Питание и здоровье
Питание и здоровье

Особенности питания различных групп людей

Медицина в фото
Медицина в фото

Уникальные медицинские фото: органы, болезни, паразиты

Планирование беременности и зачатие
Планирование беременности

Рождение ребенка – важный шаг в жизни каждой семьи

Справочник по психиатрии
Справочник по психиатрии

Симптомы, диагноз, развитие, лечение

Общие сведения

Бериллий (лат. Beryllium) Be, химический элемент II группы Периодической системы Менделеева, атомный номер 4, атомная масса 9,0122; легкий светло-серый металл. Имеет один стабильный изотоп Be9. Открыт только в 1798 г. в виде окиси BeO, выделенной из минерала берилла Л. Вокленом. А вот его главный минерал — берилл, а также разновидности берилла — изумруд, аквамарин и гелиодор — были известны человечеству еще в глубокой древности как прекрасные драгоценные камни. Собственно говоря, французский ученый Волкелен и назвал химический элемент по имени минерала, который он исследовал.

Металлический бериллий впервые получили в 1828 г. Ф. Велер и А. Бюсси независимо друг от друга. Так как некоторые соли бериллия сладкого вкуса, его вначале называли “глициний” (от греч. Glykys — “сладкий”) или “глиций”.

Название Glicinium (знак GI) употребляется (наряду с бериллием) только во Франции. Применение бериллия началось в 1940-х гг., хотя его ценные свойства как компонента сплавов были обнаружены еще ранее, а замечательные ядерные — в начале 30-х гг. XX в.

Бериллий — редкий элемент, среднее содержание его в земной коре 10—4 %, по массе он — 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.

Физические и химические свойства

Кристаллическая решетка 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), t пл 1284 °C, t кип 2450 °С.

Бериллий обладает наиболее высокой из всех металлов теплоемкостью, 1,80 кдж/(кгК) или 0,43 ккал/ (кг°С), высокой теплопроводностью, 178 вт/(мК) или 0,45 кал/(см сек°С) при 50 °С, низким электросопротивлением, 3,6—4,5 мком см 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. Механические свойства зависят от чистоты металла, величины зерна и текстуры, определяемой характером обработки. Обработка давлением приводит к определенной ориентации кристаллов бериллия: возникает анизотропия, становится возможным значительное улучшение свойств. 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 из хрупкого состояния в пластическое 200—400 °С.

В химических соединениях бериллий двухвалентен (конфигурация внешних электронов 2S2). Обладает высокой химической активностью, но компактный металл устойчив на воздухе благодаря образованию тонкой и прочной пленки окиси BeO. При нагревании выше 800 °С быстро окисляется. С водой при температуре 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 другими 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 всем 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 дает 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.

Получение и применение

В промышленности металлический бериллий и его соединения получают переработкой берилла в гидроокись Be(OH)2 или сульфат BeSО4. 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 BeSО4 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 ведется 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 другие профили получают выдавливанием при 800—1050 °С (горячее выдавливание) или при 400—500 °С (теплое выдавливание). Листы из бериллия получают прокаткой горячепрессованных заготовок или выдавленных полос при 760—840 °С. Применяют и другие виды обработки — ковку, штамповку, волочение. При механической обработке бериллия пользуются твердосплавным инструментом.

Сочетание малой атомной массы, малого сечения захвата тепловых нейтронов и удовлетворительной стойкости в условиях радиации делает бериллий одним из лучших материалов для изготовления замедлителей и отражателей нейтронов в атомных реакторах. В металле выгодно сочетаются малая плотность, высокий модуль упругости, прочность, теплопроводность. По удельной прочности бериллий превосходит все металлы. Благодаря этому в конце 1950-х — начале 1960-х гг. бериллий стали применять в авиационной, ракетной и космической технике и приборостроении. Однако его высокая хрупкость при комнатной температуре — главное препятствие к его широкому использованию как конструкционного материала.

Бериллий входит в состав сплавов на основе Al, Mg, Cu и других цветных металлов. 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).

Широкое производство чистого бериллия началось после Второй мировой войны. Его переработка осложняется высокой токсичностью летучих соединений и пыли, содержащей бериллий, поэтому при работе с ним и его соединениями нужны специальные меры защиты.

Бериллий научились использовать только в середине ХХ в. “Металлом будущего” назвал бериллий академик А.Е. Ферсман. Сегодня он применяется в авиастроении, а также при высокотемпературных процессах (бериллий очень жаропрочен). Полезными свойствами обладает не только чистый бериллий, но и его сплавы, что особенно ценно. Драгоценные виды берилла — очень дорогие камни. Самый знаменитый из них — ярко-зеленый изумруд. Его место — в золотой оправе ювелирного кольца или в императорской короне. А обычный берилл — светло-зеленый или желтовато-зеленый кристалл в форме призмы, имеющий в поперечнике форму правильного шестиугольника. За особые технические качества бериллий получил название “чудо-металл”, а за коварную токсичность в ряде работ немецких авторов он именуется “чертов металл”. Объем потребляемого в промышленном производстве бериллия во всем мире постоянно увеличивается, соответственно возрастают число лиц, подвергающихся в производственных условиях воздействию бериллия, и опасность загрязнения окружающей среды.

Пыль и пары бериллия очень опасны и чреваты поражением легких и развитием системных осложнений. Благодаря его стойкости в отношении разрушения и “изнашивания” этот металл получил широкое применение в сплавах, изготовлении инструментария и в самолетостроении. Риск, связанный с использованием этого металла, был известен еще со Второй мировой войны. Бериллий использовался в люминесцентных лампах, а внезапный разрыв этих трубок способен нанести эпизодический, но ощутимый вред.

Использование бериллия в люминесцентной промышленности было прекращено прежде всего именно из-за бериллиоза.

Далее по теме:

Loading...