Неорганическая
Органическая
Коллоидная
Биологическая
Биохимия
Токсикологическая
Экологическая
Химическая энциклопедия
Советская энциклопедия
Справочник по веществам
Гетероциклы
Теплотехника
Углеводы
Квантовая химия
Моделирование ХТС
Номенклатура
Таблица Менделеева
Неорганические реакции
Органические реакции
Молярные массы
Форматирование формул
Редактор формул
Уравнивание реакций
Электронное строение атомов
Игра «Таблица Менделеева»
Термодинамические свойства
Конвертер величин
Гальванопара
Форум
Лекарства
Фармацевтика
Термины биохимии
Коды загрязняющих веществ
Стандартизация
Каталог предприятий


Бериллий

Бериллий (лат. Beryllium), Be, 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 бериллий впервые получили в 1828 Ф. Вёлер и А. Бюсси независимо друг от друга. Т. к. некоторые соли бериллия сладкого вкуса, его вначале называли «глюциний» (от греч. glykys — сладкий) или «глиций». Название Glicinium (знак GI) употребляется (наряду с бериллием) только во Франции. Применение бериллия 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.

  Бериллийредкий элемент, среднее содержание его в земной коре 6 10-4% по массе. 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 (см. Бериллиевые руды).

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

  Бериллий обладает наиболее высокой из всех металлов теплоёмкостью, 1,80 кдж/(кг.К) или 0,43 ккал/ (кг°С), высокой теплопроводностью, 178 вт/(мК) или 0,45 кал/смсек°С) при 50°С, низким электросопротивлением, 3,6—4,5 мкомсм при 20°С; коэффициент линейного расширения 10,3—131 (25—100°С). 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 бериллия зависят от чистоты металла, величины зерна и текстуры, определяемой характером обработки. Предел прочности бериллия при растяжении 200—550 Мн/м2 (20—55 кгс/мм2), удлинение 0,2—2%. Обработка давлением приводит к определённой ориентации кристаллов бериллия, 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. Бериллий — хрупкий металл; его ударная вязкость 10—50 кдж/м2 (0,1— 0,5 кгс.м/см2). Температура перехода бериллия из хрупкого состояния в пластическое 200— 400 °С.

  В химических соединениях бериллий 2-валентен (конфигурация внешних электронов 2s2). Бериллий обладает высокой химической активностью, но компактный металл устойчив на воздухе благодаря образованию тонкой и прочной плёнки окиси BeO. При нагревании выше 800 °С быстро окисляется. С водой до 100°С бериллий 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 °С с образованием нитрида Be3N2 и при температуре выше 1200°С с углеродом, образуя карбид Be2C. С водородом практически не реагирует во всём диапазоне температур. Гидрид бериллия получен при разложении бериллийорганических соединений и устойчив до 240°С. При высоких температурах бериллий взаимодействует с большинством металлов, образуя бериллиды; с алюминием и кремнием даёт эвтектические сплавы. Растворимость примесных элементов в бериллии чрезвычайно мала. Мелкодисперсный порошок бериллия сгорает в парах серы, селена, теллура. Расплавленный бериллий взаимодействует с большинством окислов, нитридов, сульфидов и карбидов. Единственно пригодным материалом тиглей для плавки бериллия служит бериллия окись.

  Гидроокись Be (OH)2 — слабое основание с амфотерными свойствами. Соли бериллия 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 бериллий 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 бериллий получают восстановлением BeF2 магнием при 900—1300°С или электролизом BeCl2 в смеси с NaCI при 350°С.

  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 бериллия готовят методами порошковой металлургии. Бериллий измельчают в порошок и подвергают горячему прессованию в вакууме при 1140—1180°С. Прутки, трубы и др. профили получают выдавливанием при 800—1050°С (горячее выдавливание) или при 400—500 °С (тёплое выдавливание). Листы из бериллия получают прокаткой горячепрессованных заготовок или выдавленных полос при 760—840°С. Применяют и др. виды обработки — ковку, штамповку, волочение. При механической обработке бериллия пользуются твердосплавным инструментом.

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

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

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

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

 

  Лит.: Бериллий, под ред. Д. Уайта, Дж. Бёрка, пер. с англ., М., 1960; Дарвин Дж., Баддери Дж., Бериллий, пер. с англ., М., 1962; Силина Г. Ф., Зарембо Ю. И., Бертина Л. Э., Бериллий, химическая технология и металлургия, М., 1960; Папиров И. И., Тихинский Г. Ф., Физическое металловедение бериллия, М., 1968; Эверест Д., Химия бериллия, пер. с англ., М., 1968; Химия и технология редких и рассеянных элементов, т. 2, М., 1969; Самсонов Г. В., Химия бериллидов, «Успехи химии», 1966, т. 35, в. 5, с. 779; Гагарин В. В., Бериллий как конструкционный материал атомной энергетики, «Атомная техника за рубежом», 1969, №3, с.9; Ижванов Л. А. [и др.], Бериллий — новый конструкционный металл, «Металловедение и термическая обработка металлов», 1969, №2, с. 24; Коган Б. И., Капустинская К. А., Бериллий в современной технике, «Цветные металлы», 1967, № 7, с. 105.

  Б. М. Булычев, Л. А. Ижванов, В. В. Ковальский.



     © ХиМиК.ру




Реклама   Обратная связь   Дизайн