Бериллий – полезные свойства, уникальность и опасность металла

Это вещество соперничает с алюминием, сталями, благородными металлами.

Бериллий приходит на Землю из Космоса. Им покрыты зеркала телескопов, он есть в Большом адронном коллайдере.

Бериллий металл

Что представляет собой

Бериллий – элемент №4 таблицы Менделеева. Сероватый металл легок, с приглушенным блеском.

Имеет в составе один стабильный изотоп Ве-9.

Его материалом служит вещество межзвездных скоплений. Доставляется на Землю лучами из глубин Космоса.

Международное обозначение и формула простого вещества – Be.

Проблемы классификации

Бериллий относится к щелочноземельным металлам. Однако с классификацией определились не сразу.

По химическим свойствам его легко отличить от остальных металлов этой группы. Он не реагирует с водой, его гидроксид – не щелочь.

Однако сегодня, согласно номенклатуре Международного союза теоретической и прикладной химии (ИЮПАК), все элементы второй группы таблицы Менделеева, а значит и бериллий, считаются щелочноземельными металлами.

Как был открыт

К открытию элемента причастны европейские химики, физик и русский ученый:

  • Первооткрывателем стал французский химик Луи Николя Воклен. В 1798 он выделил из берилла оксид.
  • Через тридцать лет его коллеги немец Франц Велер и француз Антуан Бюсси получили, каждый в своей лаборатории, свободный бериллий.
  • Металлическая форма вещества – заслуга француза Поля Лебо. Физик применил электролиз к расплаву солей вещества.
  • В России бериллий исследовал Иван Авдеев. Химик проанализировал состав бериллиевых минералов и соединений с Урала, доказав истинную валентность оксида металла.

Интересна история названия элемента. За сладкий вкус растворяемых водой соединений его окрестили глицинием. Бериллием его предложили именовать химики Мартин Клапрот (Германия) и Андерс Экеберг (Швеция).

Термин «берилл» восходит к названию индийского города Белур в окрестностях Мадраса. Здесь веками добывали ювелирную разновидность берилла – изумруд.

Формы нахождения в природе

В природе металл представлен россыпями и коренными залежами минералов.

Таких минералов три десятка, из них половина – силикаты, еще четверть – фосфаты. Самые известные – берилл, фенакит, хризоберилл.

Тонна земной коры содержит 3,8 г бериллия (щелочные породы – до 70 г). Литр морской воды – 0,000006 мг.

Попадаются кристаллы с габаритами в несколько метров и тонн. Их добывают из пегматитов.

На особом счету драгоценные разновидности берилла – аквамарин, изумруд, гелиодор. Голубой, зеленый, желтый цвет создают примеси других элементов в составе.

Месторождения

Месторождения бериллиевых руд распределены по планете. Наибольшие запасы – в обеих Америках (США, Бразилия, Аргентина), Африке, Казахстане, России.

Источники сырья в России – Бурятия, Свердловская, Мурманская области.

Физико-химические характеристики

Бериллий – необычный металл. С изменением температуры кристаллическая структура его решетки меняется с гексагональной на кубическую.

Бериллий, чистота более 99%, поликристаллический фрагмент
Бериллий, чистота более 99%, поликристаллический фрагмент

Ученые выявили уникальные физические и химические свойства элемента:

  • Высшая среди металлов теплоемкость, звукопроницаемость.
  • Высокая теплопроводность.
  • Малое электрическое сопротивление.
  • Порог упругости выше, чем у сталей.

Твердость средняя (5,5 по Моосу), но это больше, чем у других «легких» металлов.

Свойства атома
Название, символ, номер Бери́ллий / Beryllium (Be), 4
Атомная масса
(молярная масса)
9,012182(3) а. е. м. (г/моль)
Электронная конфигурация [ He ] 2s²
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 +2 ; 0
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)
Уд. теплота плавления 12,21 кДж/моль
Уд. теплота испарения 309 кДж/моль
Молярная теплоёмкость 16,44 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

На воздухе металл покрывается оксидным щитом-пленкой. Поэтому химическая активность запускается только при высоких температурах.

Технология получения

Бериллиевую руду доставляют на обогатительную фабрику.

Здесь получают соли вещества:

  • Из них извлекают металлический продукт, восстанавливая фторид магнием.
  • Сырье для второго способа получения – хлориды натрия и бериллия. Смесь расплавляют, затем применяют электролиз.
  • Продукт высокой чистоты создают в вакууме переплавкой и дистилляцией.

Переработка руды налажена в США, КНР, Казахстане, России.

Глобальный объем производства бериллия – 260-310 тонн ежегодно.

Обработка бериллия проблематична, опасна для здоровья, поэтому главные способы производства – точное литье и порошковая металлургия. Размолотый металл спрессовывают, создавая форму по заданным параметрам либо универсальную заготовку (труба, пруток).

Обработку затрудняет хрупкость. Этот недостаток устранили в 1970-х годах, выяснив, что пластичен чистый бериллий.

Где используется

Две трети бериллия либо соединений забирает промышленность. Каждый сегмент использует нужные для себя достоинства вещества. Самые красивые находки достаются ювелирам и коллекционерам.

Металлургия

Первые в цепочке потребителей руды – металлурги. Добавка микродоз бериллия к сталям и сплавам повышает их утилитарные характеристики: прочность, твердость, невосприимчивость к ржавчине.

Шар из металлического бериллия
Шар из металлического бериллия

Особо популярна бериллиевая бронза (рандоль). Идет на диски, пружины, другие комплектующие, работающие в экстремальных условиях.

Всего 0,5% бериллия в составе сплава на порядки увеличивает количество рабочих циклов изделия, предотвращает искрение. Внешне сплав неотличим от благородного металла, за что назван «цыганским золотом».

Другие отрасли

Продукцию металлургов закупают производители оборудования для разных сфер:

  • В ядерной отрасли это отражатель, замедлитель, источник нейтронов (начинка реакторов АЭС). Оксид бериллия плюс уран – ядерное топливо с высоким КПД. Фторид – компонент стекла специального назначения.
  • Аэрокосмическая техника. Металл в полтора раза легче алюминия, но прочнее стали. Также жаростоек, упруг, с хорошей теплопроводностью. Поэтому нашел применение как материал корпуса и конструкций ракет, самолетов, космических аппаратов. Недорогой, с пониженной токсичностью гидрид бериллия – основа ракетного топлива.
  • Металл неуязвим для рентгеновских лучей, поэтому становится «оконцами» рентгеновских аппаратов, детекторов.
  • Это также детали лазеров.
  • Металл – третий по теплопроводности среди химических элементов. Используется как огнеупор, изолятор, материал тиглей и специальных сортов керамики.
  • Динамики с бериллием – компонент аудиосистем класса люкс.
Оксид бериллия 99,9 % (изделие)
Оксид бериллия 99,9 % (изделие)

ФАКТ! Из бериллия сделан «трубопровод» Большого адронного коллайдера. Им покрыты зеркала телескопов Хаббла, Спитцера, Уэбба, работающих в открытом космосе.

Цены

На российском рынке представлены разные продукты из металла.

Цена определяется видом продукции (руб./ кг):

  • Чистое вещество – 10,7 тыс.
  • Метацирконат – 12,3 тыс.
  • Алюминат – 339.

Такой же расклад на мировом рынке.

Опасность

Роль вещества для биологических систем невелика. Однако металл скапливается в почках, способен вытеснить из скелета магний.

Каждый день в организм человека с пищей поступает 0,01 мг бериллия.

Металлический бериллий нетоксичен. Опасность исходит от пыли, порошка, растворимых, летучих соединений. Они провоцируют аллергию и онкологию.

Особо ощущают вредность металла работники, занятые на добыче и обогатительных предприятиях. Их профессиональное заболевание – бериллиоз. То есть поражение дыхательной системы (особенно легких).

По стандартам РФ, кубометр воздуха не должен содержать более 0,001 мг бериллия.

Рейтинг автора
Автор статьи
Петрова Вероника Александровна
Мне 36 и я специалист в области минералогии. Сейчас я в декрете и всё свободное время посвящаю самоцветам. В этом блоге я делюсь информацией про камни и их свойства — присоединяйтесь, задавайте вопросы и пишите комментарии!
Написано статей
430
Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Звёзд: 1Звёзд: 2Звёзд: 3Звёзд: 4Звёзд: 5 (1 оценок, среднее: 5,00 из 5)
Загрузка...

Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: