БЕРИЛЛИЙ: описание металла, свойства, сферы применения и месторождения

Главная › Металлы

10.10.2020

Бериллий — металл удивительный. Скромный (долго прятался в «тени» алюминия и его соединений); уже обнаруженный, был объявлен непригодным к использованию. Хотя гениальный Ферсман назвал «скромника» металлом будущего.

История

Алюминий и бериллий — близнецы по свойствам. Даже сейчас с современными приборами и методами сложно отличить этих «братьев». Удивительно, что Луи Воклену в конце XVIII удалось открыть новый окисел. Через 30 лет получили некоторое количество нового металла, сильно загрязненного примесями.

БЕРИЛЛИЙ: описание металла, свойства, сферы применения и месторождения

А 70 лет спустя методом электролиза получили чистый продукт. На этом история с поиском и выделением чистого бериллия прекратилась. Ведь о нем сказали, что «практического применения не имеет».

Свойства

БЕРИЛЛИЙ: описание металла, свойства, сферы применения и месторождения

Характеристики:

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

Имеет один стабильный изотоп 9Be.

Свойства атома
Название, символ, номер

Атомная масса
(молярная масса)

Электронная конфигурация

Радиус атома

Химические свойства
Ковалентный радиус

Радиус иона

Электроотрицательность

Электродный потенциал

Степени окисления

Энергия ионизации
(первый электрон)

Термодинамические свойства простого вещества
Плотность (при н. у.)

Температура плавления

Температура кипения

Уд. теплота плавления

Уд. теплота испарения

Молярная теплоёмкость

Молярный объём

Кристаллическая решётка простого вещества
Структура решётки

Параметры решётки

Отношение c/a

Температура Дебая

Прочие характеристики
Теплопроводность

Номер CAS

Бери́ллий / Beryllium (Be), 4
9,012182(3)[1] а. е. м. (г/моль)
[ He ] 2s²
112 пм
90 пм
35 (+2e) пм
1,57 (шкала Полинга)
−1,69 В
+2 ; 0
 898,8 (9,32) кДж/моль (эВ)
1,848 г/см³
1551 K (1278 °C, 2332 °F)
3243 K (2970 °C, 5378 °F)
12,21 кДж/моль
309 кДж/моль
16,44[2] Дж/(K·моль)
5,0 см³/моль
гексагональная
a=2,286 Å; c=3,584 Å
1,567
1000 K
(300 K) 201 Вт/(м·К)
7440-41-7

Рекомендуем:  БРОНЗА — сплав для всех времен и народов

Химические свойства:

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

Минералы, добыча

Месторождениями бериллиевых минералов обладают:

  • Аргентина;
  • Бразилия;
  • Казахстан;
  • Индия.

В России добычу этих минералов можно производить в Свердловской области и Бурятии.

БЕРИЛЛИЙ: описание металла, свойства, сферы применения и месторожденияБериллий, чистота более 99%, поликристаллический фрагмент

В природе около 30 бериллийсодержащих минералов:

  • берилл;
  • хризоберилл;
  • фенакит;
  • гельвин;
  • бертрандит.

Россия утратила сырьевую и производственную независимость в производстве бериллиевых концентратов.

Производство

Способы получения чистого бериллия предполагают использование сложных и грязных процессов.

БЕРИЛЛИЙ: описание металла, свойства, сферы применения и месторождения

На мировом рынке три страны с полным циклом производства:

Применение

Чистый бериллий имеет стратегическое значение.

БЕРИЛЛИЙ: описание металла, свойства, сферы применения и месторожденияОксид бериллия 99,9 % (изделие)

Применение этого легкого металла оправдано в аэрокосмической, электронной промышленности, в медицине и ВПК.

Бериллий применяют для:

  1. Производства гамма-детекторов, рентгеновских трубок.
  2. Замедления нейтронов в атомных реакторах.
  3. Производства гироскопов для ракет, искусственных спутников Земли.
  4. В составе сплавов значительно улучшает их твердость и пластичность.

Плюсы и минусы

Достоинства Недостатки
Относится к самым легким и прочным элементам Хрупкость металла
Самое низкое (среди металлов) сечение захвата нейтронов, высокое значение их отражения Вредность, токсичность бериллия и его пыли
Сплавы с Be сочетают твердость и пластичность Высокая цена

Бериллиевая бронза не искрит; редкое качество, используют для работы в шахтах.

Цена

Цена металлического бериллия зависит от продавца:  от 7 070 до 10 800 рублей за килограмм.

Стоимость соединений (рублей за килограмм):

  • BeWO4 — 1420 000;
  • BeZrO3 — 13 000;
  • BeAl2O4 — 13 000 000.

Бериллий — металл настоящего и будущего Ссылка на основную публикацию БЕРИЛЛИЙ: описание металла, свойства, сферы применения и месторождения БЕРИЛЛИЙ: описание металла, свойства, сферы применения и месторождения

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.

БЕРИЛЛИЙ: описание металла, свойства, сферы применения и месторождения

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.

Химические свойства бериллия

Элемент 2-валентен. Его отличает высокая химическая активность. Устойчивости бериллия на воздухе способствует быстрое окисление: образование прочной поверхностной пленки ВеО, препятствует дальнейшим реакциям.

Дальнейшее быстрое окисление металла происходит при нагревании свыше 800 0С. Взаимодействие металла с водой происходит только после достижения температуры ее кипения. Бериллий растворим в большинстве кислот, исключение составляет только концентрированная азотная.

Также элемент растворяется в водных растворах щелочей, образуя соли бериллия.

Видео – Бериллий. Легкий и дорогой металл:

Взаимодействие Be с другими элементами происходит преимущественно при нагревании. Так, нитрид бериллия образуется при температуре свыше 650 0С в атмосфере азота. Взаимодействие Be с углеродом при 1200 0С и выше переводит металл в карбид бериллия. Более интересно происходит образование гидрида бериллия.

Действительно сам металл не взаимодействует с водородом при любых температурах. Поэтому получить гидрид бериллия можно только вследствие разложения органических соединений, содержащих Be. Еще одна особенность, которой характеризуется гидрид бериллия – он устойчив только при температурах менее 240 0С.

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.

Видео – 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.

Читайте также:  Демантоид: свойства, месторождения, кому подходит, значение и стоимость украшений с камнем

Применение бериллия

Как и для прочих металлов, востребованность бериллия связана с его физико-химическими свойствами. В частности, присущая элементу низкая величина сечения захвата тепловых нейтронов, а также его малая масса, делает металл перспективным для использования в атомных реакторах. Из него изготавливаются замедлители и отражатели нейтронов для этих установок.

Высокие параметры прочности и модуля упругости при низкой плотности элемента вызвали интерес к бериллию со стороны таких отраслей, как авиационная и космическая техника, ракетостроение.

Единственное препятствие для широкого использования металла в качестве конструкционного материала связана с с хрупкостью Be при комнатной температуре.

Тем не менее, легированные бериллием тугоплавкие металлы, – остаются перспективными конструкционными материалами в авиации и ракетостроении.

Высокая проницаемость рентгеновским излучением (превышает аналогичный параметр алюминия в 17раз) тоже нашла применение металлу. Из него производятся окна рентгеновских трубок. Наконец, еще одно использование бериллия связано с применением это соединений в качестве твердого ракетного топлива.

БЕРИЛЛИЙ: описание металла, свойства, сферы применения и месторождения

Детали из бериллиевой бронзы

Альтернативно, элемент имеет высокий потенциал как легирующая добавка к сплавам металлов.

Бериллий даже в незначительных пропорциях способен существенно улучшать такие характеристики соединений, как твердость, прочность, устойчивость к коррозии. Одно из перспективных направлений легирования Be связано со сплавами меди.

Внедрение элемента на уровне 3 – 6%, создает бериллиевые бронзы – материал, интенсивно используемый в производстве пружин с улучшенными характеристиками:

  • низкая механическая усталость;
  • отсутствие искрения в результате ударов.

Используется бериллиевая бронза и как обшивка кораблей в космонавтике. Это обусловлено, тем, что данный сплав превосходит легированные стали по разрывной прочности. Дополнительный фактор в пользу бериллиевой бронзы – низкий уровень механической усталости в процессе эксплуатации.

Со временем открываются новые перспективы использования металла. Так, металлургическое применение бериллия связано с парой Be-Mg. Добавка 0,005% бериллия резко сокращает расход магния на испарение и окисление.

В медицине применяется хлорид бериллия, как вещество для диагностики туберкулеза.

Массовое потребление бериллии, как и рост цен на него, началось с середины прошлого века, что открыло другую важную деталь, связанную с переработкой этого металла.

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%.

БЕРИЛЛИЙ: описание металла, свойства, сферы применения и месторождения

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.

БЕРИЛЛИЙ: описание металла, свойства, сферы применения и месторождения

Так сегодня выглядит территория завода АО “УМЗ” в котором и сейчас существует бериллиевый цех

История открытия и свойства металла бериллий

Бериллий — металл светло-серого цвета, отличающийся повышенной хрупкостью. Он находится в периодической таблице Менделеева под 4 номером. Это хрупкий металл светло-серого цвета. Он применяется в разных сферах деятельности. Его часто используют в ядерной энергетике.

БЕРИЛЛИЙ: описание металла, свойства, сферы применения и месторожденияХимический элемент бериллий

История открытия

Металл был открыт в 1798 году благодаря работам известного французского химика Луи Никола Воклена. Ученый назвал новый элемент глюцинием. Большой вклад в изучение этого металла внес известный русский химик Иван Авдеев. Он изучал природные соединения, минералы, которые содержат это вещество.

Выведение бериллия в чистом виде произошло в 1828 году. Открытие произвел французский химик Антуан Бюсси. Практически одновременно с ним, но независимо от его работ, этот элемент получил немецкий химик Фридрих Велер. Получить чистый бериллий получилось у Поля Лебо в 1898 году. Он добился успеха благодаря электролизу расплавленных солей этого элемента.

Свое наименование элемент получил от минерала, в котором он содержится в большем количестве, — берилла. Первое название «глюциний или глиций» появилось из-за того что соединения этого элемента при растворении в воде давали сладковатый привкус.

Металл бериллий ( Instagram / faradeiblag)

Запасы и месторождения

Основная масса бериллия находится в магматических породах, в которых он замещает кремний. Металл присутствует в мусковитах, темноцветных минералах. В щелочных породах он практически полностью рассеивается.

Металл содержится более чем в 30 минералах. Шесть из них встречаются достаточно часто. К ним относятся — фенакит, бертрандит, хризоберилл, даналит, гельвин, берилл.

Добыча и промышленное получение

Добыча начинается с разработки карьеров. Процесс промышленного получения состоит из нескольких этапов:

  1. Подготовка руды.
  2. Переработка минералов в сульфат или гидроксид бериллия.
  3. Спекание с известью. Проводится в промышленных печах.
  4. Обработка серной кислотой.
  5. Выщелачивание водой.
  6. Осаждение чистого металла аммиаком.

Альтернативные способы получения:

  1. Фторид бериллия восстанавливается с помощью магния. Процедура проводится при температуре 1000°C.
  2. Чистый металл выделяется с помощью электролиза.

При использовании таких способов получения бериллий подвергают дополнительной обработке — зонной плавке, электронному рафинированию или дистилляции в вакууме.

Минерал берилл ( Instagram / chemicator)

Свойства и характеристики

Бериллий имеет уникальные свойства, которые выделяют его среди других металлов. От них зависят сферы применения материала.

Физические

Свойства:

  1. Номер в периодической таблице Менделеева — 4.
  2. Твердость по шкале Мооса — 5,5 баллов.
  3. Модуль упругости — 300 Гпа.
  4. Показатель плотности — 1844 кг/м3.
  5. Температура плавления — 1287°C.
  6. Показатель теплоемкости — 1,80 кДж/кг • К.
  7. Конфигурация внутренней решетки — гексагональная, кубическая, объемноцентрированная.
  8. Теплопроводность — 178 Вт/м • К при 50°С.
  9. Температура кипения — 2507°C.
  10. Удельное электрическое сопротивление — (3,6-4,5) • 10 Ом • м при 20°С.
  11. Ударная вязкость — 10-50 кДж/м2.

