Бериллий

Бериллий
← Литий | Бор →
4 Be ↓ Mg 4Be
Внешний вид простого вещества
Поликристаллический фрагмент бериллия. Чистота >99%.
Свойства атома
Название, символ, номер	Бери́ллий / Beryllium (Be), 4
период , блок	2 (устар. IIA), 2, s-элемент
Атомная масса (молярная масса)	9,012182(3)[1] а. е. м. (г/моль)
Электронная конфигурация	[ He ] 2s2 1s22s2
Радиус атома	112 пм
Химические свойства
Ковалентный радиус	90 пм
Радиус иона	35 (+2e) пм
Электроотрицательность	1,57 (шкала Полинга)
Электродный потенциал	−1,69 В
Степени окисления	0, +2
Энергия ионизации (первый электрон)	898,8 (9,32) кДж/моль (эВ)
Термодинамические свойства простого вещества
Плотность (при н. у.)	1,848 г/см³
Температура плавления	1551 K (1278 °C, 2332 °F)
Температура кипения	3243 K (2970 °C, 5378 °F)
Мол. теплота плавления	12,21 кДж/моль
Мол. теплота испарения	309 кДж/моль
Молярная теплоёмкость	16,44[2] Дж/(K·моль)
Молярный объём	5,0 см³/моль
Кристаллическая решётка простого вещества
Структура решётки	Гексагональная
Параметры решётки	a=2,286 Å; c=3,584 Å
Отношение c/a	1,567
Температура Дебая	1000 K
Прочие характеристики
Теплопроводность	(300 K) 201 Вт/(м·К)
Номер CAS	7440-41-7

Бери́ллий (

4.

Как

.

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 расплавов солей^[4].

Название бериллия произошло от названия минерала

.

Происхождение бериллия

В процессах как

звёздного нуклеосинтеза

рождаются лишь лёгкие нестабильные изотопы бериллия. Стабильный изотоп ${\displaystyle \mathrm {{}^{9}Be} }$ может появиться как в звёздах, так и в межзвёздной среде в результате распада более тяжелых ядер, бомбардируемых космическими лучами^[6]. В атмосфере Земли радиоактивный ${\displaystyle \mathrm {{}^{10}Be} }$ непрерывно образуется в результате расщепления ядер кислорода космическими лучами^[7].

Во Вселенной бериллий — относительно редкий элемент, потому что он не образуется в результате

.

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

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 и бертрандит.

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 (тёмно-синие, розовые, красные, бледно-голубые, бесцветные и др.). Цвет бериллу придают примеси различных элементов.

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^[11]. Бертрандит наиболее распространён в США, особенно в штате Юта.

Природный бериллий состоит из единственного

Бериллий — металл серебристо-белого цвета, обладающий относительно высокой твёрдостью (5,5 баллов по Моосу), что превосходит по твёрдости другие лёгкие металлы (алюминий, магний). Хрупок. Имеет высокий модуль упругости — 300 ГПа (у сталей — 200—210 ГПа). Скорость звука в бериллии очень высока — 12 600 м/с, что в 2—3 раза больше, чем в других металлах. Имеет высокую теплопроводность и высокую температуру плавления.

Для бериллия характерны две

${\displaystyle {\ce {Be + BeO -> Be2O}}}$.

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 малореакционноспособен при комнатной температуре, т.к. на воздухе активно покрывается стойкой оксидной плёнкой

.

Бериллий легко растворяется в разбавленных водных растворах кислот (соляной, серной кислотами, а азотной кислотой при нагревании), при этом холодная концентрированная азотная кислота пассивирует металл^[2].

Реакция бериллия с водными растворами щелочей сопровождается выделением водорода и образованием гидроксобериллатов:

${\displaystyle {\ce {Be + 2NaOH + 2H2O -> Na2[Be(OH)4] + H2}}}$.

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

${\displaystyle {\ce {Be + 2NaOH -> Na2BeO2 + H2}}}$.

Гидроксид бериллия(II) амфотерен, причём как основные (с образованием Be²⁺), так и кислотные (с образованием [Be(OH)₄]²⁻) свойства выражены слабо. Получают осаждением аммиаком из водных солей бериллия.

В виде простого вещества в XIX веке бериллий получали действием калия на безводный хлорид бериллия^[2]:

${\displaystyle {\ce {BeCl2 + 2K -> Be + 2KCl}}}$

В настоящее время бериллий получают, восстанавливая фторид бериллия магнием^[2]:

${\displaystyle {\ce {BeF2 + Mg -> Be + MgF2}}}$

либо электролизом расплава смеси хлоридов бериллия и натрия. Исходные соли бериллия выделяют при переработке бериллиевой руды.

По состоянию на 2012 год основными производителями бериллия являлись:

.

Легирование сплавов

Бериллий в основном используют как

.

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.

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:

⁹Ве + α → n + ¹²C.

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

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

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.

Бериллий и его сплавы применялись при конструировании оборудования используемого астронавтами программы «Аполлон», в частности контейнеров ловушек ядер инертных газов и теплозащитных экранов радиоизотопных энергетических установок SNAP-27.^[18]

Особый интерес представляют для астрономов бериллиевые зеркала^[19]. Зеркала большой площади, часто с сотовой опорной конструкцией, используются, например, в метеорологических спутниках, где малый вес и долговременная стабильность размеров имеют решающее значение. Первичное зеркало космического телескопа Джеймса Уэбба состоит из 18 шестиугольных сегментов, изготовленных из позолоченного бериллия^[20][21]. Поскольку телескоп будет работать при температуре 33 К, такое зеркало способно выдерживать экстремальные холода лучше, чем стекло. Бериллий сжимается и деформируется меньше чем стекло и остается более однородным при таких температурах. По той же причине оптика космического телескопа Спитцер полностью построена из металлического бериллия^{[источник не указан 736 дней]}.

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.

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.

Ввиду своей лёгкости и высокой твёрдости бериллий успешно применяется в качестве материала для электродинамических громкоговорителей. Однако, его высокая стоимость, сложность обработки (из-за хрупкости) и токсичность (при несоблюдении технологии обработки) ограничивают применение динамиков с бериллием дорогими профессиональными аудиосистемами^[22]. 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^[23].

В точках столкновения пучков на

(БАК) вакуумная труба сделана из бериллия. Он одновременно практически не взаимодействует с частицами, произведёнными в столкновениях (которые регистрируют детекторы), но при этом достаточно прочен.

Ежедневное поступление бериллия в организм человека с пищей составляет около 0,01 мг. В живых организмах бериллий не несёт какой-либо значимой биологической функции. Однако бериллий может замещать

, что приводит к нарушению их работы.

Бериллий

.

Токсическое действие бериллия связано с его проникновением в ядра клеток, что вызывает генные мутации, хромосомные аберрации и сестринский хроматидный обмен^[24]. Также ионы бериллия участвуют в конкурентных реакциях с ионами магния, кальция, марганца, что приводит к блокированию активации ими ферментов^[24].

Летучие (и растворимые) соединения бериллия, в том числе и пыль, содержащая соединения бериллия, высокотоксичны для людей. Для воздуха

.

См. также

• Соединения бериллия
• Рандоль
• Сварка бериллия

• Бериллий: Сборник переводных статей из иностранной периодической литературы: Редкие металлы. — М.: Иностранная литература, 1955. — Т. 3.: Геохимия, минералогия и месторождения бериллия. — 188 с.
• Беус А. А. Требования промышленности к качеству минерального сырья: Справочник для геологов. — 2-е изд. — М.: Госгеолтехиздат, 1959. — 38 с.
• Беус А. А. Бериллий, где и как его искать. — 2-е издание. — М.: Госгеолтехиздат, 1962. — 28 с. — (Библиотечка искателя полезных ископаемых).

• Бериллий на Webelements
• Бериллий в Популярной библиотеке химических элементов
• Состояние и перспективы мирового рынка бериллия  (рус.). Дата обращения: 4 января 2014. Архивировано 30 декабря 2007 года.