Опубликовано 2 комментария

Бериллий

Бериллий является химическим элементом периодической таблицы Д.И. Менделеева с атомным номером 4 и химическим обозначением Be. Бериллий является одним из наиболее редких металлов встречающихся в земной коре в составе таких минералов как берилл и бертрандит.


Открытие

Такой минерал как берилл был известен человечеству очень давно. В древности и средневековье прозрачные кусочки этого минерала использовались в качестве увеличительного стекла. Аббат Р. Ж. Гаюи обнаружил, что берилл и изумруд имеют одинаковые физические свойства, а также одинаковую форму кристаллов с точки зрения твердости и плотности, а затем попросил французского химика Луи-Николя Воклена провести исследование этого минерала.

Луи Николя Воклен — ученый открывший бериллий
Луи Николя Воклен — ученый открывший бериллий

В 1798 году Воклен доказал, что берилл и изумруд химически почти идентичны. Он также выделил из обоих минералов оксид, который назвал берилловой глиной (terre du béril). Из-за сладкого вкуса в редакционной статье Воклена дала новому веществу название глюцин. Первые сообщения о попытках получения элемента были опубликованы Хэмфри Дэви в 1809 г. и Ф. Стромейером в 1812 г. Получить элемент удалось только в 1828 году Фридриху Вёлеру, а вскоре и Антуану Бюсси путем восстановления хлорида бериллия калием. Вёлер назвал новый элемент бериллием. Химическая реакция описывается следующим уравнением:

BeCl2 + 2К → 2 KCl + Be

Используя спиртовку, Вёлер нагрел чередующиеся слои хлорида бериллия и калия в платиновом тигле с проволочной заглушкой. Вышеуказанная реакция произошла немедленно и привела к тому, что тигель нагрелся добела. Охладив и промыв полученный серо-черный порошок, он увидел, что порошок состоит из мелких частиц с темным металлическим блеском.

М. Авдеев сделал первые определения точного атомного веса в 1842 году.
В результате прямого электролиза расплавленной смеси фторида бериллия и фторида натрия, проведенного Полем Лебо в 1898 году, были получены первые чистые (от 99,5 до 99,8%) образцы бериллия. Промышленное производство бериллия началось только после Первой мировой войны.


Характеристики

Физические характеристики
Состояние при Н.У. Твердое
Температура плавления 1287 ° С
Точка кипения 2969°С
Плотность при Н.У. 1,848 г/см 3
Твердость по шкале Мооса 5,5
Критическая точка 4931,85 °C, 67 МПа
Мол. теплота плавления 12,2 кДж/моль
Мол. теплота испарения 309 кДж/моль
Мол. теплоемкость 16,44 Дж/(моль·К)
Молярный объем 4,85 · 10 -6  м 3 ·моль -1
Химические характеристики
Атомный номер(Z) 4
Атомная масса 9.012
Электронная конфигурация 2s²
Радиус атома 112 пм
Ковалентный радиус 96 пм
Степени окисления 0, +1, +2
Радиус иона 35 пм
Электроотрицательность 1.57 (шкала Полинга)
Энергия ионизации 898,8 кДж/моль
Изотопы  ⁷Be; ⁸Be; ⁹Be; 10Be

Добыча и производство

Металлический бериллий
Металлический бериллий

Важнейшим исходным материалом для получения руды в качестве исходного материала для производства бериллия является минерал берилл, который помимо содержания алюминия, определяемого формулой, обычно содержит примеси железа. Помимо собственно разложения, важное значение имеет отделение бериллия от алюминия и железа. Разложение происходит либо с использованием щелочных флюсов с химической формулой:

Al2Be3[Si6O18] + 6H2SO4 → 3BeSO4 + Al2Si6O12(SO4)3 + 6H2O

BeSO4 + 2NaOH → Na2SO4 + Be(OH)2

или с использованием фторидов или кремнефторидов с химической формулой:

Al2Be3[Si6O18] + 6Na2SiF6 → 3Na2BeF4 + 2Na3AlF6 + 9SiO2 + 3SiF4

Na2BeF4 + 4NaOH → Na2BeO2 + 4NaF + 2H2O

Na2BeO2 + 2H2O → Be(OH)2 + 2NaOH

Помимо берилла, в качестве исходного сырья для получения солей бериллия при разложении с помощью серной кислоты или царской водки используют также гадолинит и лейкофан.

Элементарный бериллий получают восстановлением фторида бериллия магнием при температуре 1300 °С. Реакция начинается при низких температурах, но при повышении ее до 850 °C скорость реакции увеличивается после расплавления фторида магния и бериллия:

BeF2 + Mg -1300°C→ MgF2 + Be

Металлический бериллий высокой чистоты получают электролизом плавления хлорида бериллия с хлоридом лития при температуре 500 °C или хлоридом натрия при температуре 350 °C или фторида бериллия с фторидом лития или фторидом калия при температуре 500 °C:

BeCl2 → Be + Cl2

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. Бертрандит наиболее распространён в Соединённых Штатах, особенно в штате Юта.

Ежегодное мировое производство металлического бериллия составляет около 230 тонн. Известные мировые запасы по оценкам ученых составляют более 100 000 тонн. Цена бериллия как полностью переработанного компонента аэрокосмической отрасли составляет от 300 до 1500 евро/кг. Коммерческий продукт в виде проволоки или фольги из чистого бериллия (содержание бериллия > 99,5%) также значительно дороже.


Применение

Применение бериллия достаточно широкое, но большая его часть связана именно со сплавами. Если рассматривать сферы жизнедеяттельности человека где используется бериллий, то в процентном соотношении распределение его происходит следующим образом:

  • 22% — бытовая электроника;
  • 20% — компоненты промышленности;
  • 17% — автомобильная электроника;
  • 9% — вооружение и изделия военного назначения;
  • 8% — телекоммуникации и инфраструктура;
  • 7% — энергетика и оборудование;
  • 3% — медицинские нужды;
  • 14% — другие назначения;

Большинство применений бериллия приходится на изготовление сплавов. Их процентная составляющая превышает 90% от общего количества всего добываемого металла. Около 10% применений приходится на изготовление изделий из чистого элемента и сплавов с общей долей бериллия свыше 60%. На изготовление сплавов с содержанием бериллия менее 60% статисты отводят свыше 80% от общего объема добываемого химического элемента. Остальная часть применения отводится на керамические изделия из оксида бериллия.

Не смотря на превосходные свойства бериллия из-за его высокой токсичности использование этого металла ограничено. Бериллий применяется как конструкционный материал в сплавах с алюминием для нагруженных и очень легких изделий авиационной и космической техники. Кроме того, его используют для изготовления легких и прочных двигателей в автомобильной промышленности, преимущественно автоспорте. Данный химический элемент имеет большое количество применений в ядерной промышленности, начиная от ядерных реакторов и заканчивая ядерным оружием.


Безопасность

В среднем человеческом организме содержится около 35 микрограммов бериллия, и это количество не считается вредным. Бериллий химически подобен магнию и поэтому может вытеснять его из ферментов, что приводит к возникновению соответствующих проблем. Поскольку Be 2+ представляет собой высокозаряженный и небольшой ион, он может легко проникать во многие ткани и клетки, где специфически поражает ядра клеток, ингибируя многие ферменты, в том числе те, которые используются для синтеза ДНК. Его токсичность усугубляется тем фактом, что у организма нет средств для контроля уровня бериллия, и, попав в организм, химический элемент не способен выводиться самостоятельно.

Кроме того этот химический элемент очень опасен при вдыхании. При длительном взаимодействии с пылью бериллия может возникать хроническое заболевание бериллиоз. Бериллиоз — легочное и системное гранулематозное заболевание, вызываемое вдыханием пыли или паров, загрязненных бериллием. К этому недугу могут привести либо большие количества вдыхаемого вещества в течение короткого времени, либо небольшие количества но в течение длительного времени. Для развития симптомов заболевания может потребоваться до пяти лет и около трети пациентов при их возникновени погибают, а те кто выживают становятся неспособными к нормальному функционированию. Международное агентство по изучению рака (IARC) относит бериллий и его соединения к канцерогенам 1-й категории.

2 комментария к “Бериллий

  1. Все минералы связанные с этим элементом имеют высокую цену, но скорее всего это только у коллекционеров.

  2. Интересно, что применение распределяется наибольшей частью на бытовую электронику, хотя это не самое прибыльное ремесло.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *