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.
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
Характеристики:
- Относится к металлам серебристо-белого цвета.
- Твердый, но хрупкий (тверже, чем другие легкие металлы).
- Высокий модуль упругости.
- Кристаллическая структура решетки гексагональная.
Имеет один стабильный изотоп 9Be.
| 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:
- 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
Месторождениями бериллиевых минералов обладают:
- Аргентина;
- Бразилия;
- Казахстан;
- Индия.
В России добычу этих минералов можно производить в Свердловской области и Бурятии.
Бериллий, 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.
На мировом рынке три страны с полным циклом производства:
Применение
Чистый бериллий имеет стратегическое значение.
Оксид бериллия 99,9 % (изделие)
Применение этого легкого металла оправдано в аэрокосмической, электронной промышленности, в медицине и ВПК.
Бериллий применяют для:
- Производства гамма-детекторов, рентгеновских трубок.
- Замедления нейтронов в атомных реакторах.
- Производства гироскопов для ракет, искусственных спутников Земли.
- 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 — 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.
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:
- Фторид бериллия.
- 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.
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.
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%.
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.
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.
Химический 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:
- Подготовка руды.
- Переработка минералов в сульфат или гидроксид бериллия.
- Спекание с известью. Проводится в промышленных печах.
- Обработка серной кислотой.
- Выщелачивание водой.
- Осаждение чистого металла аммиаком.
Альтернативные способы получения:
- Фторид бериллия восстанавливается с помощью магния. Процедура проводится при температуре 1000°C.
- 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:
- Номер в периодической таблице Менделеева — 4.
- Твердость по шкале Мооса — 5,5 баллов.
- Модуль упругости — 300 Гпа.
- Показатель плотности — 1844 кг/м3.
- Температура плавления — 1287°C.
- Показатель теплоемкости — 1,80 кДж/кг • К.
- Конфигурация внутренней решетки — гексагональная, кубическая, объемноцентрированная.
- Теплопроводность — 178 Вт/м • К при 50°С.
- Температура кипения — 2507°C.
- Удельное электрическое сопротивление — (3,6-4,5) • 10 Ом • м при 20°С.
- Ударная вязкость — 10-50 кДж/м2.
При нормальном состоянии бериллий — хрупкий металл светло-серого цвета.
Чистый бериллий ( Instagram / chemistry_easy)
Химические
Химические свойства металла:
- Валентность — 2.
- Реагирует с галогенами при высоких температурах.
- Не вступает в реакции с водородом.
- 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:
- Максимальный предел прочности на вытяжку — 400–800Мн/м2.
- Предел текучести — 250–600 Мн/м2.
- Относительное удлинение — до 12%.
Показатель пластичности начинает повышаться при нагревании до 200°.
Оксид бериллия ( Instagram / bvballiance)
Где используется бериллий?
Сферы применения:
- Производство рентгенотехники. Металл практически не поглощает электромагнитные волны.
- Производство лазерной техники. Из алюмината бериллия изготавливаются твердотельные излучатели — пластины, стержни.
- Ядерная энергетика. Металл используется для изготовления нейтронных отражателей. Они нужны для замедления потока нейтронов. Фторид бериллия применяется для сварки стекла при сборке атомной техники.
- 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.
- Изготовление огнеупорных материалов.
- Ракетное топливо. В ходе экспериментов ученые смогли сделать бериллийсодержащие виды топлива, которые отличаются низкой токсичностью.
- 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
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.
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.