При нормальном состоянии бериллий — хрупкий металл светло-серого цвета.

Читайте также:  КОБАЛЬТ: описание металла, свойства, сферы применения и месторождения

Чистый бериллий ( Instagram / chemistry_easy)

Химические

Химические свойства металла:

  1. Валентность — 2.
  2. Реагирует с галогенами при высоких температурах.
  3. Не вступает в реакции с водородом.
  4. Взаимодействует с щелочами, кислотами.

Степени окисления — +1 или +2. По химическим характеристикам его можно сравнить с алюминием. Металлический бериллий при комнатной температуре практически не вступает в реакции с другими веществами.

Механические

Механические свойства этого металла зависят от наличия сторонних примесей, легирующих добавок, методов обработки, которые применялись при его получении, величины зерен.

Свойства:

  1. Максимальный предел прочности на вытяжку — 400–800Мн/м2.
  2. Предел текучести — 250–600 Мн/м2.
  3. Относительное удлинение — до 12%.

Показатель пластичности начинает повышаться при нагревании до 200°.

Оксид бериллия ( Instagram / bvballiance)

Где используется бериллий?

Сферы применения:

  1. Производство рентгенотехники. Металл практически не поглощает электромагнитные волны.
  2. Производство лазерной техники. Из алюмината бериллия изготавливаются твердотельные излучатели — пластины, стержни.
  3. Ядерная энергетика. Металл используется для изготовления нейтронных отражателей. Они нужны для замедления потока нейтронов. Фторид бериллия применяется для сварки стекла при сборке атомной техники.
  4. Производство аэрокосмической техники. Этот металл не имеет аналогов при изготовлении систем наведения, тепловых экранов. Готовые конструкции выделяются высокой прочностью, малым удельным весом, устойчивостью к перепадам температуры.
  5. Изготовление огнеупорных материалов.
  6. Ракетное топливо. В ходе экспериментов ученые смогли сделать бериллийсодержащие виды топлива, которые отличаются низкой токсичностью.
  7. Изготовление электродинамических громкоговорителей.

Основное направление применения бериллия — легирование металлических сплавов. Этот компонент повышает прочность, твердость, коррозийную стойкость металлов.

Ракета ( Instagram / ruspacelive)

Влияние на организм

Бериллий содержится в тканях разных представителей фауны, флоры. При небольшом содержании металл безвреден для организма. Если внутренние органы, системы функционируют в нормальном режиме, большая часть этого металла выводится из организма с мочой. Около 30% оседает в костях, 8% — в почках, печени.

Вредной является пыль бериллия, которая образуется при его добыче, промышленном получении. Чтобы избежать отравления бериллием, нужно использовать защитный костюм, респиратор и очки.

В 1990 году на одном из заводов, перерабатывающем бериллий в Казахской ССР, произошел мощный взрыв. Над городом Усть-Каменогорск поднялся столп мельчайшей металлической пыли.

Количество вредных веществ в воздухе превысило норму в 14 000 раз. Всего было зафиксировано 5 взрывов.

Многие пророчили дурное будущее жителям города, но каких-либо серьезных ухудшений в здоровье жителей из-за произошедшей катастрофы отмечено не было.

Сплавы

Сплавы на основе бериллия начали получать популярность с 1950 годов. Его содержание в смеси с другими компонентами могло составлять от 5 до 80%. Для повышения пластичности к нему добавляют магний, медь или алюминий.

Бериллий — опасный токсичный металл, пыль которого может вызвать тяжелые заболевания дыхательных путей. Если при его добыче и переработке использовать защитные костюмы, можно свести негативное влияние к нулю. Металл используется в разных направлениях промышленности.

БЕРИЛЛИЙ: описание металла, свойства, сферы применения и месторождения

Бериллий

Бериллий (Be, лат. beryllium) — химический элемент второй группы, второго периода периодической системы с атомным номером 4. Как простое вещество представляет собой относительно твёрдый металл светло-серого цвета, имеет очень высокую стоимость. Высокотоксичен.

Открыт в 1798 году французским химиком Луи Никола Вокленом, который назвал его глюцинием. Современное название элемент получил по предложению химиков немца Клапрота и шведа Экеберга.

Большую работу по установлению состава соединений бериллия и его минералов провёл русский химик Иван Авдеев. Именно он доказал, что оксид бериллия имеет состав BeO, а не Be2O3, как считалось ранее.

В свободном виде бериллий был выделен в 1828 году французским химиком Антуаном Бюсси и независимо от него немецким химиком Фридрихом Вёлером. Чистый металлический бериллий был получен в 1898 году французским физиком Полем Лебо с помощью электролиза расплавленных солей.

Происхождение названия

Название бериллия произошло от названия минерала берилла (др.-греч.

βήρυλλος) (силикат бериллия и алюминия, Be3Al2Si6O18), которое восходит к названию города Белур (Веллуру) в Южной Индии, недалеко от Мадраса; с древних времён в Индии были известны месторождения изумрудов — разновидности берилла. Из-за сладкого вкуса растворимых в воде соединений бериллия элемент вначале называли «глиций» (др.-греч. γλυκύς — сладкий).

Нахождение в природе

Среднее содержание бериллия в земной коре 3,8 г/т и увеличивается от ультраосновных (0,2 г/т) к кислым (5 г/т) и щелочным (70 г/т) породам. Основная масса бериллия в магматических породах связана с плагиоклазами, где бериллий замещает кремний.

Однако наибольшие его концентрации характерны для некоторых тёмноцветных минералов и мусковита (десятки, реже сотни г/т).

Если в щелочных породах бериллий почти полностью рассеивается, то при формировании кислых горных пород он может накапливаться в постмагматических продуктах постколлизионных и анорогенных гранитоидов — пегматитах и пневматолито-гидротермальных телах.

В кислых пегматитах образование значительных скоплений бериллия связано с процессами альбитизации и мусковитизации. В пегматитах бериллий образует собственные минералы, но часть его (ок. 10 %) находится в изоморфной форме в породообразующих и второстепенных минералах (микроклине, альбите, кварце, слюдах, и др.).

В щелочных пегматитах бериллий устанавливается в небольших количествах в составе редких минералов: эвдидимита, чкаловита, анальцима и лейкофана, где он входит в анионную группу. Постмагматические растворы выносят бериллий из магмы в виде фторсодержащих эманаций и комплексных соединений в ассоциации с вольфрамом, оловом, молибденом и литием.

Содержание бериллия в морской воде чрезвычайно низкое — 6⋅10−7 мг/л.

Известно более 30 собственно бериллиевых минералов, но только 6 из них считаются более-менее распространёнными: берилл, хризоберилл, бертрандит, фенакит, гельвин, даналит. Промышленное значение имеет в основном берилл, в России (Республика Бурятия) разрабатывается фенакит-бертрандитовое Ермаковское месторождение.

Разновидности берилла считаются драгоценными камнями: аквамарин — голубой, зеленовато-голубой, голубовато-зелёный; изумруд — густо-зелёный, ярко-зелёный; гелиодор — жёлтый; известны ряд других разновидностей берилла, различающихся окраской (темно-синие, розовые, красные, бледно-голубые, бесцветные и др.). Цвет бериллу придают примеси различных элементов.

Месторождения

Месторождения минералов бериллия присутствуют на территории Бразилии, Аргентины, Африки, Индии, Казахстана, России (Ермаковское месторождение в Бурятии, Малышевское месторождение в Свердловской области, пегматиты восточной и юго-восточной части Мурманской области) и др.

Физические свойства

Бериллий — относительно твёрдый (5,5 баллов по Моосу), но хрупкий металл серебристо-белого цвета. Достаточно твердый металл (5,5 по Моосу), превосходящий по твердости другие легкие металлы (алюминий, магний). Имеет высокий модуль упругости — 300 ГПа (у сталей — 200—210 ГПа). На воздухе активно покрывается стойкой оксидной плёнкой BeO. Скорость звука в бериллии очень высока — 12 600 м/с, что в 2—3 раза больше, чем в других металлах.

Химические свойства

Для бериллия характерны две степени окисления +1 и +2. Гидроксид бериллия (II) амфотерен, причём как основные (с образованием Be2+), так и кислотные (с образованием [Be(OH)4]2−) свойства выражены слабо.

