Бери́ллий(лат. Beryllium, от греч. βηρύλλιον, уменьшительное от βήρυλλος – берилл), Be, химический элемент II группы короткой формы (2-й группы длинной формы) периодической системы ; атомный номер 4, атомная масса 9,01218. В природе встречается в основном стабильный нуклид 9 Be, в следовых количествах – радионуклид 10 Be ( период полураспада T1/21,6·10 6 лет); из 7 искусственно полученных радионуклидов наиболее устойчивый – 7 Be ( электронный захват , T1/253,2 сут).
Историческая справка
Минералы бериллия – аквамаpин , изумруд , александрит и дpугие – использовались в ювелирном деле ещё до н. э.; название «берилл» встречается в греческих и латинских античных произведениях. В 1798 г. французский химик Л.-Н. Воклен описал извлечённую им из минерала берилла неизвестную ранее «землю» – оксид бериллия. Металлический бериллий получен в 1828 г. Ф. Вёлеpом в Геpмании и А. Бюсси во Фpанции восстановлением хлорида бериллия калием.
Распространённость в природе
Содержание бериллия в земной коре 6·10 –4 % по массе. В свободном виде не встречается. Важнейшие бериллиевые минералы, входящие в состав бериллиевых руд : берилл 3BeO·Al2O3·6SiO2и его разновидности, фенакит 2BeO·SiO2, бертрандит 4BeO·2SiO2·H2O, гельвин (Mn,Fe,Zn)4[BeSiO4]3S.
Бериллий. Очень легкий и дорогой металл!
Минерал александрит, алюминат бериллия. Урал (Россия). Минерал александрит, алюминат бериллия. Урал (Россия).
Свойства
Конфигурация внешней электронной оболочки атома бериллия 2s 2 ; в соединениях проявляет степень окисления +2, редко +1; электроотрицательность по Полингу 1,57; атомный радиус 113,3 пм, радиус иона Be 2+ 30 пм (координационное число 3). Энергия ионизации Be 0 → Be + → Be 2+ 899,4 и 1757,1 кДж/моль. Стандартный электродный потенциал пары Be 2+ /Be в водном растворе –1,847 В.
Бериллий – серебристо-белый твёрдый, хрупкий металл ; tпл1287 °С, tкип2471 °С. До 1250 °С устойчив α-Be с гексагональной решёткой, выше 1250 °С – β beta β -Be с кубической объёмноцентрированной решёткой. При 293 К плотность 1847,7 кг/м 3 , электрическое сопротивление 4·10 –8 Ом·м; при 300 К теплопроводность 200 Вт/(м·К). Бериллий диамагнитен ; удельная магнитная восприимчивость 1,3·10 –8 м 3 /кг. Механические свойства бериллия сильно зависят от чистоты и способа термической обработки .
Бериллий не взаимодействует с воздухом и водой даже при температуре красного каления вследствие образования на поверхности плотной плёнки оксида BeO. При температуре выше 800 °С заметно окисляется.
С галогенами при нагревании образует галогениды , наиболее важен из которых фторид BeF2; c азотом или аммиаком выше 600 °С образует нитрид Be3N2; c углеродом выше 1700 °С – карбид Be2C. Взаимодействует с разбавленной и концентрированной соляной и серной кислотами , при нагревании – с азотной . Соли сильных кислот растворимы в воде, при действии на них аммиака получают амфотерный гидроксид Be(OH)2. При взаимодействии Be(OH)2с растворами карбоновых кислот образуются оксосоли, например оксоацетат Be4O(OOCCH3)6. С растворами щелочей бериллий образует бериллаты состава M2[Be(OH)4], с расплавами – M2BeO2. При высоких температурах восстанавливает оксиды и галогениды многих металлов до соответствующего металла. Бериллий в жидком состоянии растворяет многие металлы; с некоторыми металлами образует твёрдые растворы и интерметаллиды .
Летучие и растворимые соединения бериллия, пыль, содержащая бериллий или его соединения, очень токсичны , обладают аллергическим и канцерогенным действием, пары́ и пыль вызывают заболевание лёгких – бериллиоз.
Получение
Бериллий извлекают из руд несколькими методами. Сернокислотный метод заключается в спекании рудного концентрата с Na2CO3или CaCO3, обработке спека концентрированной H2SO4при температуре около 300 °C. К образовавшимся сульфатам бериллия и алюминия добавляют сульфат калия. В результате кристаллизуются плохо растворимые алюмокалиевые квасцы KAl(SO4)2·12H2O. Раствор обрабатывают NaOH; при кипячении образуется Be(OH)2.
Фторидный метод основан на спекании концентрата с Na2[SiF6], который разлагается при нагревании с выделением летучего SiF4(летучесть SiF4ограничивает применение данного метода). При этом образуется тетpафтоpобеpиллат натрия Na2[BeF4], растворимый в воде, в отличие от криолита Na3[AlF6], образуемого алюминием. Из раствора Na2[BeF4] действием NaOH осаждают Be(OH)2. Дальнейшую очистку бериллия проводят, используя растворимый карбонатный комплекс бериллия (NH4)2[Be(CO3)2] или сублимацию оксоацетата бериллия Be(OH)2переводят в BeF2либо BeCl2. Металлический бериллий получают восстановлением BeF2магнием при температуре около 1300 °C или электролизом расплава смеси хлоридов бериллия и натрия. Очистку бериллия проводят вакуумной дистилляцией или зонной плавкой .
Применение
Бериллий используют как легирующую добавку для увеличения прочности, твёрдости, электро- и теплопроводности сплавов. Сплав бериллия и меди – бериллиевая бронза (0,2–3 % бериллия) – обладает уникальной упругостью , из него изготавливают практически «вечные» пружины. Насыщение поверхности стальных изделий бериллия – бериллизация – увеличивает их коррозионную стойкость. Ядерные свойства нуклида 9 Be важны для атомной физики: сечение захвата нейтронов бериллия мало (0,0092 баpн), поэтому бериллий используют для производства замедлителей и отражателей нейтронов в атомных реакторах . Нуклид 7 Be – изотопный индикатор . Бериллий в смеси с соединениями радия служит источником нейтронов и дейтронов . Поскольку бериллий слабо поглощает рентгеновское излучение , из него изготавливают «окна» рентгеновских трубок . Бериллий используют в авиа- и ракетостроении (оболочки ракет и самолётов), электронике и электротехнике .
Елисеев Андрей Анатольевич , Третьяков Юрий Дмитриевич . Первая публикация: Большая российская энциклопедия, 2005.
в 17:48 (GMT+3) Обратная связь
Информация
Области знаний: Общие вопросы химии Символ: Be Атомный номер: 4 Группа элементов: Щёлочноземельные металлы Молярная масса: 9,01218 г/моль Радиус атома: 113,3 пм Электроотрицательность: 1,57 ед. по шкале Полинга Агрегатное состояние: Твёрдое Плотность при н. у.: 1,8477 г/см³ Температура плавления: 1287 °C Температура кипения: 2471 °C
Источник: bigenc.ru
БЕРИЛЛИЙ — металл настоящего и будущего
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».
Познавательно: линзы первых очков еще в XIII веке делали из гошенита, бесцветного берилла.
Свойства
Бериллий (Beryllium, в формулах Be) — щелочноземельный металл, в таблице Менделеева имеет атомный № 4.
- 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: ИРИДИЙ — подарок из космоса
- 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.
Обладает высокой стойкостью против коррозии.
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.
Интересно: Beryllium содержат драгоценные камни: изумруд, аквамарин, воробьевит.
Россия утратила сырьевую и производственную независимость в производстве бериллиевых концентратов.
Производство
Способы получения чистого бериллия предполагают использование сложных и грязных процессов.
Шар из бериллия
На мировом рынке три страны с полным циклом производства:
Познавательно: Китай не экспортирует произведенный продукт, а производит закупки продуктов 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.
Познавательно: пружины швейцарских механических часов сделаны из бериллиевого сплава.
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.
Важно: несмотря на уникальные свойства, бериллий применяется не часто. Проблема в контроле МАГАТЭ над сплавами, без которых невозможно создание ядерного оружия.
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 |
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.
Похожие публикации
Мне 42 года и я специалист в области минералогии. Здесь на сайте я делюсь информацией про камни и их свойства — задавайте вопросы и пишите комментарии!
Источник: themineral.ru
Бериллий. Свойства бериллия. Применение бериллия
Изначально, бериллийзвали глюцинием. С греческого переводится, как «сладкий». То, что кристаллы металла на вкус напоминают конфеты, впервые заметил Поль Лебо.
Французскому химику удалось синтезировать агрегаты бериллияв конце 19-го века. Помог метод электролиза. В металлической же форме элемент был получен еще в 1828-ом немцем Фридрихом Веллером. В таблице Менделеева бериллий встал на 4-е место и прослыл веществом с удивительными свойствами. Сладостью они не ограничиваются.
Химические и физические свойства бериллия
Формула бериллияотличается всего 4-мя электронами. Это не удивительно, учитывая место элемента в таблице Менделеева. Удивительно, что все они находятся на s-орбитах. Не остается свободных позиций для новых электронов.
Поэтому, бериллий – элемент, не желающий вступать в химические реакции. Исключения металл делает для веществ, способных отобрать, заместить его собственные электроны. На это, к примеру, способен галоген.
Бериллий – металл. Однако, у него есть и ковалентные связи. Это значит, что в атоме бериллияперекрываются, обобщаются некоторые пары электронных облаков, что характерно для неметаллов. Такая двойственность сказывается на механических параметрах вещества. Материал одновременно хрупкий и твердый.
Отличается бериллий и легкостью. Плотность металла всего 1,848 граммов на кубический сантиметр. Ниже планка лишь у некоторых щелочных металлов. Сходясь с ними в плотности, бериллий выгодно выделяется устойчивостью к коррозии.
От нее элемент спасает пленка в доли миллиметра толщиной. Это оксид бериллия. Он образуется на воздухе за 1,5-2 часа. В итоге блокируется доступ кислорода к металлу, и он сохраняет все первозданные характеристики.
Радуют и прочность бериллия. Проволока диаметром всего в 1 миллиметр способна держать навесу взрослого мужчину. Для сравнения, аналогичная нить алюминия рвется при нагрузке в 12 килограммов.
Бериллий, свойствакоторого обсуждаются, почти не теряет прочности при нагреве. Если довести температуру до 400-от градусов, «сила» металла ослабеет лишь вдвое. Дюралюминий, к примеру, становится менее прочным в 5 раз.
Предельная температура твердости бериллия– более 1 200-от по шкале Цельсия. Это непредсказуемо, ведь в периодической таблице 4-ый элемент стоит между литием и магнием . Первый плавится при 180-ти, а второй – при 650-ти градусов.
По идее, температура размягчения бериллия должна быть около 400-от по шкале Цельсия. Но, 4-ый элемент попал в список относительно тугоплавких, уступив, к примеру, железу лишь 300 градусов.
Предельная реакция бериллияна температуру – кипения. Оно происходит при 2 450-ти градусах Цельсия. Закипая, металл превращается в единую серую массу. В обычном же виде, элемент серебристый , с выраженным, слегка маслянистым блеском.
Сияние красиво, но опасно для здоровья. Бериллий ядовит. Попадая в организм, металл замещает костный магний. Начинается бериллиоз. Его острая форма выражается отеком легких, сухим кашлем.
Бывают летальные случаи.
Влияние на живые ткани – один из немногих недостатков бериллия. Достоинств больше. Они служат человечеству, в частности, в сфере тяжелой промышленности. Итак, настало время изучить, как применяется 4-ый элемент таблицы Менделеева.
Применение бериллия
Гидроксид бериллияи окись урана составляют ядерное топливо. 4-ый металл используют в атомных реакторов и для замедления нейтронов. Оксид бериллия добавляют не только в топливо, но и делают из него тигли. Это высокотеплопроводные, высокотемпературные изоляторы.
Кроме атомной техники соединения бериллия, сплавы на его основе пригождаются в авиастроении и космонавтике. Из 4-го металла делают тепловые экраны и системы наведения. Элемент нужен и для ракетного топлива, а так же, обшивки кораблей. Их корпуса делают из бериллиевых бронз.
По свойствам они превосходят легированные стали. Достаточно прибавить к меди всего 1-3% 4-го элемента, чтобы довести до максимума разрывную прочность. Со временем она не теряется. Другие же сплавы с годами устают, их эксплуатационные параметры снижаются.
Чистый бериллий плохо обрабатывается. Выступая в роли добавки к бронзе , металл становится податливым. Можно изготовить ленту толщиной всего в 0,1 миллиметра. Масса бериллияоблегчает сплав, исключает его магнитность, искрение при ударах.
Все это пригождается в производстве пружин, подшипников, рессоров, амортизаторов, шестерней. Эксперты утверждают, что в современном самолете присутствует больше 1 000 деталей именно из бериллиевой бронзы.
В металлургии используют и пару бериллий-магний. Последний металл теряется при плавлении. Добавка 0,005% 4-го элемента сокращает испарение и окисление магния при плавке и литье .
По аналогии действуют, так же, с составами на основе алюминия. Если же сочетать 4-ый металл с танталом или цирконием , получатся бериллиды. Это сплавы исключительной твердости, способные прослужить 10 часов при температуре в 1650 градусов Цельсия.
Хлорид бериллиянеобходим медикам. Они используют вещество при диагностике туберкулеза и вообще в рентгенотехническом оборудовании. 4-ый элемент – один из немногих, не взаимодействующих с лучами рентгеновского спектра.
Ядро бериллия, его атомы почти невесомы. Это позволяет пропускать в 17 раз больше мягких лучей, чем, к примеру, пропускает алюминий аналогичной толщины. Поэтому, окошки рентгеновских трубок делают именно из бериллия.
Добыча бериллия
Металл извлекают из руд. Измельченный бериллий спекают с известью, фторсиликатном натрия и мелом. Полученную смесь проводят через несколько химических реакций до получения гидроокиси 4-го элемента. В процессе участвует кислота.
Бериллияочистка трудоемка. Гидроокись требует прокаливания до состояния оксида. Его, в свою очередь, переводят в хлорид или же фторид. Из них-то путем электролиза и добывают металлический бериллий. Используют, так же, метод восстановления магнием.
Получение бериллия – это десятки перегонок и очисток. Избавится, главным образом, нужно от оксида металла. Вещество делает бериллий чрезмерно хрупким, непригодным для промышленного использования.
Процесс добычи 4-го элемента осложняется и его редкостью. На тонну земной коры приходится меньше 4-х граммов бериллия. Общемировые запасы оцениваются всего в 80 000 тонн. Ежегодно из недр извлекают около 300-от из них. Объем добычи постепенно растет.
Больше всего элемента в щелочных, богатых кремнеземом, породах. Их почти нет на Востоке. Это единственный регион, не добывающий бериллий. Больше всего металла в США, в частности, штате Юта. Богаты 4-ым элементом и Центральная Африка, Бразилия, Россия.
На них приходятся 50% мировых запасов бериллия.
Цена бериллия
На бериллий ценаобусловлена не только его редкостью, но и сложностью производства. В итоге, стоимость килограмма доходит до нескольких сотен долларов США.
На биржах цветных металлов торгуют фунтами. Английская мера веса равна примерно 450-ти граммам. За этот объем просят почти 230 условных единиц. Соответственно, килограмм оценивают чуть ли не в 500 долларов.
К 2017-му году мировой рынок бериллия, по прогнозам экспертов, достигнет 500-от тонн. Это свидетельствует о спросе на металл. Значит, его стоимость, наверняка, продолжит расти. Не зря бериллий – основа драгоценных камней берилла , изумруда , александрита .
Цена сырья приближается к запросам ювелиров за ограненные кристаллы. Они, кстати, могут быть материалом для добычи бериллия. Но, естественно, никто не пускает изумруды на переплавку, пока в природе есть залежи руд, содержащих 4-ый элемент. Как правило, он сопутствует алюминию. Так что, если удалось найти руды последнего, наверняка, удастся обнаружить в них и бериллий.
Источник: tvoi-uvelirr.ru