeI)

3Be+ C2H2= BeC2+H2↑

Be+ MgO = BeO + Mg

Взаимодействиес серой: 2Be+S→Be2S

Взаимодействиес азотом(N): 2Be+N2→2BeN

Be+ 2HCl(разб.)= BeCl2+ H2↑

3Be+ 8HNO3(разб)= 3 Be(NO3)2 + 2 NO + 4 H2O

Сощелочами бериллий реагирует, образуясоли-бериллаты, подобные алюминатам.Многие из них имеют сладковатый вкус,но пробовать на язык их нельзя – почтивсе бериллаты ядовиты.

Be+ 2NaOH(конц.)+ H2O= Na2BeO2+ H2↑

Be+ 2NaOH(расплав)= Na2[Be(OH)4]+ H2↑

Взаимодействиес водой:

2Be+3H2O→2H2+ ВеО + Ве(OH)2

2Be+ 3H2O(кип.)= BeO↓ + Be(OH)2↓+ 2H2↑

Бериллийсклонен к образованию комплексныхсоединений при взаимодействии с воднымирастворами щелочей.

Взаимодействиес азотной кислотой:

Взаимодействиес растворами щелочей:

Be+ 2KOH + 2H2O= K2[Be(OH)4]+ H2

Производство и применение:

ВРоссии планируется строительство новогокомбината по производству бериллия к2019 году. На долю остальных странприходилось менее 1 % мировой добычи.Всего в мире производится 300 тонн бериллияв год (2016 год).

Легирование сплавов

Бериллийв основном используют как легирующуюдобавку к различным сплавам. Добавкабериллия значительно повышает твёрдостьи прочность сплавов, коррозионнуюустойчивость поверхностей, изготовленныхиз этих сплавов изделий. РентгенотехникаБериллийслабо поглощает рентгеновскоеизлучение,поэтому из него изготавливают окошкирентгеновскихтрубокЯдернаяэнергетика

Ватомныхреакторахиз бериллия изготовляют отражателинейтронов,его используют как замедлительнейтронов.ЛазерныематериалыВлазерной технике находит применениеалюминат бериллия для изготовлениятвердотельных излучателей (стержней,пластин).Аэрокосмическаятехника

Впроизводстве тепловых экранов и системнаведения с бериллием не можетконкурировать практически ни одинконструкционный материалРакетноетопливоСтоитотметить высокую токсичность и высокуюстоимость металлического бериллия, ив связи с этим приложены значительныеусилия для выявления бериллийсодержащихтоплив, имеющих значительно меньшуюобщую токсичность и стоимость. Однимиз таких соединений бериллия являетсягидридбериллия.ОгнеупорныематериалыОнслужит высокотеплопроводнымвысокотемпературным изолятором иогнеупорным материалом для лабораторныхтиглей и в других специальныхслучаях.Акустика

Ввидусвоей легкости и высокой твёрдостибериллий успешно применяется в качествематериала для электродинамическихгромкоговорителей.Биологическаяроль и физиологическое действие:

Вживых организмах бериллий не несёткакой-либо значимой биологическойфункции. Однако бериллий может замещатьмагнийв некоторых ферментах,что приводит к нарушению их работы.Ежедневное поступление бериллия ворганизм человека с пищей составляетоколо 0,01 мг.

(навсякий случай)

Соединениябериллия (II). В кислых водных растворах ионы Ве2+находятся в виде прочных аква-комплексов[Ве(Н2О)4]2+;в сильно щелочных растворах – в видеионов [Ве(ОН)4]2–.

ОксидВеО– амфолит, при сплавлении взаимодействуети с основными, и с кислотными оксидами:

ВеО+ SiО2= BeSiО3;ВеО + Na2О= Na2BeО2

Принагревании ВеО взаимодействует сощелочами и кислотами:

ВеО+ 2HCl(конц.) = BeCl2

ВеО+ 2NaОН + Н2О= Na2[Ве(ОН)4]

ВеОприменяют в качестве химически стойкогои огнеупорного материала для изготовлениятиглей и специальной керамики, а ватомной энергетике – как замедлительи отражатель нейтронов.

ГидроксидВе(ОН)2– полимерное соединение, и поэтому вводе не растворяется, амфолит.

Ве(ОН)2+2NaОН(конц.) = Na2[Ве(ОН)4]

ВеО+ 2HCl + 3Н2О= [Ве(Н2О)4]Cl2

АмфотерностъВеНа12наиболее отчетливо проявляется уфторида. Так, при нагревании BeF2с основными фторидами образуютсяфторобериллаты (другие галогенобериллатыне характерны): 2KF + BeF2= K2[BeF4]

Привзаимодействии BeF2с кислотными фторидами образуются солибериллия:

BeF2+ SiF4= Be[SiF6]

ГидридВеН2–сильный восстановитель; при его разложенииводой выделяется водород: ВеН2+ 2Н2О= Ве(ОН)2↓+ Н2↑

Na2SО4+ BeSО4= Na2[Be(SО4)2]

(NH4)2CО3+ BeCО3= (NH4)2[Be(CО3)2]

№4 Бериллий

Бериллий был открыт в 1798 году Л. Вокленом в виде берилловой земли (оксида ВеО), когда этот французский химик выяснял общие особенности химического состава драгоценных камней берилла и изумруда. Металлический бериллий был получен в 1828 г. Ф. Велером в Германии и независимо от него А.

Бюсси во Франции. Однако из-за примесей его не удавалось сплавить. Лишь в 1898 г. французский химик П. Лебо, подвергнув электролизу двойной фторид калия и бериллия, получил достаточно чистые металлические кристаллы бериллия.

Интересно, что из-за сладкого вкуса растворимых в воде соединений бериллия элемент вначале называли «глюциний» (от греческого glykys — сладкий). Из-за сходства свойств бериллия и алюминия считалось, что это трехвалентный металл с атомной массой 13,5. Эту ошибку исправил Д.И.

Менделеев, который, исходя из закономерности изменения свойств элементов в периоде, определил бериллию место во второй группе.

Нахождение в природе, получение:

Бериллий относится к редким элементам, его содержание в земной коре 2,6·10-4% по массе. В морской воде содержится до 6·10-7 мг/л бериллия.Основные природные минералы, содержащие бериллий: берилл Be3Al2(SiO3)6, фенакит Be2SiO4, бертрандит Be4Si2O8·H2O и гельвин (Mn,Fe,Zn)4[BeSiO4]3S.

Окрашенные примесями катионов других металлов прозрачные разновидности берилла — драгоценные камни, например, зеленый изумруд, голубой аквамарин, гелиодер, воробьевит и другие. В настоящее время их научились синтезировать искусственно.

В виде простого вещества в XIX веке бериллий получали действием калия на безводный хлорид бериллия:

BeCl2+2K=Be+2KCl.

В настоящее время бериллий получают,восстанавливая его фторид магнием:

BeF2+Mg=Be+MgF2

либо электролизом расплава смеси хлоридов бериллия и натрия. Исходные соли бериллия выделяют при переработке бериллиевой руды.

Физические свойства:

Металлический бериллий — твердый, хрупкий металл серого цвета. На воздухе бериллий, как и алюминий, покрыт оксидной пленкой, придающей ему матовый цвет.

Температура плавления 1278°C, температура кипения около 2470°C, плотность 1,816 кг/м3.

До температуры 1277°C устойчив a-Ве (гексагональная решетка типа магния (Mg), параметры а = 0,22855 нм, с = 0,35833 нм), при температурах, предшествующих плавлению металла (1277-1288°C) — b-Ве с кубической решеткой.

Важнейшие соединения:

Оксид бериллия, BeO встречается в природе в виде редкого минерала бромеллита. Получают термическим разложением сульфата или гидроксида бериллия выше 800° С. Продукт высокой чистоты образуется при разложении основного ацетата [Be4O(OOCH3)6] выше 600°С.

Непрокаленный оксид бериллия гигроскопичен, адсорбирует до 34% воды, а прокаленный при 1500° С — лишь 0,18%. Оксид бериллия, прокаленный не выше 500°С, легко взаимодействует с кислотами, труднее — с растворами щелочей, а прокаленный выше 727° С — лишь со фтороводородной кислотой, горячей концентрированной серной кислотой и расплавами щелочей.

Устойчив к воздействию расплавленных лития, натрия, калия, никеля и железа. Оксид бериллия обладает очень высокой теплопроводностью. Считается одним из лучших огнеупорных материалов, используется для изготовления тиглей и других изделий

Гидроксид бериллия, Be(OH)2 — полимерное соединение, нерастворимое в воде.

Оно проявляет амфотерные свойства: Be(OH)2 + 2КOH = К2[Be(OH)4],       Be(OH)2 + 2HCl = BeCl2 + 2H2O.

Действием на гидроксид бериллия Be(OH)2 растворами карбоновых кислот или при упаривании растворов их бериллиевых солей получают оксисоли бериллия, например, оксиацетат Be4O(CH3COO)6.
Галогениды бериллия, бесцв. крист. вещества, расплываются на воздухе, поглощая влагу. Для получения безводного хлорида используется реакция 2BeO + CCl4 = 2BeCl2 + CO2
Подобно хлориду алюминия BeCl2 является катализатором в реакции Фриделя – Крафтса. В растворах подвергается гидролизу…

Бериллаты, в концентрированных растворах и расплавах щелочей присутствуют бериллаты состава M2BeO2, M3BeO4, в разбавленных растворах гидроксобериллаты M2[Be(OH)4]. Легко гидролизуются до гидроксида бериллия.

…

Гидрид бериллия, BeH2 — полимерное вещество, его получают реакцией:BeCl2 + 2LiH = BeH2 + 2LiCl

Карбид бериллия, Be2С — образуется при взаимодействии бериллия с углеродом. Подобно карбиду алюминия гидролизуется водой с образованием метана.

Применение:

Бериллий в основном используют как легирующую добавку к различным сплавам. Добавка бериллия значительно повышает твердость и прочность сплавов, коррозионную устойчивость поверхностей изготовленных из этих сплавов изделий.

Бериллиевые бронзы (Cu и 3-6% Be) – материал для пружин c большой устойчивостью к механической усталости и совершенно не дающих искр при механических ударах.

Бериллий слабо поглощает рентгеновское излучение, поэтому из него изготавливают окошки рентгеновских трубок (через которые излучение выходит наружу). В атомных реакторах из бериллия изготовляют отражатели нейтронов, его используют как замедлитель нейтронов.

В смесях с некоторыми a-радиоактивными нуклидами бериллий используют в ампульных нейтронных источниках, так как при взаимодействии ядер бериллия-9 и a-частиц возникают нейтроны: 9Ве(a,n)12C.

Физиологическое действие: в живых организмах бериллий, по-видимому, не несет никакой биологической функции, однако бериллий может замещать магний в некоторых ферментах, что приводит к нарушению их работы. Летучие и растворимые соединения бериллия, а также пыль, содержащая бериллий и его соединения, очень токсичны, канцерогенны (ПДК 0,001 мг/м3).

Рудакова Анна Валерьевна
ХФ ТюмГУ, 561 группа.

Свойства бериллия

Бериллий — лёгкий светло-серый металл. Кристаллическая структура а-Be (269-1254°С) гексагональная; Я-Be (1254-1284°С) — объёмноцентрированная, кубическая. Плотность 1844 кг/м3, t плавления 1287°С, t кипения 2507°С.

Обладает наиболее высокой из всех металлов теплоёмкостью 1,80 кДж/кг • К, высокой теплопроводностью 178 Вт/м • К при 50°С, низким удельным электрическим сопротивлением (3,6-4,5) • 10 Ом • м при 20°С; коэффициентом термического линейного расширения 10,3-13,1 • 10-6 град-1 (25- 100°С).

Бериллий — хрупкий металл; ударная вязкость 10-50 кДж/м2. Бериллий обладает малым поперечным сечением захвата тепловых нейтронов.

Соединения бериллия

При нагревании соединяется с кислородом, галогенами и другими неметаллами. С кислородом образует оксид ВеО, с азотом — нитрид Be3N2, с углеродом — карбид Ве2С, с серой — сульфид BeS. Растворим в щелочах (с образованием гидрооксобериллатов) и большинстве кислот.

При высоких температурах бериллий взаимодействует с большинством металлов, образуя бериллиды. Расплавленный бериллий взаимодействует с оксидами, нитридами, сульфидами, карбидами. Из соединений бериллий наибольшее промышленное значение имеют ВеО, Ве(ОН)2, фторбериллаты, например Na2BeF4 и др.

Летучие соединения бериллий и пыль, содержащая бериллий и его соединения, токсичны.

Бериллий — редкий (кларк 6•10-4%), типично литофильный элемент, характерный для кислых и щелочных пород. Из 55 собственных минералов бериллий 50% принадлежит к силикатам и бериллийсиликатам, 24% — к фосфатам, 10% — к окислам, остальные — к боратам, арсенатам, карбонатам.

Близость потенциалов ионизации определяет сродство бериллия и цинка в щелочной среде, так что они одновременно находятся в некоторых гидротермальных месторождениях, а также входят в состав одного и того же минерала — гентгельвина. В нейтральных и кислых средах пути миграции бериллия и цинка резко расходятся.

Некоторое рассеивание бериллия в горных породах определяется его химическим сходством с Al и Si. Особенно близки эти элементы в виде тетраэдрических группировок ВеО46-, AlO45- и SiO44-. В гранитах проявляется большее сродство бериллия к кремнию, а в щелочных породах — к алюминию. Т. к.

энергетически более выгодно замещение Аl3+IV на Ве2+IV, чем Si4+IV на Ве2+IV, то изоморфное рассеивание бериллия в щелочных породах, как правило, выше, чем в кислых. Геохимическая миграция бериллия связана с фтором, с которым он образует весьма устойчивые комплексы BeF42-, BeF31-, BeF20, BeF1+.

При повышении температуры и щёлочности эти комплексы легко гидролизуются до соединений Be(OH)F0, Be(OH)2F1-, в виде которых бериллий мигрирует.

Об основных генетических типах месторождений бериллия и схемы обогащения см. в ст. Бериллиевые руды. В промышленности металлический бериллий получают термическим восстановлением BeF2 магнием, бериллий высокой чистоты — переплавкой в вакууме и вакуумной дистилляцией.

Применение бериллия

Бериллий и его соединения применяют в технике (свыше 70% общего потребления металла) как легирующую добавку к сплавам на основе Cu, Ni, Zn, Al, Pb и других цветных металлов. В ядерной технике Be и ВеО используют в качестве отражателей и замедлителей нейтронов, а также в качестве источника нейтронов.

Малая плотность, высокая прочность и жаростойкость, большой модуль упругости и хорошая теплопроводность позволяют применять бериллий и его сплавы как конструкционный материал в авиа-, ракетостроении и космической технике. Сплавы бериллия и оксида бериллия отвечают требованиям прочности и коррозионной устойчивости в качестве материалов для оболочек твэлов.

Бериллий служит для изготовления окон рентгеновских трубок, нанесения твёрдого диффузионного слоя на поверхность стали (бериллизация), в качестве присадок к ракетному топливу. Потребителем Be и ВеО являются также электротехника и радиоэлектроника; ВеО используют как материал корпусов, теплоотводов и изоляторов полупроводниковых приборов.

Благодаря высокой огнеупорности, инертности по отношению к большинству расплавленных металлов и солей оксид бериллий применяется для изготовления тиглей и специальной керамики.

Бериллий: это что, и где его используют?

Бериллий – это элемент второй группы 2-го периода таблицы Менделеева, имеющий атомный номер 4 и обозначающийся символом Ве. Он высокотоксичный и обладает множеством специфических свойств, которые обусловили его широкое применение во многих сферах. И сейчас будет рассказано как о характеристиках данного элемента, так и об его использовании.

Физические свойства

Выглядит данное вещество как светло-серый металл. Он относительно твердый, по шкале Мооса оценен в 5,5 баллов. Это значит, что его можно повредить лишь с усилием, и только чем-то острым. Он является одним из самых твердых металлов, существующих в чистом виде. По данному показателю его опережает иридий, осмий, вольфрам и уран.

Можно выделить следующие физические характеристики:

• Плотность – 1,848 г/см³.
• Молярный объем – 5,0 см³/моль.
• Температура плавления и кипения – 1278 °C и 2970 °C соответственно.
• Молярная теплоемкость – 16,44 Дж/(K•моль).
• Удельная теплота плавления и испарения – 12,21 и 309 кДж/моль соответственно.