Степень окисления +1 у бериллия была получена при исследовании процессов испарения бериллия в вакууме в тиглях из оксида бериллия BeO с образованием летучего оксида Be2O в результате сопропорционирования BeO + Be = Be2O.

По многим химическим свойствам бериллий больше похож на алюминий, чем на находящийся непосредственно под ним в таблице Менделеева магний (проявление «диагонального сходства»).

Металлический бериллий относительно мало реакционноспособен при комнатной температуре. В компактном виде он не реагирует с водой и водяным паром даже при температуре красного каления и не окисляется воздухом до 600 °C.

Порошок бериллия при поджигании горит ярким пламенем, при этом образуются оксид и нитрид. Галогены реагируют с бериллием при температуре выше 600 °C, а халькогены требуют ещё более высокой температуры.

Читайте также:  КАМЕНЬ АГАТ: ТОП-16 самых оригинальных видов

Аммиак взаимодействует с бериллием при температуре выше 1200 °C с образованием нитрида Be3N2, а углерод даёт карбид Ве2С при 1700 °C. С водородом бериллий непосредственно не реагирует.

Бериллий легко растворяется в разбавленных водных растворах кислот (соляной, серной, азотной), однако холодная концентрированная азотная кислота пассивирует металл. Реакция бериллия с водными растворами щелочей сопровождается выделением водорода и образованием гидроксобериллатов:

 Be + 2NaOH + 2H2O → Na2[Be(OH)4] + H2↑

При проведении реакции с расплавом щелочи при 400—500 °C образуются бериллаты:

 Be + 2NaOH → Na2BeO2 + H2↑

Изотопы бериллия

Основная статья: Изотопы бериллия

Природный бериллий состоит из единственного изотопа 9Be. Все остальные изотопы бериллия (их известно 11, исключая стабильный 9Be) нестабильны. Наиболее долгоживущих из них два: 10Be с периодом полураспада около 1,4 млн лет и 7Be с периодом полураспада 53 дня.

Происхождение бериллия

В процессах как первичного, так и звёздного нуклеосинтеза рождаются лишь лёгкие нестабильные изотопы бериллия. Стабильный изотоп  9Be может появиться как в звёздах, так и в межзвёздной среде в результате распада более тяжелых ядер, бомбардируемых космическими лучами.

Получение

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 фторид бериллия магнием:

 BeF2 + Mg ⟶ Be + MgF2, либо электролизом расплава смеси хлоридов бериллия и натрия. Исходные соли бериллия выделяют при переработке бериллиевой руды.

Производство и применение

По состоянию на 2000 год основными производителями бериллия являлись: США (с большим отрывом), а также Китай, Казахстан. В 2014 году произвела первый образец бериллия и Россия.

В России планируется строительство нового комбината по производству бериллия к 2019 году На долю остальных стран приходилось менее 1 % мировой добычи.

Всего в мире производится 300 тонн бериллия в год (2016 год).

Легирование сплавов

Бериллий в основном используют как легирующую добавку к различным сплавам. Добавка бериллия значительно повышает твёрдость и прочность сплавов, коррозионную устойчивость поверхностей, изготовленных из этих сплавов изделий. В технике довольно широко распространены бериллиевые бронзы типа BeB (пружинные контакты).

Добавка 0,5 % бериллия в сталь позволяет изготовить пружины, которые остаются упругими до температуры красного каления. Эти пружины способны выдерживать миллиарды циклов значительной по величине нагрузки. Кроме того, бериллиевая бронза не искрится при ударе о камень или металл. Один из сплавов носит собственное название рандоль.

Благодаря его сходству с золотом рандоль называют «цыганским золотом».

Рентгенотехника

Основная статья: Рентгенотехника

Бериллий слабо поглощает рентгеновское излучение, поэтому из него изготавливают окошки рентгеновских трубок (через которые излучение выходит наружу) и окошки рентгеновских и широкодиапазонных гамма-детекторов, через которые излучение проникает в детектор.

Ядерная энергетика

Основная статья: Ядерная энергетика

В атомных реакторах из бериллия изготовляют отражатели нейтронов, его используют как замедлитель нейтронов. В смесях с некоторыми α-радиоактивными нуклидами бериллий используют в ампульных нейтронных источниках, так как при взаимодействии ядер бериллия-9 и α-частиц возникают нейтроны: 9Be + α → n + 12C.

Оксид бериллия наряду с металлическим бериллием служит в атомной технике как более эффективный замедлитель и отражатель нейтронов, чем чистый бериллий.

Кроме того, оксид бериллия в смеси с окисью урана применяется в качестве очень эффективного ядерного топлива.

Фторид бериллия в сплаве с фторидом лития применяется в качестве теплоносителя и растворителя солей урана, плутония, тория в высокотемпературных жидкосолевых атомных реакторах.

Фторид бериллия используется в атомной технике для варки стекла, применяемого для регулирования небольших потоков нейтронов. Самый технологичный и качественный состав такого стекла − (BeF2 — 60 %, PuF4 — 4 %,AlF3 — 10 %, MgF2 — 10 %, CaF2 — 16 %). Этот состав наглядно показывает один из примеров применения соединений плутония в качестве конструкционного материала (частичное).

Лазерные материалы

Основная статья: Лазерные материалы

В лазерной технике находит применение алюминат бериллия для изготовления твердотельных излучателей (стержней, пластин).

Аэрокосмическая техника

Основная статья: Аэрокосмическая техника

В производстве тепловых экранов и систем наведения с бериллием не может конкурировать практически ни один конструкционный материал.

Конструкционные материалы на основе бериллия обладают одновременно и лёгкостью, и прочностью, и стойкостью к высоким температурам. Будучи в 1,5 раза легче алюминия, эти сплавы в то же время прочнее многих специальных сталей.

Налажено производство бериллидов, применяемых как конструкционные материалы для двигателей и обшивки ракет и самолётов, а также в атомной технике.

Ракетное топливо

Основная статья: Ракетное топливо

Стоит отметить высокую токсичность и высокую стоимость металлического бериллия, и в связи с этим приложены значительные усилия для выявления бериллийсодержащих топлив, имеющих значительно меньшую общую токсичность и стоимость. Одним из таких соединений бериллия является гидрид бериллия.

Огнеупорные материалы

Основная статья: Огнеупорные материалы

Оксид бериллия 99,9 % (изделие)

Оксид бериллия является наиболее теплопроводным из всех оксидов, его теплопроводность при комнатной температуре выше, чем у большинства металлов и почти всех неметаллов (кроме алмаза и карбида кремния). Он служит высокотеплопроводным высокотемпературным изолятором и огнеупорным материалом для лабораторных тиглей и в других специальных случаях.

Акустика

Ввиду своей легкости и высокой твёрдости бериллий успешно применяется в качестве материала для электродинамических громкоговорителей.

Однако, его высокая стоимость, трудность обработки (из-за хрупкости) и токсичность (при несоблюдении технологии обработки) делают возможным применение динамиков с бериллием только в дорогих профессиональных аудиосистемах.

Из-за высокой эффективности бериллия в акустике некоторые производители в целях улучшения продаж заявляют о применении бериллия в своих продуктах, в то время как это не так.

Большой Адронный Коллайдер

В точках столкновения пучков на Большом Адронном Коллайдере (БАК) вакуумная труба сделана из бериллия. Он одновременно практически не взаимодействует с частицами, произведенными в столкновениях (которые регистрируют детекторы), но при этом достаточно прочен.

Биологическая роль и физиологическое действие

В живых организмах бериллий не несёт какой-либо значимой биологической функции. Однако бериллий может замещать магний в некоторых ферментах, что приводит к нарушению их работы. Ежедневное поступление бериллия в организм человека с пищей составляет около 0,01 мг.

Летучие (и растворимые) соединения бериллия, в том числе и пыль, содержащая соединения бериллия, высокотоксичны. Для воздуха ПДК в пересчёте на бериллий составляет 0,001 мг/м³. Бериллий обладает ярко выраженным аллергическим и канцерогенным действием. Вдыхание атмосферного воздуха, содержащего бериллий, приводит к тяжёлому заболеванию органов дыхания — бериллиозу.

Оставьте комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *