Плотность бериллия. Недоразумение с периодической системой. Физические свойства бериллия

Бериллий

БЕРИ́ЛЛИЙ -я; м. Химический элемент (Be), лёгкий твёрдый металл серебристого цвета.

◁ Бери́ллиевый, -ая, -ое. Б. минерал. Б-ые сплавы.

(лат. Beryllium), химический элемент II группы периодической системы. Назван по минералу берилл. Светло-серый металл, лёгкий и твёрдый; плотность 1,816 г/см 3 , t пл 1287°C. Выше 800°C окисляется до ВеО. Бериллий и его сплавы применяют в электротехнике, самолёто- и ракетостроении, для бериллизации. В ядерных реакторах - замедлитель и отражатель нейтронов. В смеси с Ra, Ро, Ас - источник нейтронов. Соединения бериллия ядовиты.

БЕРИ́ЛЛИЙ (лат. Вeryllium), Ве, химический элемент с атомным номером 4 и атомной массой 9,01218. Химический символ элемента Be читается «бериллий». В природе встречается только один стабильный нуклид (см. НУКЛИД) 9 Be. В периодической системе элементов Д. И. Менделеева бериллий расположен в группе IIА во втором периоде. Электронная конфигурация атома бериллия 1s 2 2s 2 . Атомный радиус 0,113 нм, радиус иона Ве 2+ 0,034 нм. В соединениях проявляет только степень окисления +2 (валентность II). Энергии последовательной ионизации атома Ве 9,3227 и 18,211 эВ. Значение электроотрицательности по Полингу 1,57. В свободном виде - серебристо-серый легкий металл.
История открытия
Бериллий был открыт в 1798 Л. Вокленом (см. ВОКЛЕН Луи Никола) в виде берилловой земли (оксида ВеО), когда этот французский химик выяснял общие особенности химического состава драгоценных камней берилла (от греческого beryllos - берилл) и изумруда. Металлический бериллий был получен в 1828 Ф. Велером (см. ВЕЛЕР Фридрих) в Германии и независимо от него А. Бюсси во Франции. Однако из-за примесей его не удавалось сплавить. Лишь в 1898 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).
Нахождение в природе
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 (см. БЕРИЛЛ) Be 3 Al 2 (SiO 3) 6 , фенакит (см. ФЕНАКИТ) Be 2 SiO 4 , бертрандит (см. БЕРТРАНДИТ) Be 4 Si 2 O 8 ·H 2 O и гельвин (см. ГЕЛЬВИН) (Mn,Fe,Zn) 4 3 S. Окрашенные примесями катионов других металлов прозрачные разновидности берилла - драгоценные камни, например, зеленый изумруд, голубой аквамарин, гелиодер, воробьевит. Их научились синтезировать искусственно.
Получение соединений бериллия и металлического бериллия
Извлечение бериллия из его природных минералов (в основном берилла) включает в себя несколько стадий, при этом особенно важно отделить бериллий от сходного по свойствам и сопутствующего бериллию в минералах алюминия. Можно, например, сплавить берилл с гексафторосиликатом натрия Na 2 SiF 6:
Be 3 Al 2 (SiO 3) 6 + 12Na 2 SiF 6 = 6Na 2 SiO 3 + 2Na 3 AlF 6 + 3Na 2 + 12SiF 4 ­.
В результате сплавления образуются криолит Na 3 AlF 6 - плохо растворимое в воде соединение, а также растворимый в воде фторобериллат натрия Na 2 . Его далее выщелачивают водой. Для более глубокой очистки бериллия от алюминия применяют обработку полученного раствора карбонатом аммония (NH 4) 2 CO 3 . При этом алюминий оседает в виде гидроксида Al(OH) 3 , а бериллий остается в растворе в виде растворимого комплекса (NH 4) 2 . Этот комплекс затем разлагают до оксида бериллия ВеО при прокаливании:
(NH 4) 2 = BeO + 2CO 2 ­ + 2NH 3 ­ + H 2 O­.
Другой метод очистки бериллия от алюминия основан на том, что оксиацетат бериллия Be 4 O(CH 3 COO) 6 , в отличие от оксиацатата алюминия + CH 3 COO – , имеет молекулярное строение и легко возгоняется при нагревании. Известен также способ переработки берилла, в котором сначала берилл обрабатывают концентрированной серной кислотой при температуре 300°C, а затем спек выщелачивают водой. Сульфаты алюминия и бериллия при этом переходят в раствор. После добавления к раствору сульфата калия K 2 SO 4 удается осадить алюминий из раствора в виде алюмокалиевых квасцов KAl(SO 4) 2 ·12H 2 O. Дальнейшую очистку бериллия от алюминия проводят так же, как и в предыдущем методе.
Наконец, известен и такой способ переработки берилла. Исходный минерал сначала сплавляют с поташем K 2 CO 3 . При этом образуются бериллат K 2 BeO 2 и алюминат калия KAlO 2:
Be 3 Al 2 (SiO 3) 6 + 10K 2 CO 3 = 3K 2 BeO 2 + 2KAlO 2 + 6K 2 SiO 3 + 10CO 2 ­