Еще у этого металла высокий модуль упругости, составляющий 300 Гпа. Даже у сталей этот показатель равен 200-210 Гпа. Находясь на воздухе, он активно покрывается стойкой пленкой атмосферного оксида ВеО. Также стоит отметить, что в бериллии очень высокая скорость звука. Она равна 12 600 м/с. А это в два-три раза выше, чем в остальных металлах.

Несмотря на свою впечатляющую твердость, бериллий – это очень хрупкий металл. Скорее всего, данное качество связано с присутствием в нем кислорода. Но эта особенность легко устраняется. Бериллий отправляют в вакуум на переплавку. В данном процессе обязательно участвует раскислитель (титан, например). В результате получается прочный металл с достаточной ковкостью.

Также хрупкость бериллия – это особенность, связанная с распространением в монокристаллах трещин.

Это свойство бериллия всегда устраняется, поскольку из-за него он крайне плохо сваривается и паяется. Кстати, хрупкость может и повыситься – для этого достаточно добавить в металл немного селена (неметалл, халькоген).

Химические особенности

Данный металл по целому ряду своих свойств похож на алюминий – это прослеживается даже в уравнениях реакций бериллия, которые, кстати, весьма специфичны. При комнатной температуре металл имеет низкую реакционную способность, а в компактном виде не взаимодействует даже с водой и паром.

Воздухом он окисляется до температуры 600 °C. Когда данный показатель превышается, то становятся возможными реакции с галогенами. А вот для взаимодействия с халькогенами необходимы еще более высокие температуры.

С аммиаком, например, бериллий может вступить в реакцию, только если будет более 1200 °C. Вследствие этого образуется нитрид Be3N2. Но зато порошок данного вещества горит впечатляющим ярким пламенем.

И при этом образуется нитрид и оксид.

Be(OH)2

Это гидроксид бериллия. При нормальных условиях он выглядит как гелеобразное вещество белого цвета, которое почти не растворяется в воде. Но зато этот процесс успешно происходит, когда он попадает в разбавленную минеральную кислоту.

Вот так, кстати, выглядит реакция серной кислоты и гидроксида бериллия по формуле: Ве(ОН)2 + H2SO4 → BeSO4 + 2Н2О. В результате, как можно видеть, образуется соль и вода. С щелочами оксид тоже взаимодействует.

Выглядит это так: Ве(ОН)2 + 2NaOH → Na2Be(OH)4.

Еще интересная реакция происходит при температурном воздействии. Если увеличить показатель до 140 °C, то вещество разложится на оксид и воду: Ве(ОН)2 → ВеО + Н2О. Кстати, получают гидроксид посредством обработки солей бериллия, которая происходит либо с участием щелочных металлов, либо в ходе гидролиза натрия. Также в данном процессе может участвовать фосфид металла.

BeSO4

Это сульфат бериллия. Это вещество представляет собой твердые кристаллы белого цвета. Его получают в результате взаимодействия серной кислоты и любой соли бериллия в воде. Сопровождается процесс выпариванием и последующей кристаллизацией получающегося в итоге продукта.

Если нагреть гидрат до 400 °C, то получится разложить его на Н2О и безводную соль. У BeSO4 было весьма специфичное применение. Его смешивали с сульфатом радия (неорганическое вещество щелочноземельного радиоактивного металла) и использовали в атомных реакторах в качестве источника нейтронов.

На сегодняшний день его нередко применяют в таком виде альтернативной медицины, как гомеопатия.

Ве(NO3)2

Это нитрат бериллия. Он является средней солью этого металла и азотной кислоты. Данное соединение может существовать лишь как кристаллогидраты различного состава. Безводных нитратов просто не существует.

Вследствие добавления концентрированной азотной кислоты удается выделить из водного раствора тетрагидрат бериллия. Формула выглядит так: Ве(NO3)2•4Н2О. Интересно, что кристаллы данного вещества расплываются на воздухе.

А в результате реакций, проводимых в растворе с 54-процентным содержанием азотной кислоты, может образовываться тригидрат. Также с участием данных веществ можно образовать дигидрат.

Нитрат данного металла раньше активно использовался в производстве колпачков так называемых газокалильных ламп. Он идеально для этого подходил, ведь мог термически разлагаться, образовывая оксид.

Но потом повсеместно начало распространяться электрическое освещение, и данная технология канула в лету, как и применение нитрата. Он, к слову, является токсичным, как и любые другие бериллиевые соединения.

Более того, даже в малых количествах данное вещество – раздражитель, провоцирующий острую пневмонию.

Получение металла

В промышленности бериллий – это активно используемый металл, который нужно производить в большом количестве. Поэтому используется самый оперативный метод. Заключается он в переработке берилла (минерала, кольцевого силиката) в сульфат или гидроксид данного элемента.

Металлический бериллий производят посредством восстановления фторида BeF2 при помощи магния. Осуществляется данный процесс при температурном режиме в 900-1300 °С или другим методом – электролизом хлорида BeCl2.

Получаемое в итоге вещество отправляют на дистилляцию в вакуум. Результатом данного процесса становится металл высокой чистоты.

Металлопроизводство

В этой сфере активно применяется такой химический элемент, как бериллий. Он – эффективная легирующая добавка. Бериллий включают в состав сплавов для того, чтобы повысить их прочности и твердость. С присутствием данного металла они также обретают коррозионную устойчивость.

Изделия, произведенные из сплавов с бериллием, очень долговечные и прочные. Какие, например? Яркий пример – пружинные контакты. Всего 0,5 % этого металла достаточно добавить в бронзу, из которой их делают. Пружины получаются крепкими и остаются упругими вплоть до температуры красного каления.

Они, в отличие от изделий из любого другого сплава, выдерживают миллиарды циклов огромной нагрузки.

В производстве систем наведения и тепловых экранов ни один другой конструкционный металл не проявляет себя так, как бериллий. Ему в данной сфере нет равных. Этот металл добавляют в конструкционные материалы, чтобы они обрели легкость и при этом получили увеличенную стойкость к высоким температурам и прочность. Такие сплавы получаются в полтора раза легче алюминия и прочнее.

Еще в строении аэрокосмической техники используются бериллиды, являющиеся интерметаллическими соединениями данного вещества с другими металлами. Они очень твердые, имеют малую удельную плотность и поразительную устойчивость к температуре.

Поэтому из бериллидов делают обшивки самолетов и ракет, используют их в производстве двигателей, систем наведения, тормозов. Даже сплавы титана по своим качествам проигрывают данным веществам. Кстати, немалому количеству бериллидов свойственны специфические ядерные характеристики.

Именно поэтому их еще применяют в атомной энергетике (делают отражатели нейтронов, например).

Другие сферы применения

Помимо перечисленного, бериллий (точнее его алюминат) также используют в производстве твердотельных излучателей. Были выявлены и топлива, содержащие это вещество. Они являются менее токсичными и более дешевыми, чем все остальные.

В частности, было обнаружено ракетное топливо с гидридом бериллия. Важно отметить, что уже упомянутый ранее оксид бериллия – самый теплопроводный из всех существующих.

Поэтому его используют в качестве высокотемпературного изолятора и стойкого огнеупорного материала.

Вот только из-за хрупкости, дорогостоящей обработки и токсичности динамики с этим металлом применяют лишь в профессиональных аудиосистемах.

А некоторые производители, чтобы улучшить показатели своих продаж, заявляют об использовании этого металла в своей технике, даже если это не так.

Бериллий — свойства, применения сплавы бериллия

История открытия бериллия начинается с XVIII столетия, в конце которого французский химик Л. Воклен пытался установить, чем схож по химическому составу ценный минерал бериллия с изумрудом. Из последнего минерала он и выделил оксид элемента BeO. Получить металлический бериллий удалось лишь 30 лет спустя в 1828 году.

Пройдет еще семидесятилетие, прежде чем другой француз – Поль Лебо синтезирует чистые металлические кристаллы вещества посредством электролиза бериллия и двойного фторида калия. Ученый пошел далее, испытав кристаллический порошок на вкус, откуда и пошло изначальное название элемента – глюциний (glykуs – сладкий в переводе с греческого).

Кстати, во Франции наименование бериллий – Be часто сопровождается Glicinium – Gl до сих пор.

Физические свойства бериллия

В свободном состоянии элемент представляет легкий металл серебристо-серого цвета. На воздухе бериллий приобретает матовый оттенок вследствие, быстрого образования поверхностной оксидной пленки.

Строение атома бериллия включает четыре электрона, образующих конфигурацию 1s22s2. Параметры атомного и ионного радиусов Ве составляют 0.113, 0.034 нанометра, соответственно. Порядковый номер элемента в периодической таблице – 4.

Атомная масса бериллия – 9.0122.

Фото бериллий

Элемент характеризуется плотностью 1.816 грамм на сантиметр кубический, и рядом критических температур:

• фазового перехода от гексагональной к кубической решетке – 1277 0С.

Бериллий характеризуется наивысшей теплоемкостью, относительно других металлов, хорошей теплопроводностью и низким электрическим сопротивлением.

Получение бериллия

Металлический Be получают из одноименного минерала – берилл. Для этого, исходное сырье перерабатывается в гидроксид или сульфат бериллия. В обоих случаях процедура проходит в несколько стадий.

В частности, чтобы получить сульфат бериллия, исходный минерал спекается с известью. Полученное соединение впоследствии обрабатывается серной кислотой.

На заключительной стадии образовавшийся сульфат бериллия выщелачивают водой и осаждают аммиаком.

— Дороже Золота. Первый российский бериллий:

Альтернативные способы получения чистой формы металла, предусматривают вскрытие берилла, с последующей обработкой состава двумя способами, чтобы получить:

1. Фторид бериллия.
2. Хлорид бериллия.

В первом случае, полученный фторид бериллия проходит процедуру восстановления магнием при температуре около 1000 0С. Во втором варианте, для выделения чистого металла производится электролиз хлорида бериллия в смеси с NaCl.

Завершающий этап – получение высокочистого металлического Be происходит различными способами:

• электронное рафинирование.

Полученный металл измельчают до порошкообразного состояния и прессуют в вакууме при температуре около 1150 0С.

Трубная продукция, прутки и прочие виды профилей металла изготавливаются по технологии горячего и теплого выдавливания, тогда как листовой бериллий производится посредством прокатки. Ковки или волочения.

Биологическое воздействие бериллия

Как элемент, Be присутствует в тканях большинства представителей флоры и фауны. Так, концентрация бериллия в почве составляет тысячные доли процента, для золы растений эта величина на порядок меньше.

Относительно животных, Be равномерно распределен у них по тканям, с суммарной концентрацией, которая исчисляется в пределах от десятитысячных до тысячных долей процента. При нормально функционировании организма, половина бериллия выделяется с мочой.

Оставшаяся часть элемента оседает в костях – 30%, печени и почках – по 8%.

Металлическая пыль бериллия — очень опасна для человека

Опасен ли бериллий?

Для человека вредны летучие соединения бериллия, его пыль. Как результат, переработка Be требует соблюдения определенных норм безопасности, в частности использование специальных мер защиты, чтобы избежать отравления бериллием.

Случай в истории СССР

В недалекие советские времена, а именно в 1990 году, в Казахской ССР на одном из металлургических предприятий  (сейчас это АО УМЗ), которое работало с бериллием, произошел взрыв в бериллиевом цехе — вся опасная пыль и мелкая стружка поднялась в небо над городом Усть-Каменогорск. Превышение ПДК вредных веществ, как тогда зафиксировали, составило 14 000 раз.

Всего произошло около 5 взрывов, при этом в воздух поднялось 65 тонн мельчайшего бериллия. Как это все происходило и как боролись с катастрофой — читайте историю большого взрыва.

После взрыва люди боялись последствий, кто-то пророчил, что результат взрыва проявится через 15 лет — на нынешних детях, на беременных женщинах, какие именно тяжелые последствия ждут людей — никто толком не знал.

И вот, прошло уже больше 26 лет — катастрофических изменений в жизни населения города не произошло, не считаю тех людей, кто оказался непосредственно в эпицентре взрыва, городу повезло — пыль осела и не распространилась воздуху.