БЕРИЛЛИЙ — металл настоящего и будущего. Бериллий металл или неметалл.

Содержание

Процессы первичного и звездного зарождения приводят к образованию небольшого количества нестабильных изотопов бериллия. Стабильный изотоп 9 Be может возникать как в звездах, так и в межзвездной среде в результате распада тяжелых ядер, подвергшихся бомбардировке космическими лучами.

БЕРИЛЛИЙ — металл настоящего и будущего

Бериллий — удивительный металл. Он умеренно редок (давно скрыт в «тени» алюминия и его соединений); его уже обнаружили и признали бесполезным. Хотя гениальный Ферсман назвал «медиум» металлом будущего.

Алюминий и бериллий — близнецы по своим свойствам. Даже сегодня, с помощью современных приборов и методов, трудно различить «братьев и сестер». Удивительно, но Луи Воклену удалось открыть новый оксид в конце 18 века. Через тридцать лет было получено некоторое количество нового металла, который был сильно загрязнен примесями.

А спустя 70 лет чистый продукт был получен путем электролиза. Так закончилась история поиска и выделения чистого бериллия. В конце концов, было сказано, что он «не имеет практического применения».

Познавательно: линзы первых очков еще в XIII веке делали из гошенита, бесцветного берилла.

Свойства

Бериллий (beryllium, в разновидностях Be) — щелочной металл, имеет атомный номер 4 в таблице Менделеева.

Относится к металлам серебристо-белого цвета.
Твердый, но хрупкий (тверже, чем другие легкие металлы).
Высокий модуль упругости.
Кристаллическая структура решетки гексагональная.

Он имеет стабильный изотоп 9Be.

Свойства атома
Имя, символ, номер	Бериллий / бериллий (Be), 4
Атомный вес (молекулярная масса)	9.012182(3)1 op. cit. (г/моль)
Электронная конфигурация	He 2s²
Атомный радиус	112 мкм
Химические свойства
Ковалентный радиус	90 мк.м.
Ионный радиус	35 (+2e) m
Электромагнетизм	1,57 (шкала Полинга)
Электродный потенциал	-1,69 В
Состояния окисления	+2 ; 0
Энергия ионизации (первый электрон)	898,8 (9,32) кДж/моль (эВ)
Термодинамические свойства простого вещества
Плотность (в н.у.м.)	1,848 г/см³
Температура плавления	1551 К (1278 °C, 2332 °F)
Температура кипения	3243 К (2970 °C, 5378 °F)
Удельная теплота плавления	12,21 кДж/моль
Удельная теплота парообразования	309 кДж/моль
Молекулярная теплоемкость	16,442 Дж/(К-моль)
Молекулярный объем	5,0 см³/моль
Кристаллическая решетка одного вещества
Решетчатая структура	шестигранный
Параметры решетки	a=2.286 Å; c=3.584 Å
Соотношение Г/А	1,567
Температура Дебая	1000 K
Другие характеристики
Теплопроводность	(300 K) 201 Вт/(м-K)
номер CAS	7440-41-7

Рекомендуется: ПАЛЛАДИУМ — звездный металл, брат платины.

На воздухе покрывается оксидной пленкой.
Реагирует с разбавленными кислотами; концентрированная HNO3 пассивирует бериллий.
Не реагирует с водородом даже при нагреве, но легко образует соединения с углеродом, галогенами и серой.
Проявляет свойства как металлов, так и неметаллов — типичный аморфный металл.

Минералы, добыча

Бериллиевые минералы имеют месторождения:

Аргентина;
Бразилия;
Казахстан;
Индия.

В России эти минералы можно добывать в Свердловской области и в Бурятии.

Бериллий, чистота более 99%, поликристаллический фрагмент

В природе существует около 30 бериллийсодержащих минералов:

берилл;
хризоберилл;
фенакит;
гельвин;
бертрандит.

Россия потеряла свою независимость в плане сырья и производства бериллиевых концентратов.

Проблемы классификации

Бериллий относится к щелочноземельным металлам. Однако его классификация была установлена не сразу.

По химическим свойствам его легко отличить от других металлов этой группы. Он не реагирует с водой, а его гидроксид не является щелочью.

Однако согласно номенклатуре Международного союза теоретической и прикладной химии (IUPAC), все элементы второй группы таблицы Менделеева, а значит и бериллий, сегодня считаются щелочными металлами.

Как был открыт

В открытии элемента принимали участие европейские химики, физик и русский ученый:

Первооткрывателем стал французский химик Луи Николя Воклен. В 1798 он выделил из берилла оксид.
Через тридцать лет его коллеги немец Франц Велер и француз Антуан Бюсси получили, каждый в своей лаборатории, свободный бериллий.
Металлическая форма вещества – заслуга француза Поля Лебо. Физик применил электролиз к расплаву солей вещества.
В России бериллий исследовал Иван Авдеев. Химик проанализировал состав бериллиевых минералов и соединений с Урала, доказав истинную валентность оксида металла.

Интересна история названия этого элемента. Он называется глициниум из-за сладкого вкуса его водорастворимых компонентов. Название бериллий предложили химики Мартин Клапрот (Германия) и Андерс Эккеберг (Швеция).

Термин «бериллий» происходит от названия индийского города Белур, расположенного недалеко от Мадраса. Изумруд, разновидность берилла, который является драгоценным камнем, добывался здесь на протяжении веков.

Формы нахождения в природе

В природе металл встречается в карьерах и первичных месторождениях минералов.

Существует три десятка таких минералов, половина из которых — силикаты, а четверть — фосфаты. Наиболее известны бериллий, феназит и хризоберилл.

БериллФенакитХризоберилл

В земной коре содержится 3,8 г бериллия (в щелочных породах — до 70 г). В одном литре морской воды содержится 0,000006 мг.

Были найдены кристаллы размером в несколько метров и тонн. Их добывают из пегматитов.

Особый интерес представляют ценные сорта бериллия: Аквамарин, изумруд и гелиотроп. Его синий, зеленый и желтый цвет обусловлен присутствием других элементов.

Химические свойства бериллия

Элемент является двухвалентным. Он характеризуется высокой химической активностью. Стабильности бериллия на воздухе способствует быстрое окисление: образование прочной поверхностной пленки ВеО, которая препятствует дальнейшим реакциям. Дальнейшее быстрое окисление металла происходит при нагревании выше 800 0 C. Взаимодействие металла с водой происходит только после достижения температуры кипения. Бериллий растворим в большинстве кислот, за единственным исключением — концентрированной азотной кислотой. Элемент также растворим в водных растворах щелочей и образует соли бериллия.

Видео — Бериллий. Легкий и дорогой металл:

Be взаимодействует с другими элементами в основном путем нагревания. Нитрид бериллия образуется при температуре выше 650 0 С в атмосфере азота. Взаимодействие Be с углеродом при температуре 1200 0 C и выше превращает металл в карбид бериллия. Еще более интересным является образование гидрида бериллия. Это происходит потому, что сам металл не взаимодействует с водородом при любых температурах. Поэтому гидрид бериллия можно получить только путем разложения органических соединений, содержащих Be. Еще одним свойством гидрида бериллия является то, что он стабилен только при температурах ниже 240 0 C.

Получение бериллия

Металл Be извлекается из одноименного минерала — бериллия. Для этого сырье перерабатывается в гидроксид бериллия или сульфат бериллия. В обоих случаях процесс включает в себя несколько этапов. Для получения сульфата бериллия исходный минерал спекают с известью. Затем полученное соединение обрабатывают серной кислотой. На последней стадии полученный сульфат берилла промывают водой и осаждают аммиаком.

Видео — Дороже, чем золото. Первый российский бериллий:

Альтернативные методы получения чистой формы металла включают в себя зачистку бериллия и последующую обработку состава двумя способами для его получения:

В первом варианте полученный фторид берилла подвергают процессу восстановления с магнием при температуре около 1000 0 С. Второй вариант включает электролиз. Во втором варианте для получения чистого металла проводится электролиз хлорида берилла, смешанного с NaCl.

Заключительный этап, производство металла высокой чистоты Be, осуществляется несколькими способами:

дистилляция в вакууме;

зонная плавка;

электронное рафинирование.

Полученный металл измельчают в порошок и прессуют под вакуумом при температуре около 1150 0С.