После выщелачивания водой полученный раствор подкисляют серной кислотой. В результате в осадок выпадает кремниевая кислота. Из фильтрата далее осаждают алюмокалиевые квасцы, после чего в растворе из катионов остаются только ионы Ве 2+ . Из полученного тем или иным способом оксида бериллия ВеО затем получают фторид, из которого магнийтермическим методом восстанавливают металлический бериллий:
BeF 2 + Mg = MgF 2 + Be.
Металлический бериллий можно приготовить также электролизом расплава смеси BeCl 2 и NaCl при температурах около 300 °C. Раньше бериллий получали электролизом расплава фторобериллата бария Ba:
Ba = BaF 2 + Be + F 2 .
Физические и химические свойства
Металлический бериллий характеризуется высокой хрупкостью. Температура плавления 1278 °C, температура кипения около 2470 °C, плотность 1,816 кг/м 3 . До температуры 1277 °C устойчив альфа-Ве (гексагональная решетка типа магния, параметры а = 0,22855 нм, с = 0,35833 нм), при температурах, предшествующих плавлению металла (1277-1288 °C) - бета-Ве с кубической решеткой.
Химические свойства бериллия во многом похожи на свойства магния (см. МАГНИЙ) и, особенно, алюминия (см. АЛЮМИНИЙ) . Близость свойств бериллия и алюминия объясняется почти одинаковым отношением заряда катиона к его радиусу для ионов Be 2+ и Al 3+ . На воздухе бериллий, как и алюминий, покрыт оксидной пленкой, придающей бериллию матовый цвет. Наличие оксидной пленки предохраняет металл от дальнейшего разрушения и обусловливает его невысокую химическую активность при комнатной температуре. При нагревании бериллий сгорает на воздухе с образованием оксида BeO, реагирует с серой и азотом. С галогенами (см. ГАЛОГЕНЫ) бериллий реагирует при обычной температуре или при слабом нагревании, например:
Be + Cl 2 = ВеСl 2
Все эти реакции сопровождаются выделением большого количества теплоты, так как прочность кристаллических решеток возникающих соединений (BeO, BeS, Be 3 N 2 , ВеСl 2) довольно велика. Благодаря образованию на поверхности прочной пленки оксида бериллий не реагирует с водой, хотя находится в ряду стандартных потенциалов значительно левее водорода. Как и алюминий, бериллий реагирует с кислотами и растворами щелочей:
Be + 2HCl = BeCl 2 + H 2 ,
Be + 2NaOH + 2H 2 O = Na 2 + H 2 .
Гидроксид бериллия Be(OH) 2 - полимерное соединение, нерастворимое в воде. Оно проявляет амфотерные (см. АМФОТЕРНОСТЬ) свойства:
Be(OH) 2 + 2КOH =К 2 ,
Be(OH) 2 + 2HСl = BeСl 2 + 2H 2 O.
В большинстве соединений бериллий проявляет координационное число 4. Например, в структуре твердого BeCl 2 имеются цепочки с мостиковыми атомами хлора. За счет образования прочных тетраэдрических анионов многие соединения бериллия вступают в реакции с солями других металлов:
BeF 2 + 2KF = K 2
С водородом бериллий непосредственно не взаимодействует. Гидрид бериллия BeH 2 - полимерное вещество, его получают реакцией
BeCl 2 + 2LiH = BeH 2 + 2LiCl,
проводимой в эфирном растворе. Действием на гидроксид бериллия Be(OH) 2 растворами карбоновых кислот или при упаривании растворов их бериллиевых солей получают оксисоли бериллия, например, оксиацетат Be 4 O(CH 3 COO) 6 . Эти соединения содержат тетраэдрическую группировку Be 4 O, по шести ребрам этого тетраэдра располагаются ацетатные группы. Такие соединения играют большую роль в процессах очистки бериллия, так как они не растворяются в воде, но хорошо растворяются в органических растворителях и легко возгоняются в вакууме.
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. 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: 9 Ве(a, n) 12 C.
Физиологическое действие
В живых организмах бериллий, по-видимому, не несет никакой биологической функции. Его содержание в организме среднего человека (масса тела 70 кг) составляет 0,036 мг, ежедневное поступление с пищей - около 0,01 мг. Летучие и растворимые соединения бериллия, а также пыль, содержащая бериллий и его соединения, очень токсичны. Бериллий замещает в ферментах магний и обладает ярко выраженным аллергическим и канцерогенным действием. Его присутствие в атмосферном воздухе приводит к тяжелому заболеванию органов дыхания - бериллиозу. Следует отметить, что эти заболевания могут возникнуть через 10-15 лет после прекращения контакта с бериллием. Для воздуха ПДК в пересчете на бериллий составляет 0,001 мг/м 3 .

Энциклопедический словарь . 2009 .

Смотреть что такое "бериллий" в других словарях:

- (греч.). Металл, служащий главной составной частью берилла. Словарь иностранных слов, вошедших в состав русского языка. Чудинов А.Н., 1910. БЕРИЛЛИЙ Особенный металл, открытый впервые Велером в 1828 г. и служащий главною составной частью берилла … Словарь иностранных слов русского языка

Или глиций (химич. форм. Be, атом. вес, по Крюссу, 9,05) металл, содержащийся в виде соединений окиси во многих минералах: вберилле, хризоберилле, лейкофане, смарагде, аквамарине, эвклазе,фенаките и др. В металлическом состоянии бериллий впервые… … Энциклопедия Брокгауза и Ефрона

Современная энциклопедия

Бериллий - (Beryllium), Be, химический элемент II группы периодической системы, атомный номер 4, атомная масса 9,01218; металл. Бериллий открыл в 1798 французский химик Л. Воклен, получен в 1828 немецкими химиками Ф. Велером и А. Бюсси. Бериллий используют… … Иллюстрированный энциклопедический словарь

- (лат. Beryllium) Ве, химический элемент II группы периодической системы, атомный номер 4, атомная масса 9,01218. Назван по минералу бериллу. Светло серый металл, легкий и твердый; плотность 1,816 г/см³, tпл 1287 .С. Выше 800 .С окисляется до… … Большой Энциклопедический словарь

Be (лат. Beryllium * a. berillium; н. Beryllium; ф. beryllium; и. berilio), хим. элемент II группы периодич. системы Менделеева, ат. н. 4, ат. масса 9,0122. Имеет один стабильный изотоп 9Вe. Открыт в 1798 франц. химиком Л. Вокленом в виде … Геологическая энциклопедия

Бериллий - представляет собой металл серо стального цвета, очень легкий и твердый, но чрезвычайно хрупкий. Катать или вытягивать его можно только в специальных условиях. Чистый бериллий используется в производстве окон в рентгеновских трубках; в качестве… … Официальная терминология

БЕРИЛЛИЙ - хим. элемент, символ Be (лат. Beryllium), ат. н. 4, ат. м. 9,012; чистый бериллий светло серый, лёгкий, твёрдый и хрупкий металл, плотность 1848 кг/м3, tпл = 1284 °С; химически активен, в соединениях проявляет степень окисления +2. Из наиболее… … Большая политехническая энциклопедия

- (символ Be), прочный, легкий, серебристо серый металл из ряда щелочноземельных, впервые полученный в чистом виде в 1828 г. Содержится во многих минералах, в том числе, аквамарине, изумруде и морганите (все это разновидности БЕРИЛЛА), а также… … Научно-технический энциклопедический словарь

4 | Be | Бериллий — Цена

Бериллий (Be) — рассеянный редкий металл , атомный номер — 4, атомная масса — 9,02, плотность — 1.85 г/см3, температура плавления — 1285ОС, коэффициент линейного расширения-(5.10-6) при (-100ОС); 21.10-6 при (650ОС), удельная электропроводность-4м/ом.мм2, предел прочности при растяжении-11,9кг/мм2(литой); 19,0кг/мм2(кованый), твёрдость по Бринелю-140кг/мм2.
В 1797 году, французский химик Воклен, анализируя минерал берилл, открыл оксид ранее неизвестного элемента, который он назвал «бериллиевой землёй» и, после выделения самого элемента, ему дали название бериллий. В 1828 году, химики исследователи получили металлический бериллий в виде порошка, путём восстановления хлорида бериллия, калием. В 1898 году, путём электролиза, был получен чистый металл-бериллий.
Бериллий-серебристо-серый металл, похожий на алюминий, очень лёгкий, в полтора раза легче алюминия, по плотности среди металлов стоит на втором месте, после лития. Бериллий очень прочный и упругий металл (превосходит по этим качествам спецстали), жаростоек. Эти ценные свойства бериллия сохраняются и в сплавах.
Добывается бериллий из минералов силикатов: берилла, фенакита, бертрандита. Месторождения берилла и других бериллиевых минералов встречаются в пегматитовых и и гидротермальных жилах, в виде кристаллов, иногда огромного размера и массы. Содержание окиси бериллия в рудах 0,1-0,3%.
Бериллом (от греческого слова « бериллос» — блестящий), называется особый минерал, прозрачная разновидность которого, окрашенная в голубой или зелёный цвет, считается драгоценным камнем. Зеленовато-голубые камни называются аквамаринами, зелёные-изумрудами.
На долю бериллия приходится 0,001% (столько же, сколько и на цинк) от общего количества атомов земной коры.
Металлический бериллий отлично полируется. Бериллий, полученный в вакууме, содержащий 99,95-99,97% Be, очень пластичен и катается в тонкие листы на холоду. Добавка к нему до 0,07% Al, не изменяет пластических свойств, кремний, даже в малых количествах не растворяется в бериллии. В твёрдом бериллии, железо крайне мало растворимо и располагается на грани зёрен кристаллов. Наихудшее влияние на пластичность оказывает кислород. Бериллий в 17 раз меньше алюминия задерживает рентгеновские лучи.
На воздухе, компактный бериллий, воспламеняется лишь при высокой температуре, воду, бериллий при обычной температуре и при нагревании, почти не разлагает, вследствие образования плотной защитной плёнки BeO, не растворимой в воде. Пары серы не действуют на бериллий, галоиды весьма энергично с ним соединяются. Бериллий хорошо соединяется с бором и углеродом, пары HCl легко действуют на бериллий, в слабой соляной кислоте бериллий легко растворяется с выделением водорода. С крепкой серной кислотой бериллий реагирует, с выделением сернистого газа, со слабой-выделяет водород, в азотной кислоте не растворяется, даже при кипячении. Бериллий растворим в щелочах (КОН), раствор аммиака на бериллий не действует.
Бериллий даёт сплавы с медью, железом, никелем, кобальтом и другими тяжёлыми металлами, а также с алюминием, не сплавляется с магнием.

ПОЛУЧЕНИЕ.

Основным сырьём для получения бериллия служит минерал берилл, после обогащения содержание окиси бериллия в технических концентратах колеблется от 4 до13%.
Первой стадией получения бериллия является «вскрытие» руды или концентрата действием кислот, щелочей, карбидизирующей плавкой в электропечи, хлорированием и другими способами разрушающими прочные связи природного алюмосиликата.
После вскрытия применяются различные сложные схемы химической обработки, в результате которых выделяют из вскрытого концентрата чистую окись или простые и двойные фтористые соли бериллия.
Для тонкой очистки бериллия от сопровождающих его примесей алюминия, урана, ванадия, титана, железа, используют свойство основной уксусной соли бериллия, растворяться в хлороформе, в отличие от солей перечисленных примесей.
Существует три основных промышленных способа получения металлического бериллия:
Электролиз соли оксифторида бария в расплаве из NaF+BaF3 , при температуре около 1350ОС, в тигле-аноде из чистого графита с железным трубчатым охлаждаемым «катодом касания», который по мере хода процесса поднимается из электролита с нарощенным стержнем бериллия. Выход по току 80 %, напряжение на ванне 80в, извлечение бериллия-90%.
Электролиз соли BeF2 в расплаве NaF+BaF2 при температуре около 1200ОС в графитовом тигле-аноде с подъёмным вращающимся охлаждаемым катодом.
Электролиз расплавленной смеси солей BeCl2+NaCl при температуре 750-800ОС, в железном тигле катоде с графитовым анодом, напряжение на ванне 5-6в. Металлический бериллий выделяется в виде мелких частиц.

ПРИМЕНЕНИЕ.

Бериллий, в настоящее время, очень широко применяется в самых передовых отраслях промышленности.
Одной из основных областей применения бериллия является производство меднобериллиевых сплавов. Добавка 0,5-3% бериллия к меди значительно повышает механические и антикоррозионные свойства меди-твёрдость по Бринелю возрастает с 50до 365кг/мм2, сопротивление разрыву повышается в семь раз, особенно сильно возрастает сопротивление усталости металла, вследствие чего, такие сплавы оказались значительно используемыми для изготовления пружин и деталей, работающих при повторно-переменных нагрузках.
Сплавы меди с небольшой добавкой бериллия (до2%)-бериллиевая бронза, устойчивы в бензине, маслах, морской воде, не дают искрение при ударе о другой металл. Изделия из бериллия устойчивы не только химически, но и механически: очень плохо истираются, хорошо сохраняют размеры в широком интервале температур. Бериллиевую бронзу используют для изготовления электрических контактов, деталей часовых механизмов, шестерён.
Тормозные диски для самолётов, носовые корпуса управляемых снарядов, кромки крыльев сверхзвуковых самолётов, обшивка космических кораблей для входа в плотные слои атмосферы-объекты потребляющие бериллий.
Большую техническую ценность представляют сплавы Cu-Be-Co, Cu-Be, Ag-Be, Al-Be. Сплавы Cu-Be (маллорит) и Al-Be (бералит) используются в самолётостроении, космическом аппаратостроении, кораблестроении, приборостроении.
Соединения бериллия применяются в осветительной технике, при изготовлении стекла, для синтеза соединений алифатического ряда, в качестве огнеупорного материала, при изготовлении красок.
Сплавы бериллия применяются в качестве компонентов ракетного топлива (легко воспламеняющие и взрывчатые сплавы).
Из бериллиевых сплавов изготавливают несущие конструкции и детали спутников, космических кораблей (теплозащитная обшивка отсеков и самих аппаратов, возвращаемых на землю, рули, антенны, переносные контейнеры). Бериллиевые сплавы используют при изготовлении ракетных двигателей, камер сгорания и сопел так как они обладают очень высокой теплопроводностью и теплоёмкостью при высоких температурах (3000ОС). Бериллиевые сплавы применяются для создания солнечных батарей для космических аппаратов, в конструкциях подводных аппаратов и подводных лодок. В автомобилестроении из бериллиевых сталей изготавливают «вечные» рессоры, выдерживающие сотни миллионов толчковых нагружений.
Из бериллиевых сплавов изготавливают «окна» рентгеновских аппаратов так как бериллий в 17 раз прозрачнее алюминия.
Чистый бериллий используется для производства рентгеновских трубок, антикатодов циклотронов, неоновых сигнальных ламп различных электронных приборов.
Особое место бериллий занимает в атомной промышленности.
Бериллий применяется для изготовления деталей атомных реакторов, а также, как источник и замедлитель быстрых нейтронов при производстве атомной энергии. Внедрению бериллия в атомную энергетику, в частности для изготовления тепловыделяющих элементов реакторов, отражателей нейтронов способствуют такие свойства бериллия как малая атомная масса, высокое рассеяние нейтронов на бериллии, устойчивость к воздействию облучения и высоких температур.
Высокие огнеупорные свойства окиси бериллия (температура плавления 2570ОС) , а также большая инертность её в нагретом состоянии ко многим расплавленным металлам и их солям, используется для изготовления огнеупорных тиглей.
Все растворимые соединения бериллия —ядовиты, и работа с ними требует применения специальных мер безопасности.

Бериллий (лат. Beryllium), Be, химический элемент II группы периодической системы Менделеева, атомный номер 4, атомная масса 9,0122; легкий светло-серый металл. Имеет один стабильный изотоп Ве.

Бериллий открыт в 1798 году в виде оксида ВеО, выделенной из минерала берилла Л. Вокленом. Металлический Бериллий впервые получили в 1828 году Ф. Велер и А. Бюсси независимо друг от друга. Так как некоторые соли Бериллия сладкого вкуса, его вначале называли "глюциний" (от греч. glykys - сладкий) или "глиций". Название Glicinium употребляется (наряду с Бериллием) только во Франции. Применение Бериллия началось в 40-х годах 20 века, хотя его ценные свойства как компонента сплавов были обнаружены еще ранее, а замечательные ядерные - в начале 30-х годов 20 века.

Распространение бериллия в природе . Бериллий - редкий элемент. Бериллий - типичный литофильный элемент, характерный для кислых, субщелочных и щелочных магм. Известно около 40 минералов Бериллия. Из них наибольшее практическое значение имеет берилл, перспективны и частично используются фенакит, гельвин, хризоберилл, бертрандит.

Физические свойства . Кристаллическая решетка Бериллия гексагональная плотноупакованная. Бериллий легче алюминия, его плотность 1847,7 кг/м3 (у Аl около 2700 кг/м3), температура плавления 1285оС, температура кипения 2470 oС.

«Бериллий и сплавы, содержащие бериллий. Свойства, применение в химической технологии»

Введение

Применяемые в промышленности и быту металлические изделия редко состоят из чистых металлов, примером является алюминиевая или медная проволока с процентным содержанием металла около 99,9%, в большинстве других случаев идет речь о сплавах. Сплавы – системы, состоящие из двух или нескольких металлов, а также из металлов и неметаллов, обладающие свойствами, присущими металлическому состоянию. Так, различные виды железа и стали содержат наряду с металлическими добавками незначительные количества углерода, которые оказывают решающее влияние на механическое и термическое поведение сплавов. Все сплавы имеют специальную маркировку, т. к. сплавы с одним названием (например, латунь) могут иметь разные массовые доли других металлов.

Для изготовления сплавов применяют различные металлы. Самое большое значение среди всех сплавов имеют стали различных составов. Для получения легированных сталей к железу, являющемуся главной составляющей сплава, добавляют кремний, медь, марганец, никель, хром, вольфрам, ванадий, молибден и другие компоненты.

В данной работе будут рассмотрены свойства и применение металла бериллия и содержащих бериллий сплавов.

Бериллий – светло-серый металл второй группы Периодической системы элементов Д.И. Менделеева. Порядковый номер 4, атомная масса 9,013. Символ Be (лат. Beryllium). Имеет один стабильный изотоп 9 Be, известны также радиоактивные изотопы бериллия 7 Be и 10 Be с периодами полураспада 53,29 дней и 1,6·10 6 лет соответственно. Открыт в 1798 в виде окиси BeO, выделенной из минерала берилла Л. Вокленом. Металлический Ве впервые получили в 1828 Ф. Вёлер и А. Бюсси независимо друг от друга. Так как некоторые соли Ве сладкого вкуса, его вначале называли «глюциний» (от греч. glykys – сладкий) или «глиций». Название Glicinium (знак GI) употребляется (наряду с Ве) только во Франции. Применение Ве началось в 40-х гг. 20 в., хотя его ценные свойства как компонента сплавов были обнаружены ещё ранее, а замечательные ядерные – в начале 30-х гг. 20 в.

Ве может существовать в двух полиморфных модификациях. Низкотемпературная модификация (α-Ве), существующая до 1250 °С, имеет гексагональную плотноупакованную решетку, высокотемпературная (β-Ве) – решетку объемно-центрированного куба.

Нахождение в природе

Редкий металл – содержание Ве в земной коре 5 · 10 -4 % (как и соседние с ним литий и бор, относительно мало распространен в земной коре). Типичный литофильный элемент, характерный для кислых, субщелочных и щелочных магм. Не является рассеянным, так как входит в состав поверхностных залежей берилла в пегматитовых породах, которые последними закристаллизовались в гранитных куполах. Есть сообщения о гигантских бериллах длиной до 1 м и массой до нескольких тонн.

Известно 54 собственно бериллиевых минерала – из них наибольшее практическое значение имеет берилл 3BeO·Al 2 O 3 ·6SiO 2 , который после обработки переводят в форму хлорида или фторида. Этот минерал имеет много окрашенных разновидностей: изумруд (около 2% Cr придают ему зеленый цвет), аквамарин (примесь Fe(II) обуславливает его голубую окраску), воробьевит (розового цвета из-за примесей соединений Mn(II)), а гелиодор (золотисто-желтый – ионы Fe(III)). Перспективны и частично используются фенакит 2BeO·SiO 2 , гельвин (Mn, Fe, Zn) 4 3 S, хризоберилл BeAl 2 O 4 , бертрандит 4BeO·2SiO 2 ·H 2 O.

Мировые природные ресурсы Ве оцениваются более чем в 80 тыс. т (по содержанию Ве), из которых около 65% сосредоточено в США (основное Ве сырье – бертрандитовая руда). Подтвержденные запасы – на месторождении Spur Mountain (шт. Юта), являющемся основным в мире источником Ве, на конец 2000 составили примерно 19 тыс. т (по содержанию металла). Из других стран наибольшими запасами Ве обладают Китай, Россия и Казахстан. Во времена СССР Ве на территории России добывался на Малышевском (Свердловская область), Завитинском (Читинская область), Ермаковском (Бурятия), Пограничном (Приморский край) месторождениях. В связи с сокращением ВПК и прекращением строительства атомных электростанций его добыча была прекращена на Малышевском и Ермаковском и значительно сокращена на Завитимском месторождениях. При этом значительная часть добываемого Ве продается за рубеж, в основном, в Европу и Японию.

Физические свойства – по сравнению с другими легкими материалами бериллий обладает уникальным сочетанием физических и механических свойств.

Кристаллическая решётка Ве гексагональная плотноупакованная с периодами а = 2,855 Å и с= 3,5840 Å.

Плотность 1847,7 кг/м 3

Температура плавления 1551 °С

Температура кипения 3243 о С

Скрытая теплота плавления 250–275 кал/г (самая высокая среди всех металлов)

Коэффициент линейного расширения 10,3–131 (25–100 °С)

Модуль продольной упругости (модуль Юнга) 300ГН/м 2 (3.104 кг с/мм 2)

Предел прочности при растяжении 200–550 МН/м 2 (20–55 кг с/мм 2)

Предел текучести 250–600 МН/м 2 (25–60 кг с/мм 2)

Предел прочности в направлении вытяжки – до 400–800МН/м 2 (40–80 кг с/мм 2) Относительное удлинение – до 4–12%

Ударная вязкость 10–50 кДж/м 2 (0,1 – 0,5 кгс. м/см 2)

Температура перехода из хрупкого состояния в пластическое 200 – 400 °С

Твёрдость НВ 60–85 (для горячепрессованного Ве)

Теплоемкость для α-Ве 16,44 Дж/(моль К), для β-Ве – 30,0 Дж/(моль К)

Ве обладает: наиболее высокой из всех металлов удельной теплоёмкостью – 1,80 кДж/(кг. К) или 0,43 ккал/ (кг °С)

высокой теплопроводностью – 178 Вт/(м К) или 0,45 кал/см сек °С) (50 °С)

низким электросопротивлением – 3,6–4,5 мкОм см (20 °С)

Сравним некоторые свойства Ве с характеристиками других материалов.

Удельная прочность и жесткость материалов

Влияние температуры на удельный модуль упругости различных материалов

Свойства Ве зависят от качества и структуры металла и заметно меняются с температурой, механические – от чистоты металла, величины зерна и текстуры, определяемой характером обработки. Обработка давлением приводит к определённой ориентации кристаллов Ве, возникает анизотропия, становится возможным значительное улучшение свойств. Механические свойства в направлении, перпендикулярном вытяжке, почти не меняются. Ве – хрупкий металл (особенно литой) при комнатной температуре, что является главным препятствием к его широкому использованию в качестве конструкционного материала; к еще большей хрупкости материала приводит содержание даже незначительных примесей (например, введение в очищенный Ве всего 0,001% Si). Имеет низкую пластичность и хорошую коррозионную стойкость. Упругость паров Ве при температуре плавления очень мала.

Механические свойства Ве в литом и деформированном состояниях различаются в зависимости от направления проведения испытаний. Наилучшими механическими свойствами обладает Ве после тёплой обработки давлением, которая проводится при температурах ниже температуры рекристаллизации. Температура рекристаллизации Ве изменяется в пределах от 700 °С до 900 °С в зависимости от степени деформации и времени выдержки. Рекристаллизационный отжиг значительно повышает пластичность и уменьшает прочность Ве.

Отношение прочности к плотности у Be значительно выше, чем у авиационных сталей и сплавов на основе Ti и Al.

Важным специфическим свойством Ве является его высокая проницаемость для рентгеновских лучей, которая в 17 раз выше, чем у алюминия.

Высокие ядерные характеристики – самое низкое среди металлов эффективное поперечное сечение захвата тепловых нейтронов и самое высокое поперечное сечение их рассеяния.

Дает эвтектические сплавы с Al и Si. Растворимость примесных элементов в Ве чрезвычайно мала.

Химические свойства

Степени окисления +2 и +1 (последняя крайне неустойчива), конфигурация внешних электронов 2s 2 .

По химическим свойствам Be подобен Al. Сходство между этими элементами привело к существенному заблуждению относительно валентности и атомной массы Ве – долгое время Ве считали трехвалентным с относительной атомной массой 14 (что примерно равно утроенной массе одного эквивалента Ве 3 × 4,7); лишь через 70 лет после открытия Ве русский ученый Д.И. Менделеев пришел к выводу, что в его периодической таблице места для такого элемента нет, а вот двухвалентный элемент с относительной атомной массой 9 (приблизительно равной удвоенной массе одного эквивалента Ве 2 × 4,7) легко размещается между Li и B.

Металлический Ве относительно мало реакционноспособен при комнатной температуре (например, устойчив к кислороду воздуха благодаря плёнке окиси, образующейся на его поверхности), в данных условиях взаимодействует с F 2 . В компактном виде не реагирует с водой и водяным паром даже при температуре красного каления и не окисляется воздухом до 600° С. При 1200 °С металлический Ве горит, превращаясь в белый порошок ВеО. Галогены реагируют с Ве при температуре выше 600° С, а халькогены требуют еще более высокой температуры. Компактный Ве интенсивно реагирует с N 2 при температурах более 1000 градусов, а в порошкообразном состоянии – при температурах более 500 о С. Аммиак взаимодействует с Ве при температуре выше 1200° С с образованием нитрида Be 3 N 2 , а углерод дает карбид Ве 2 С при 1700° С. С Н 2 Ве непосредственно не реагирует, и гидрид ВеН 2 получают косвенным путем (получен при разложении бериллийорганических соединений, устойчив до 240 °С).

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 Be 3 Al 2 (SiO 3) 6 , фенакит Be 2 SiO 4 , бертрандит Be 4 Si 2 O 8 ·H 2 O и гельвин (Mn,Fe,Zn) 4 3 S. 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:
BeCl 2 +2K=Be+2KCl.
В настоящее время бериллий получают,восстанавливая его фторид магнием:
BeF 2 +Mg=Be+MgF 2
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/м 3 . 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.

Химические свойства:

Наличие оксидной пленки предохраняет металл от дальнейшего разрушения и обусловливает его невысокую химическую активность при комнатной температуре. При нагревании бериллий сгорает на воздухе с образованием оксида BeO, реагирует с серой и азотом. С галогенами бериллий реагирует при обычной температуре или при слабом нагревании. Все эти реакции сопровождаются выделением большого количества теплоты, так как прочность кристаллических решеток возникающих соединений (BeO, BeS, Be 3 N 2 , ВеCl 2 и др.) довольно велика.
Благодаря образованию на поверхности прочной пленки бериллий не реагирует с водой, хотя находится в ряду стандартных потенциалов значительно левее водорода. Как и алюминий, бериллий реагирует с кислотами и растворами щелочей:
Be + 2HCl = BeCl 2 + H 2 ,
Be + 2NaOH + 2H 2 O = Na 2 + H 2 .
Интересно, что бериллий хорошо растворяется в концентрированных растворах фторидов:
Be + 4NH 4 F + 2H 2 O = (NH 4) 2 + 2NH 3 *H 2 O + H 2
Причина - образование прочных фторидных комплексов.

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 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 = К 2 , Be(OH) 2 + 2HCl = BeCl 2 + 2H 2 O.
Действием на гидроксид бериллия Be(OH) 2 растворами карбоновых кислот или при упаривании растворов их бериллиевых солей получают оксисоли бериллия, например, оксиацетат Be 4 O(CH 3 COO) 6 .
Галогениды бериллия , бесцв. крист. вещества, расплываются на воздухе, поглощая влагу. Для получения безводного хлорида используется реакция 2BeO + CCl 4 = 2BeCl 2 + CO 2
Подобно хлориду алюминия BeCl 2 является катализатором в реакции Фриделя – Крафтса. В растворах подвергается гидролизу
...
Бериллаты , в концентрированных растворах и расплавах щелочей присутствуют бериллаты состава M 2 BeO 2 , M 3 BeO 4 , в разбавленных растворах гидроксобериллаты M 2 . Легко гидролизуются до гидроксида бериллия.
...
Гидрид бериллия , BeH 2 - полимерное вещество, его получают реакцией: BeCl 2 + 2LiH = BeH 2 + 2LiCl
Карбид бериллия , Be 2 С - 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: 9 Ве(a ,n) 12 C.
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/м 3).

Рудакова Анна Валерьевна
ХФ ТюмГУ, 561 группа.

Источники:
Бериллий // Википедия. Дата обновления: 23.01.2019. URL: https://ru.wikipedia.org/?oldid=97664788 (дата обращения: 04.02.2019).