Бериллий (Beryllium), Be
Химические элементы / Бериллий (Beryllium), Be

Бериллий - химический элемент II группы периодической системы Менделеева, атомный номер 4, атомная масса 9,0122; лёгкий светло-серый металл. Имеет один стабильный изотоп 9Be. Открыт в 1798 в виде окиси BeO, выделенной из минерала берилла Л. Вокленом. Металлический Б. впервые получили в 1828 Ф. Вёлер и А. Бюсси независимо друг от друга. Т. к. некоторые соли Б. сладкого вкуса, его вначале называли "глюциний" (от греч. glykys - сладкий) или "глиций". Название Glicinium (знак GI) употребляется (наряду с Б.) только во Франции. Применение Б. 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.

Б. - редкий элемент, среднее содержание его в земной коре 6 10-4% по массе. Б. - типичный литофильный элемент, характерный для кислых, субщелочных и щелочных магм. Известно около 40 минералов Б. Из них наибольшее практическое значение имеет берилл, перспективны и частично используются фенакит, гельвин, хризоберилл, бертрандит (см. Бериллиевые руды).

Физические и химические свойства. Кристаллическая решётка Б. гексагональная плотноупакованная с периодами а = 2,855 ?и с= 3,5840 . Б. легче алюминия, его плотность 1847,7 кг/м3 (у Al около 2700 кг/м3), tлл 1284?C, tkип 2450°C.

Б. обладает наиболее высокой из всех металлов теплоёмкостью, 1,80 кдж/(кг.’К)или 0,43 ккал/ (кг’°C), высокой теплопроводностью, 178 вт/(м’К) или 0,45 кал/см’сек’?С) при 50°C, низким электросопротивлением, 3,6-4,5 мком’см при 20°C; коэффициент линейного расширения 10,3-131 (25-100°C). Эти свойства зависят от качества и структуры металла и заметно меняются с температурой. Модуль продольной упругости (модуль Юнга) 300Гн/м2 (3.104 кгс/мм2). Механические свойства Б. зависят от чистоты металла, величины зерна и текстуры, определяемой характером обработки. Предел прочности Б. при растяжении 200-550 Мн/м2 (20-55 кгс/мм2), удлинение 0,2-2%. Обработка давлением приводит к определённой ориентации кристаллов Б., возникает анизотропия, становится возможным значительное улучшение свойств. Предел прочности в направлении вытяжки доходит до 400-800Мн/м2(40-80 кгс/мм2), предел текучести 250-600 Мн/м2 (25-60 кгс/мм2), а относительное удлинение до 4-12%. Механические свойства в направлении, перпендикулярном вытяжке, почти не меняются. Б. - хрупкий металл; его ударная вязкость 10-50 кдж/м2 (0,1- 0,5 кгс.’м/см2). Температура перехода Б. из хрупкого состояния в пластическое 200- 400 °C.

В химических соединениях Б. 2-валентен (конфигурация внешних электронов 2s2). Б. обладает высокой химической активностью, но компактный металл устойчив на воздухе благодаря образованию тонкой и прочной плёнки окиси BeO. При нагревании выше 800 °C быстро окисляется. С водой до 100°C Б. практически не взаимодействует. Легко растворяется в плавиковой, соляной, разбавленной серной кислотах, слабо реагирует с концентрированной серной и разбавленной азотной кислотами и не реагирует с концентрированной азотной. Растворяется в водных растворах щелочей, образуя соли бериллаты, например Na2BeO2. При комнатной температуре реагирует с фтором, а при повышенных - с др. галогенами и сероводородом. Взаимодействует с азотом при температуре выше 650 °C с образованием нитрида Be3N2 и при температуре выше 1200°C с углеродом, образуя карбид Be2C. С водородом практически не реагирует во всём диапазоне температур. Гидрид Б. получен при разложении бериллийорганических соединений и устойчив до 240°C. При высоких температурах Б. взаимодействует с большинством металлов, образуя бериллиды; с алюминием и кремнием даёт эвтектические сплавы. Растворимость примесных элементов в Б. чрезвычайно мала. Мелкодисперсный порошок Б. сгорает в парах серы, селена, теллура. Расплавленный Б. взаимодействует с большинством окислов, нитридов, сульфидов и карбидов. Единственно пригодным материалом тиглей для плавки Б. служит бериллия окись.

Гидроокись Be (OH)2 - слабое основание с амфотерными свойствами. Соли Б. сильно гигроскопичны и за небольшим исключением (фосфат, карбонат) хорошо растворимы в воде, их водные растворы вследствие гидролиза имеют кислую реакцию. Фторид BeF2 с фторидами щелочных металлов и аммония образует фторбериллаты, например Na2BeF4, имеющие большое промышленное значение. Известен ряд сложных бериллийорганических соединений, гидролиз и окисление некоторых из них протекают со взрывом.

Получение и применение. В промышленности металлический Б. и его соединения получают переработкой берилла в гидроокись Be (OH)2 или сульфат BeS04. По одному из способов, измельченный берилл спекают с Na2SiF6, образующиеся фторбериллаты натрия Na2BeF4 и NaBeF3 выщелачивают из смеси водой; при добавлении к этому раствору NaOH в осадок выпадает Be (OH)2. По другому способу, берилл спекают с известью или мелом, спек обрабатывают серной кислотой; образующийся BeS04 выщелачивают водой и осаждают аммиаком Be (OH)2. Более полная очистка достигается многократной кристаллизацией BeSO4, из которого прокаливанием получают BeO. Известно также вскрытие берилла хлорированием или действием фосгена. Дальнейшая обработка ведётся с целью получения BeF2 или BeCl2.

Металлический Б. получают восстановлением BeF2 магнием при 900-1300°C или электролизом BeCl2 в смеси с NaCI при 350°C.

Полученный металл переплавляют в вакууме. Металл высокой чистоты получают дистилляцией в вакууме, а в небольших количествах - зонной плавкой; применяют также электролитическое рафинирование.

Из-за трудностей получения качественных отливок заготовки для изделий из Б. готовят методами порошковой металлургии. Б. измельчают в порошок и подвергают горячему прессованию в вакууме при 1140-1180°C. Прутки, трубы и др. профили получают выдавливанием при 800-1050°C (горячее выдавливание) или при 400-500 °C (тёплое выдавливание). Листы из Б. получают прокаткой горячепрессованных заготовок или выдавленных полос при 760-840°C. Применяют и др. виды обработки - ковку, штамповку, волочение. При механической обработке Б. пользуются твердосплавным инструментом.

Сочетание малой атомной массы, малого сечения захвата тепловых нейтронов (0,009 барн на атом) и удовлетворительной стойкости в условиях радиации делает Б. одним из лучших материалов для изготовления замедлителей и отражателей нейтронов в атомных реакторах. В Б. выгодно сочетаются малая плотность, высокий модуль упругости, прочность, теплопроводность. По удельной прочности Б. превосходит все металлы. Благодаря этому в конце 50 - начале 60-х гг. Б. стали применять в авиационной, ракетной и космической технике и гироприборостроении. Однако высокая хрупкость Б. при комнатной температуре - главное препятствие к его широкому использованию как конструкционного материала.

Б. входит в состав сплавов на основе Al, Mg, Cu и др. цветных металлов (см. Алюминиевые сплавы, Магниевые сплавы, Медные сплавы).

Некоторые бериллиды тугоплавких металлов рассматриваются как перспективные конструкционные материалы в авиа- и ракетостроении. Б. применяется также для поверхностной бериллизации стали. Из Б. изготовляют окна рентгеновских трубок, используя его высокую проницаемость для рентгеновских лучей (в 17 раз большую, чем у алюминия). Б. применяется в нейтронных источниках на основе радия, полония, актиния, плутония, т.к. он обладает свойством интенсивного излучения нейтронов при бомбардировке a-частицами. Б. и некоторые его соединения рассматриваются как перспективное твёрдое ракетное топливо с наиболее высокими удельными импульсами.

Широкое производство чистого Б. началось после 2-й мировой войны. Переработка Б. осложняется высокой токсичностью летучих соединений и пыли, содержащей Б., поэтому при работе с Б. и его соединениями нужны специальные меры защиты.

Бериллий в организме. Б. присутствует в тканях многих растений и животных. Содержание Б. в почвах колеблется от 2’10-4 до 1’10-3%; в золе растений около 2’10-4%. У животных Б. распределяется во всех органах и тканях; в золе костей содержится от 5.10-4 до 7.10-3% Б. Около 50% усвоенного животным Б. выделяется с мочой, около 30% поглощается костями, 8% обнаружено в печени и почках. Биологическое значение Б. мало выяснено; оно определяется участием Б. в обмене Mg и Р в костной ткани. При избытке в рационе Б., по-видимому, происходит связывание в кишечнике ионов фосфорной кислоты в неусвояемый фосфат Б. Активность некоторых ферментов (щелочной фосфатазы, аденозинтрифосфатазы) тормозится малыми концентрациями Б. Под влиянием Б. при недостатке фосфора развивается не излечиваемый витамином D бериллиевый рахит, встречаемый у животных в биогеохимических провинциях, богатых Б.
 

      Смотрите также

      Соединения азота
      Анализ содержания экспериментальной части программы по данной теме свидетельствует, что большинство продуктов реакций являются минеральными удобрениями. Утилизировать отходы можно по следующ ...

      Понятие давления паров и теплоты
      ...

      Менделевий (Mendelevium), Md
      Менделевий - химический элемент III группыпериодической системы Менделеева, атомный номер 101, атомная масса258,0986, относится к актиноидам. Радиоактивен, наиболее устойчивый изотоп258Md (период полу ...