Трубы, прутки и другие виды металлических профилей производятся методом горячей или теплой экструзии, а бериллиевые листы — методом прокатки. Ковка или волочение.

Применение бериллия

Как и в случае с другими металлами, спрос на бериллий зависит от его физических и химических свойств. В частности, низкое значение сечения захвата тепловых нейтронов, присущее этому элементу, и его малая масса делают металл перспективным для использования в ядерных реакторах. Он используется для производства нейтронных регуляторов и отражателей для этих установок.

Высокая прочность и модуль упругости бериллия при низкой плотности элементов сделали его интересным для таких отраслей промышленности, как аэрокосмическая и ракетная. Единственным препятствием для широкого использования этого металла в качестве конструкционного материала является хрупкость Be при комнатной температуре. Тем не менее, тугоплавкие металлы со сплавами бериллия по-прежнему являются перспективными конструкционными материалами для аэрокосмической и ракетной промышленности.

Высокая рентгеновская проницаемость металла (в 17 раз выше, чем у алюминия) также доказала свою ценность. Из него изготавливают стекла рентгеновских трубок. Еще одно применение бериллия — в качестве твердого ракетного топлива.

Детали из бериллиевой бронзы

Кроме того, этот элемент имеет большой потенциал в качестве легирующего агента в металлических сплавах. Бериллий, даже в незначительных количествах, может значительно улучшить свойства соединений, такие как твердость, прочность и коррозионная стойкость. Один из перспективных способов легирования Be связан со сплавами меди. Включение этого элемента в пропорции 3 — 6 % позволяет получить бериллиевую медь — материал, который интенсивно используется для производства пружин с улучшенными свойствами:

устойчивость;

низкая механическая усталость;

отсутствие искрения в результате ударов.

Бериллиевая бронза также используется в качестве покрытия для космических аппаратов. Кроме того, бериллий также используется в космических полетах, в том числе на транспорте в качестве сплава в космических аппаратах, поскольку этот сплав превосходит легированные стали по вязкости разрушения. Еще одним фактором в пользу бериллиевой бронзы является ее низкая механическая усталость при эксплуатации.

Со временем открылись новые перспективы использования этого металла. Таким образом, металлургическое применение бериллия связано с парой Be-Mg. Добавление 0,005% бериллия резко снижает расход магния на испарение и окисление. В медицине хлорид берилла используется как вещество для диагностики туберкулеза. Массовое потребление бериллия и рост его цены начались в середине прошлого века, что раскрывает еще одну важную деталь, связанную с обработкой этого металла.

Бериллиевые минералы имеют месторождения:

Аргентина;
Бразилия;
Казахстан;
Индия.

В России эти минералы можно добывать в Свердловской области и в Бурятии.

Читайте также. Самые страшные экологические катастрофы в океанах

Бериллий, чистота более 99%, поликристаллический фрагмент.

В природе существует около 30 бериллийсодержащих минералов:

берилл;
хризоберилл;
фенакит;
гельвин;
бертрандит.

Интересно: бериллий содержит драгоценные камни: изумруд, аквамарин, спарганит.

Россия потеряла свою независимость в плане сырья и производства бериллиевых концентратов.

Происхождение названия

Структурная схема атома бериллия Определение элемента бериллий

Название минерала берилл (бериллий) (бериллосиликат и алюминия, Be3Al2Si6O18) происходит от названия города Белур (Веллуру) на юге Индии, недалеко от Мадраса. Месторождения изумрудов, разновидности берилла, были известны в Индии с древних времен. Из-за сладкого вкуса водорастворимых соединений бериллия этот элемент первоначально назывался «глюциний» (от греч. glykys = сладкий).

Производство

Процессы извлечения чистого бериллия сложны и грязны.

Бериллиевая сфера

На мировом рынке есть три страны, которые охватывают весь цикл:

Обновление: Китай не экспортирует продукцию, которую производит, а покупает продукты производства.

Получение

Как простое вещество, бериллий был создан в 19 веке действием калия в безводном хлориде берилла:

BeCl₂+ 2K ⟶ Be + 2KCl

Сегодня бериллий получают путем восстановления фторида бериллия магнием:

BeF₂+ Mg ⟶ Be + MgF₂или путем электролиза расплавленной смеси хлорида бериллия и хлорида натрия. Исходные соли бериллия получают при переработке бериллиевых руд.

Производство и применение

В 2000 году основными производителями бериллия были: США (с большим отрывом), а также Китай и Казахстан. Россия также произвела первый бериллий в 2014 году. В 2019 году Россия планирует построить новый бериллиевый завод. Ежегодно в мире производится 300 тонн бериллия (2016 год).

Легирование сплавов

Бериллий в основном используется в качестве сплава для различных сплавов. Добавление бериллия значительно повышает твердость и прочность сплавов, а также коррозионную стойкость поверхностей, изготовленных из этих сплавов. В машиностроении довольно широко используются бериллиевые бронзы типа BeB (пружинные контакты). Добавление 0,5% бериллия в сталь позволяет производить пружины, которые остаются упругими до отжига. Эти пружины могут выдерживать миллиарды циклов значительных нагрузок. Кроме того, бериллиевая бронза не дает искр при ударе о камень или металл. Один из сплавов имеет собственное название: Рэндол. Из-за сходства с золотом рандол также называют «цыганским золотом».

Рентгенотехника

Бериллий слабо поглощает рентгеновское излучение и поэтому используется для изготовления окон в рентгеновских трубках (через которые выходит излучение) и окон в детекторах рентгеновского и гамма-излучения, через которые излучение попадает в детектор.

Ядерная энергетика

В ядерных реакторах бериллий используется для создания отражателей нейтронов и в качестве буфера нейтронов. В смеси с некоторыми альфа-радиоактивными нуклидами бериллий используется в источниках нейтронов Абула, поскольку при взаимодействии ядер бериллия-9 и альфа-частиц образуются нейтроны: 9 Be + альфа → n + 12 C.

Оксид бериллия вместе с металлическим бериллием служит более эффективным буфером и отражателем нейтронов, чем чистый бериллий в атомной механике. Кроме того, оксид бериллия используется в сочетании с оксидом урана в качестве очень эффективного ядерного топлива. Фторид берилла, сплавленный с фторидом лития, используется в качестве теплоносителя и растворителя для солей урана, плутония и тория в высокотемпературных жидкосолевых ядерных реакторах.

Фторид бериллия используется в ядерной технологии для приготовления стекла, которое используется для регулирования малых потоков нейтронов. Технологически и качественно лучшим составом этого стекла является (BeF₂— 60 %, PuF₄— 4 %, AlF₃— 10 %, MgF₂— 10 %, CaF₂— Этот состав иллюстрирует пример использования соединений плутония в качестве (частичного) строительного материала.

Лазерные материалы

В лазерной технологии бериллиевый алюминий используется для производства твердотельных облучателей (стержней, пластин).

Аэрокосмическая техника

В производстве тепловых экранов и систем наведения вряд ли какой-либо конструкционный материал может конкурировать с бериллием. Строительные материалы на основе бериллия легкие, прочные и устойчивые к высоким температурам. Будучи в 1,5 раза легче алюминия, эти сплавы также прочнее многих специальных сталей. Бериллиевые сплавы используются в качестве конструкционных материалов для ракетных и авиационных двигателей и обшивки, а также в ядерных технологиях.

Ракетное топливо

Поскольку металлический бериллий очень токсичен и дорог, были предприняты значительные усилия для поиска бериллийсодержащих топлив со значительно меньшей общей токсичностью и стоимостью. Одним из таких соединений бериллия является гидрид бериллия.

Биологическая роль и физиологическое действие

В живых организмах бериллий не имеет значимой биологической функции. Однако бериллий может замещать магний в некоторых ферментах так, что они не функционируют должным образом. Суточное потребление бериллия в рационе составляет около 0,01 мг.

Летучие (и растворимые) соединения бериллия, включая бериллийсодержащие порошки, являются высокотоксичными. Для воздуха значение МАК для бериллия составляет 0,001 мг/м3. Бериллий обладает сильным аллергическим и канцерогенным действием. Вдыхание воздуха, содержащего бериллий, приводит к бериллиозу — тяжелому респираторному заболеванию.

Периодическая таблица химических элементов Д. Менделеева

Uue

Убн

Убу

Ubb

Ubt

Ubq

Ubp

Ubh

Ubs