Бериллий

Бериллий / Beryllium (Be)
Атомный номер 4
Внешний вид твердый, хрупкий металл серого цвета
Свойства атома
Атомная масса
(молярная масса)
9,01218 а. е. м. (г/моль)
Радиус атома 112 пм
Энергия ионизации
(первый электрон)
898,8 (9,32) кДж/моль (эВ)
Электронная конфигурация [He] 2s2
Химические свойства
Ковалентный радиус 90 пм
Радиус иона 35 (+2e) пм
Электроотрицательность
(по Полингу)
1.57
Электродный потенциал −1,69 В
Степени окисления 2
Термодинамические свойства
Плотность 1,848 г/см³
Удельная теплоёмкость 1,824 Дж/(K·моль)
Теплопроводность 201 Вт/(м·K)
Температура плавления 1 551 K
Теплота плавления 12,21 кДж/моль
Температура кипения 3 243 K
Теплота испарения 309 кДж/моль
Молярный объём 5,0 см³/моль
Кристаллическая решётка
Структура решётки гексагональная
Период решётки 2,290 Å
Отношение c/a 1,567
Температура Дебая 1 000,00 K

Содержание

История

Бери́ллий был открыт в 1798 году Л. Н. Вокленом в виде берилловой земли (оксида ВеО), когда этот французский химик выяснял общие особенности химического состава драгоценных камней берилла и изумруда.

Металлический бериллий был получен в 1828 году Ф. Велером в Германии и независимо от него А. Бюсси во Франции. Однако из-за примесей его не удавалось сплавить. Лишь в 1898 году французский химик П. Лебо, подвергнув электролизу двойной фторид калия и бериллия, получил достаточно чистые металлические кристаллы бериллия.

Происхождение названия

Название бериллия произошло от названия драгоценных камней берилла (греч. beryllos), которое восходит к названию города Белур (Веллуру) в Южной Индии, недалеко от Мадраса; с древних времён в Индии были известны месторождения изумрудов. Изумруд, берилл и аквамарин имеют одинаковый состав — Be3Al2Si6O18, а цвет им придают примеси различных элементов. Из-за сладкого вкуса растворимых в воде соединений бериллия элемент вначале называли «глюциний» (от греч. glykys — сладкий).

Получение

Извлечение бериллия из его природных минералов (в основном берилла) включает в себя несколько стадий, при этом особенно важно отделить бериллий от сходного по свойствам и сопутствующего бериллию в минералах алюминия. Можно, например, сплавить берилл с гексафторосиликатом натрия Na2SiF6.

В результате сплавления образуются криолит Na3AlF6 — плохо растворимое в воде соединение, а также растворимый в воде фторобериллат натрия Na2[BeF4]. Его далее выщелачивают водой. Для более глубокой очистки бериллия от алюминия применяют обработку полученного раствора карбонатом аммония (NH4)2CO3. При этом алюминий оседает в виде гидроксида Al(OH)3, а бериллий остаётся в растворе в виде растворимого комплекса (NH4)2[Be(CO3)2]. Этот комплекс затем разлагают до оксида бериллия ВеО при прокаливании.

Другой метод очистки бериллия от алюминия основан на том, что оксиацетат бериллия Be4O(CH3COO)6, в отличие от оксиацатата алюминия [Al3O(CH3COO]+CH3COO-, имеет молекулярное строение и легко возгоняется при нагревании.

Известен также способ переработки берилла, в котором сначала берилл обрабатывают концентрированной серной кислотой при температуре 300 °C, а затем спёк выщелачивают водой. Сульфаты алюминия и бериллия при этом переходят в раствор. После добавления к раствору сульфата калия K2SO4 удаётся осадить алюминий из раствора в виде алюмокалиевых квасцов KAl(SO4)2·12H2O. Дальнейшую очистку бериллия от алюминия проводят так же, как и в предыдущем методе.

Наконец, известен и такой способ переработки берилла. Исходный минерал сначала сплавляют с поташем K2CO3. При этом образуются бериллат K2BeO2 и алюминат калия KAlO2.

После выщелачивания водой полученный раствор подкисляют серной кислотой. В результате в осадок выпадает кремниевая кислота. Из фильтрата далее осаждают алюмокалиевые квасцы, после чего в растворе из катионов остаются только ионы Ве2+. Из полученного тем или иным способом оксида бериллия ВеО затем получают фторид, из которого магнийтермическим методом восстанавливают металлический бериллий.

Металлический бериллий можно приготовить также электролизом расплава смеси BeCl2 и NaCl при температурах около 300°C. Раньше бериллий получали электролизом расплава фторобериллата бария Ba[BeF4]:

Применение

Легирование сплавов

Бериллий в основном используют как легирующую добавку к различным сплавам. Добавка бериллия значительно повышает твёрдость и прочность сплавов, коррозионную устойчивость поверхностей изготовленных из этих сплавов изделий. В технике довольно широко распространенты бериллиевые бронзы типа БрБ (пружинные контакты). Добавка 0,5 % бериллия в сталь позволяет изготовить пружины которые пружинят при красном калении!!!

Рентгенотехника

Бериллий слабо поглощает рентгеновское излучение, поэтому из него изготавливают окошки рентгеновских трубок (через которые излучение выходит наружу).

Ядерная энергетика

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 является наиболее теплопроводным из всех оксидов и служит высокотеплопроводным высокотемпературным изолятором, и огнеупорным материалом(тигли), а кроме того наряду с металлическим бериллием служит в атомной технике как более эффективный замедлитель и отражатель нейтронов чем чистый бериллий, кроме того 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).

Лазерные материалы

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

Аэрокосмическая техника

В производстве тормозов для аэрокосмической техники, тепловых экранов и систем наведения с бериллием не может конкурировать практически ни один конструкционный материал.Производство бериллидов применяемых как конструкционные материалы для двигателей и обшивки ракет и самолетов а так же в атомной технике.

Ракетное топливо

Бериллий самостоятельно, в виде раствора в жидком аммиаке, в виде гидрида бериллия, раствора боргидрида бериллия в жидком аммиаке применяется в качестве ракетного топлива с предельно высокими значениями удельного импульса, окислителями для таких топлив предпочтительны: жидкий фтор, смеси фтора с кислородом, окись фтора, озон и др.

Теоретические характеристики топлив, образованных бериллием с различными окислителями.

Окислитель
Окислитель Удельная тяга(Р1,сек) Температура сгорания °С Плотность топлива г/см3 Прирост скорости, ΔVид,25, м/сек Весовое содерж.горючего %
Фтор 323,3 сек 4328°С 1,547 5014 м/сек 13%
Тетрафторгидразин 310,8 сек 4234°С 1,19 4204 м/сек 11%
ClF3 277,4 сек 4075°С 1,85 4696 м/сек 13%
ClF5 289,6 сек 4176°С 1,762 4791 м/сек 13%
Перхлорилфторид 242,6 сек 3593°С 1,709 3953 м/сек 13%
Окись фтора 308,6 сек 4177°С 1,561 4986 м/сек 13%
Кислород 235,4 сек 3637°С 1,21 3213 м/сек 15%
Перекись водорода 276,8 сек 3472°С 1,503 4231 м/сек 18%
Азотная кислота 256 сек 2728°С 1,574 4005 м/сек 24%

Стоит отметить высокую токсичность и высокую стоимость металлического бериллия, и в этой связи приложены значительные усилия для выявления бериллийсодержащих топлив имеющих значительно меньшую общую токсичность и стоимость. Одним из таких соединений бериллия является гидрид бериллия.

Теоретические характеристики топлив, образованных гидридом бериллия с различными окислителями.

Окислитель
Окислитель Удельная тяга(Р1,сек) Температура сгорания °С Плотность топлива г/см3 Прирост скорости, ΔVид,25, м/сек Весовое содерж.горючего %
Фтор 354,9 сек 4244°С 1,298 5029 м/сек 13%
Тетрафторгидразин 335,6 сек 4133°С 1,065 4270 м/сек 10%
ClF3 298,8 сек 3885°С 1,573 4674 м/сек 10%
ClF5 314,5 сек 3979°С 1,481 4773 м/сек 11,25%
Перхлорилфторид 309,5 сек 2932°С 1,114 4037 м/сек 34%
Окись фтора 342,9 сек 3027°С 1,054 4338 м/сек 35%
Кислород 331,4 сек 3079°С 0,867 3744 м/сек 45%
Перекись водорода 353,1 сек 2932°С 0,98 4285 м/сек 41%
N2O4 316,1 сек 2558°С 0,93 3721 м/сек 48%
Азотная кислота 322,1 сек 3085°С 1,047 4060 м/сек 35%

Специальные сверхмощные взрывчатые вещества

Так же боргидрид бериллия и тонкодисперсный бериллиевый порошок пропитанные жидким кислородом либо окисью фтора, применяются(редко) как особо мощные Взрывчатые Вещества.Особенность смесей на основе металлического бериллиевого порошка в смеси с плотным окислителем является то обстоятельство что в таких ВВ реализуется наиболее высокая массовая и объемная энергия взрыва, а так же и скорость детонации превышающая 14—15 000 м/сек(!), что в свою очередь позволяет создавать весьма мощные и компактные заряды. Так например бризантное действие стехиометрической смеси бериллия и жидкого кислорода в 12—13 раз большее чем у гексогена, и в 3—5 раз большее чем у Октонитрокубана. Сферический взрыв(имплозия) такой смеси создает давление в центре взрыва свыше 17 млн атмосфер.

Огнеупорные материалы

Оксид бериллия применяется в качестве очень важного огнеупорного материала в специальных случаях.Считается одним из лучших огнеупорных материалов и при этом это самый теплопроводный огнеупорный материал.

Биологическая роль и физиологические действие

В живых организмах бериллий, по-видимому, не несет никакой биологической функции. Его содержание в организме среднего человека (масса тела 70 кг) составляет 0,036 мг, ежедневное поступление с пищей — около 0,01 мг.

Летучие и растворимые соединения бериллия, а также пыль, содержащая бериллий и его соединения, очень токсичны. Бериллий замещает в ферментах магний и обладает ярко выраженным аллергическим и канцерогенным действием. Его присутствие в атмосферном воздухе приводит к тяжелому заболеванию органов дыхания — бериллиозу. Следует отметить, что эти заболевания могут возникнуть через 10—15 лет после прекращения контакта с бериллием. Для воздуха ПДК для бериллия составляет 0,001 мг/м3.

Известны случаи вымирания сотрудников целых лабораторий физиков, работавших с бериллием (бериллиевые фольги прозрачны для рентгеновских лучей).

См. также

Соединения бериллия

Ссылки


Периодическая система элементов
H He
Li Be B C N O F Ne
Na Mg Al Si P S Cl Ar
K Ca Sc Ti V Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn Ga Ge As Se Br Kr
Rb Sr Y Zr Nb Mo Tc Ru Rh Pd Ag Cd In Sn Sb Te I Xe
Cs Ba * Hf Ta W Re Os Ir Pt Au Hg Tl Pb Bi Po At Rn
Fr Ra ** Rf Db Sg Bh Hs Mt Ds Rg Uub Uut Uuq Uup Uuh Uus Uuo
* La Ce Pr Nd Pm Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu
** Ac Th Pa U Np Pu Am Cm Bk Cf Es Fm Md No Lr
 
Начальная страница  » 
А Б В Г Д Е Ж З И Й К Л М Н О П Р С Т У Ф Х Ц Ч Ш Щ Ы Э Ю Я
A B C D E F G H I J K L M N O P Q R S T U V W X Y Z
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 Home