Бериллий — свойства, применения сплавы бериллия. Бериллий: это что, и где его используют

Бериллия открыта еще ранее Вокеленом, в1798 г.). Для получения металла хлористый бериллий накаливают с металлическим натрием (Вёлер) или, что удобнее, вместо гигроскопического хлористого бериллия берут двойное соединение фтористого бериллия с фтористым калием, не содержащее кристаллизационной воды:

BeK 2 F 4 + 2Na = 2KF + 2NaF + Ве.

Операция ведется в стальном плотно закрытом тигле; нагревание доводят до среднего красного каления (Крюсс и Морат). Полученная масса выщелачивается водой; металл получается при этом отчасти в кристаллическом состоянии. Он весьма тугоплавок, имеет белый цвет, как серебро , ковок и весьма трудно окисляется. Уд. вес его 1,64. Воду не разлагает даже при температуре красного каления; легко растворяется в минеральных кислотах, за исключением азотной, с едким кали выделяет водород . Соединения бериллия представляют немало сходства с соединениями алюминия, так что почти до самого последнего времени шел спор о том, представляет ли бериллий двухатомный элемент (аналог щелочноземельных металлов) или трехатомный (аналог алюминия и др.). Новейшие исследования, а именно определение плотности пара хлористого бериллия (Нильсон и Петерсон), решили спор в пользу сторонников двухатомности бериллия, за что, между прочим, уже давно стоял русский химик Авдеев, основываясь на неспособности бериллия давать квасцы . Такое решение вопроса послужило также блестящим подтверждением справедливости периодического закона (см. это сл.), который отводит двухатомному бериллию место среди типических элементов. Таким образом, формулы соединения бериллия будут следующие: ВеО - окись бериллия, белый порошок; Ве(ОН) 2 - гидрат окиси бериллия, слабое основание, растворимое в едких щелочах; хлористый бериллий ВеCl 2 ; негигроскопическая, легкорастворимая кристаллическая серно-бериллиевая соль BeSO 4 +4H 2 O и др. Особого интереса (практичного) ни самый металл, ни его соединения не представляют.Бериллий (Beryllium), Be,-лёгкий металл II группы периодической системы элементов Д. И. Менделеева, порядковый номер 4, атомный вес 9,02.Лт. радиус 1,13 А,ионный радиус Во ++ 0,43 А. Природный В. состоит из одного устойчивого изотопа. Искусственно получены изотопы Во7, Во8 и Be10. Достоверных сведений о полиморфизме Б. нет. Принадлежит к числу редких элементов; содержание 15. в земной коре составляет 6-10~4% (по данным Л. П. Виноградова, 11МО).

В франц. химик Л. Воклен описал извлечённую им из минерала берилла неизвестную ранее «землю» (окись В.), которую, вследствие сладкого вкуса образуемых ею солей, назвал глпцпиой (glucine, от грсч. f).u/

гладимой землей, сладкозёмом, глициною, а элемент Б. - глицинием и глицием; современное на-зиание Б., предложенное и харьковским проф. Ф. И. Гизе, пошло у нас но всеобщее употребление в 60-х гг. 19 и. Впрочем, но Франции до сего времени сохранились для Б. название glucinium и знак атома (И. Одно из первых подробных исследований солей Б. принадлежит русскому химику.11. Авдееву [«О глицне и его соединениях (Бериллий)», «Горный журнал», , ч. 3, кн. 9, стр. 3(>1 ], к-рый устранил господствовавшее в то время мнение о сходство состава окиси Б. с описью алюминия, показав, что сернокислый Б. по свойствам более близок к сернокислому магнию, чем к сернокислому алюминию, и па этом основании принял для 15. ат. вес 9,20, а но 1.4,9, как полагал Берцедпус. Открытие Д. И. Менделеевым перподи ч. закопав JS(ii) показало правильность взгляда Авдеева на П., как на двухвалентный, а но трёхвалентный элемент, что вскоре подтвердили работы чешского химика Б. Ф. Браупера и шведских химиков Л. Ф. Нильсона и О. Петерсона ( , ). В технике 13. начал применяться всего около 25 лет назад, когда были разработаны промышленные способы его получения.

Б. - металл серебристо-серого цвета, имеющий гексагональную решётку (а- -2,2(>80А, < 3,5942А), хрупкий и не ковкий на холоду. Плотность J,82 при 2(f, 1°пл. 1284J, t°i;un. 2970"". Удельная теплоёмкость 0, (> в интервале температур 0 100°. Теплота плавления ок. кал/я. Коэфициепт термического расширения Hi,8-К)-" (от 20 до 70()J). Теплопроводность 0, кал/см rt"K-ejind. (при комнатном температуре). Твёрдость по Бринелдю 98 к-г 1мм? (диаметр шарика 2,r>.iui, нагрузка кг). Модуль упругости 30000 кг/мм"- Удельное электрическое сопротивление 5,88-10~в ом-см при О".

При комнатной температуре компактный Б. устойчив по отношению к кислороду и воде, т.к. покрывающая металл тонкая плёнка окиси защищает его от окисления. При нагревании Б., особенно в виде порошка, легко соединяется с кислородом, галогенами и другими неметаллами. Азотная кислота , концентрированная и разбавленная, на холоду почти не действует на Б., но растворяет его при нагревании. Б соляной и серной кислотах растворяется с выделением водорода. Растворяется на холоду в концентрированных растворах едких щелочей, а при нагревании - в более разбавленных. Органические кислоты (уксусная, нннная, лимонная) окисляют Б. только с поверхности. Б. с кислородом образует окись ВеО (1°пл. 2570°), с азотом нитрид Re3N2 (1°пл. 22()0±40°), с углеродом карбид Ве2С, с серой сульфид BeS. Гидрат окиск бериллия Во(ОН)г -- слабое основание, обладающее амфо-терными свойствами. При растворении в щелочах образует бериллаты , напр, бериллат калия К2Во02. При действии кислот Ве(ОН)2 образует соли, к-рые по большей части хорошо растворимы н воде. Их водные растворы вследствие гидролиза имеют кислую реакцию. Из солей 15. наиболее важны хлорид BcCJ2, фторид ВеК2, сульфат BeS04 и нитрат Be(NO3)2; все они сильно гигроскопичны. Для сульфата Б. известны кристаллогидраты с 1,2, 3 и /i молекулами воды (последний открыт Авдеевым в ), для нитрата Б.- кристаллогидраты с 4 и 3 молекулами воды. Двойные фториды 13. и щелочных металлов имеют общие формулы MBcF3 и МаВеР4 (где М - - одновалентный металл); двойные фториды NaBeF3 и NaaBeF4 применяются в производстве бериллия. Углекислая и фосфорнокислая соли Б. в поде практически нерастворимы.

Главнейшим сырьём для получения бериллия являются минералы берилл (см.) и гель вин, т. е. сульфосплпкат Б., железа и марганца состава 3(Ве, Мп, Fe)2 Si04-(Mn, Fe)S. Размолотый берилл спекают с кремнефторпстым натрием. Из спёка извлекают водой фторобериллат натрия; из раствора последнего осаждают едкой щёлочью гидрат окиси Б., к-рый обрабатывают плавиковой кислотой п переводят во фторокись 15. 2Ве() 5BeF2. Смесь последней с фтористым барием подвергают электролизу при температуре около 1400° в графитовой ванне, служащей анодом; на железном, охлаждаемом водой, катоде осаждается 13. Другой, применяемый в настоящее время, способ получения Б, состоит в спекании берилла с известью,разложении спёка серной кислотой, отделении примесей из раствора сернокислого Б., осаждении аммиаком гидрата окиси Б., его сушке и нагревании в струе хлора в присутствии углерода. Полученный хлористый Б. смешивают с хлористым натрием и подвергают электролизу при температуре около 350° в никелевом тигле, служащем катодом; 13. осаждается на стенках тигля п виде чешуек, чистотой около 99,5%. Существуют также способы получения Б. восстановлением фтористого бериллия (BoF2) магнием или двойного фторида бериллия и натрия (NaBeF3) сплавом цинка с магнием. В обоих случаях остаток металла-носстанопи-теля удаляют отгонкой в вакууме.

15. служит для изготовления «окоп» рентгеновских трубок; в смеси с препаратами радии используется как источник быстрых нейтронов в области получения атомной энергии, применяется для нанесения твёрдого диффузионного слоя на поверхности стали (см. .IJepu."ijiii.taiiuu). Изделия из Б. получают прессованием его порошка с последующим спеканием полученных заготовок в вакууме при температуре, близкой к точке его плавления, либо плавкой и отливкой в глубоком вакууме пли атмосфере инертного газа. Бериллиевую

ОПРЕДЕЛЕНИЕ

Бериллий - четвертый элемент Периодической таблицы. Обозначение - Be от латинского «beryllium». Расположен во втором периоде, IIА группе. Относится к металлам. Заряд ядра равен 4.

Бериллий мало распространен в земной коре . Он входит в состав некоторых минералов, из которых чаще всего встречается берилл Be 3 Al 2 (SiO 3) 6 .

Бериллий представляет собой металл серо-стального цвета (рис. 1) с плотной гексагональной кристаллической решеткой, довольно твердый и хрупкий. На воздухе покрывается оксидной пленкой, придающей ему матовый оттенок и обусловливающей пониженную химическую активность.

Рис. 1. Бериллий. Внешний вид.

Атомная и молекулярная масса бериллия

Относительная атомная масса A r - это молярная масса атома вещества, отнесенная к 1/12 молярной массы атома углерода-12 (12 С).

Относительная молекулярная масса M r - это молярная масса молекулы, отнесенная к 1/12 молярной массы атома углерода-12 (12 С). Это безразмерная величина.

Поскольку в свободном состоянии бериллий существует в виде одноатомных молекул Be, значения его атомной и молекулярной масс совпадают. Они равны 9,0121.

Изотопы бериллия

В природе бериллий существует в виде единственного изотопа 9 Be. Массовое число равно 9. Ядро атома содержит четыре протона и пять нейтронов.

Существует одиннадцать искусственных изотопов бериллия с массовыми числами от 5-ти до 16-ти, из которых наиболее устойчивыми являются 10 Be с периодом полураспада равным 1,4 млн. лет и 7 Be с периодом полураспада 53 дня.

Ионы бериллия

На внешнем энергетическом уровне атома бериллия имеется два электрона, которые являются валентными:

В результате химического взаимодействия бериллий теряет свои валентный электроны, т.е. является их донором, и превращается в положительно заряженный ион (Be 2+):

Be 0 -2e → Be 2+ ;

В соединениях бериллий проявляет степень окисления +2.

Молекула и атом бериллия

В свободном состоянии бериллий существует в виде одноатомных молекул Be. Приведем некоторые свойства, характеризующие атом и молекулу лития:

Сплавы бериллия

Главной областью применения бериллия являются сплавы, в которые этот металл вводится как легирующая добавка. Кроме бериллиевых бронз (спал меди с 2,5% бериллия), применяются сплавы никеля с 2-4% бериллия, которые по коррозионной стойкости, прочности и упругости сравнимы с высококачественными нержавеющими сталями, а в некоторых отношениях превосходят их. Они применяются для изготовления пружин и хирургических инструментов.

Небольшие добавки бериллия к магниевым сплавам повышают их коррозионную стойкость. Такие сплавы, а также сплавы алюминия с бериллием применяются в авиастроении.

Примеры решения задач

ПРИМЕР 1

Задание

Напишите формулы кислородных соединений (оксидов) следующих элементов: а) бериллия (II); б) кремния (IV); в) калия (I); г) мышьяка (V).

Ответ

Известно, что валентность кислорода в соединениях всегда равна II. Для того, чтобы составить формулу вещества (оксида) нужно осуществить следующую последовательность действий. Сначала записываем химические знаки элементов, входящих в состав сложного вещества и ставим над знаком каждого элемента валентность римской цифрой:

Находим наименьшее кратное чисел единиц валентностей: а) (II×II) = 4;б) (IV×II) = 8; в) (I×II) = 2; г) (V×II) = 10.

Разделим наименьшее общее кратное на число единиц валентности каждого элемента в отдельности (полученные частные и будут индексами в формуле):

а) 4/2 = 2 и 4/2 = 2, следовательно, формула оксида BeO;

б) 8/4 = 2 и 8/2 = 4, следовательно, формула оксида SiO 2 ;

в) 2/1 = 2 и 2/2 = 1, следовательно, формула оксида K 2 O;

г) 10/5 = 2 и 10/2 = 5, следовательно, формула оксида As 2 O 5 .

Бериллий

БЕРИ́ЛЛИЙ -я; м. Химический элемент (Be), лёгкий твёрдый металл серебристого цвета.

◁ Бери́ллиевый, -ая, -ое. Б. минерал. Б-ые сплавы.

бери́ллий

(лат. Beryllium), химический элемент II группы периодической системы. Назван по минералу берилл. Светло-серый металл, лёгкий и твёрдый; плотность 1,816 г/см 3 , t пл 1287°C. Выше 800°C окисляется до ВеО. Бериллий и его сплавы применяют в электротехнике, самолёто- и ракетостроении, для бериллизации. В ядерных реакторах - замедлитель и отражатель нейтронов. В смеси с Ra, Ро, Ас - источник нейтронов. Соединения бериллия ядовиты.

БЕРИЛЛИЙ

БЕРИ́ЛЛИЙ (лат. Вeryllium), Ве, химический элемент с атомным номером 4 и атомной массой 9,01218. Химический символ элемента Be читается «бериллий». В природе встречается только один стабильный нуклид (см. НУКЛИД) 9 Be. В периодической системе элементов Д. И. Менделеева бериллий расположен в группе IIА во втором периоде. Электронная конфигурация атома бериллия 1s 2 2s 2 . Атомный радиус 0,113 нм, радиус иона Ве 2+ 0,034 нм. В соединениях проявляет только степень окисления +2 (валентность II). Энергии последовательной ионизации атома Ве 9,3227 и 18,211 эВ. Значение электроотрицательности по Полингу 1,57. В свободном виде - серебристо-серый легкий металл.
История открытия
Бериллий был открыт в 1798 Л. Вокленом (см. ВОКЛЕН Луи Никола) в виде берилловой земли (оксида ВеО), когда этот французский химик выяснял общие особенности химического состава драгоценных камней берилла (от греческого beryllos - берилл) и изумруда. Металлический бериллий был получен в 1828 Ф. Велером (см. ВЕЛЕР Фридрих) в Германии и независимо от него А. Бюсси во Франции. Однако из-за примесей его не удавалось сплавить. Лишь в 1898 французский химик П. Лебо, подвергнув электролизу двойной фторид калия и бериллия, получил достаточно чистые металлические кристаллы бериллия. Интересно, что из-за сладкого вкуса растворимых в воде соединений бериллия элемент вначале называли «глюциний» (от греческого glykys - сладкий).
Нахождение в природе
Бериллий относится к редким элементам, его содержание в земной коре 2,6·10 –4 % по массе. В морской воде содержится до 6·10 -7 мг/л бериллия. Основные природные минералы, содержащие бериллий: берилл (см. БЕРИЛЛ) Be 3 Al 2 (SiO 3) 6 , фенакит (см. ФЕНАКИТ) Be 2 SiO 4 , бертрандит (см. БЕРТРАНДИТ) Be 4 Si 2 O 8 ·H 2 O и гельвин (см. ГЕЛЬВИН) (Mn,Fe,Zn) 4 3 S. Окрашенные примесями катионов других металлов прозрачные разновидности берилла - драгоценные камни, например, зеленый изумруд, голубой аквамарин, гелиодер, воробьевит. Их научились синтезировать искусственно.
Получение соединений бериллия и металлического бериллия
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 Na 2 SiF 6:
Be 3 Al 2 (SiO 3) 6 + 12Na 2 SiF 6 = 6Na 2 SiO 3 + 2Na 3 AlF 6 + 3Na 2 + 12SiF 4 .
В результате сплавления образуются криолит Na 3 AlF 6 - плохо растворимое в воде соединение, а также растворимый в воде фторобериллат натрия Na 2 . Его далее выщелачивают водой. Для более глубокой очистки бериллия от алюминия применяют обработку полученного раствора карбонатом аммония (NH 4) 2 CO 3 . При этом алюминий оседает в виде гидроксида Al(OH) 3 , а бериллий остается в растворе в виде растворимого комплекса (NH 4) 2 . Этот комплекс затем разлагают до оксида бериллия ВеО при прокаливании:
(NH 4) 2 = BeO + 2CO 2 + 2NH 3 + H 2 O.
Другой метод очистки бериллия от алюминия основан на том, что оксиацетат бериллия Be 4 O(CH 3 COO) 6 , в отличие от оксиацатата алюминия + CH 3 COO – , 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 спек выщелачивают водой. Сульфаты алюминия и бериллия при этом переходят в раствор. После добавления к раствору сульфата калия K 2 SO 4 удается осадить алюминий из раствора в виде алюмокалиевых квасцов KAl(SO 4) 2 ·12H 2 O. 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 K 2 CO 3 . При этом образуются бериллат K 2 BeO 2 и алюминат калия KAlO 2:
Be 3 Al 2 (SiO 3) 6 + 10K 2 CO 3 = 3K 2 BeO 2 + 2KAlO 2 + 6K 2 SiO 3 + 10CO 2
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 Ве 2+ . Из полученного тем или иным способом оксида бериллия ВеО затем получают фторид, из которого магнийтермическим методом восстанавливают металлический бериллий:
BeF 2 + Mg = MgF 2 + Be.
Металлический бериллий можно приготовить также электролизом расплава смеси BeCl 2 и NaCl при температурах около 300 °C. Раньше бериллий получали электролизом расплава фторобериллата бария Ba:
Ba = BaF 2 + Be + F 2 .
Физические и химические свойства
Металлический бериллий характеризуется высокой хрупкостью. Температура плавления 1278 °C, температура кипения около 2470 °C, плотность 1,816 кг/м 3 . До температуры 1277 °C устойчив альфа-Ве (гексагональная решетка типа магния, параметры а = 0,22855 нм, с = 0,35833 нм), при температурах, предшествующих плавлению металла (1277-1288 °C) - бета-Ве с кубической решеткой.
Химические свойства бериллия во многом похожи на свойства магния (см. МАГНИЙ) и, особенно, алюминия (см. АЛЮМИНИЙ) . Близость свойств бериллия и алюминия объясняется почти одинаковым отношением заряда катиона к его радиусу для ионов Be 2+ и Al 3+ . На воздухе бериллий, как и алюминий, покрыт оксидной пленкой, придающей бериллию матовый цвет. Наличие оксидной пленки предохраняет металл от дальнейшего разрушения и обусловливает его невысокую химическую активность при комнатной температуре. При нагревании бериллий сгорает на воздухе с образованием оксида BeO, реагирует с серой и азотом. С галогенами (см. ГАЛОГЕНЫ) бериллий реагирует при обычной температуре или при слабом нагревании, например:
Be + Cl 2 = ВеСl 2
Все эти реакции сопровождаются выделением большого количества теплоты, так как прочность кристаллических решеток возникающих соединений (BeO, BeS, Be 3 N 2 , ВеСl 2) довольно велика. Благодаря образованию на поверхности прочной пленки оксида бериллий не реагирует с водой, хотя находится в ряду стандартных потенциалов значительно левее водорода. Как и алюминий, бериллий реагирует с кислотами и растворами щелочей:
Be + 2HCl = BeCl 2 + H 2 ,
Be + 2NaOH + 2H 2 O = Na 2 + H 2 .
Гидроксид бериллия Be(OH) 2 - полимерное соединение, нерастворимое в воде. Оно проявляет амфотерные (см. АМФОТЕРНОСТЬ) свойства:
Be(OH) 2 + 2КOH =К 2 ,
Be(OH) 2 + 2HСl = BeСl 2 + 2H 2 O.
В большинстве соединений бериллий проявляет координационное число 4. Например, в структуре твердого BeCl 2 имеются цепочки с мостиковыми атомами хлора. За счет образования прочных тетраэдрических анионов многие соединения бериллия вступают в реакции с солями других металлов:
BeF 2 + 2KF = K 2
С водородом бериллий непосредственно не взаимодействует. Гидрид бериллия BeH 2 - полимерное вещество, его получают реакцией
BeCl 2 + 2LiH = BeH 2 + 2LiCl,
проводимой в эфирном растворе. Действием на гидроксид бериллия Be(OH) 2 растворами карбоновых кислот или при упаривании растворов их бериллиевых солей получают оксисоли бериллия, например, оксиацетат Be 4 O(CH 3 COO) 6 . Эти соединения содержат тетраэдрическую группировку Be 4 O, по шести ребрам этого тетраэдра располагаются ацетатные группы. Такие соединения играют большую роль в процессах очистки бериллия, так как они не растворяются в воде, но хорошо растворяются в органических растворителях и легко возгоняются в вакууме.
Применение
Бериллий в основном используют как легирующую добавку к различным сплавам. Добавка бериллия значительно повышает твердость и прочность сплавов, коррозионную устойчивость поверхностей изготовленных из этих сплавов изделий. Бериллий слабо поглощает рентгеновское излучение, поэтому из него изготавливают окошки рентгеновских трубок (через которые излучение выходит наружу). В атомных реакторах из бериллия изготовляют отражатели нейтронов, его используют как замедлитель нейтронов. В смесях с некоторыми a-радиоактивными нуклидами бериллий используют в ампульных нейтронных источниках, так как при взаимодействии ядер бериллия-9 и a-частиц возникают нейтроны: 9 Ве(a, n) 12 C.
Физиологическое 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 в пересчете на бериллий составляет 0,001 мг/м 3 .

Энциклопедический словарь . 2009 .

Синонимы :

Смотреть что такое "бериллий" в других словарях:

- (греч.). Металл, служащий главной составной частью берилла. Словарь иностранных слов, вошедших в состав русского языка. Чудинов А.Н., 1910. БЕРИЛЛИЙ Особенный металл, открытый впервые Велером в 1828 г. и служащий главною составной частью берилла … Словарь иностранных слов русского языка

Или глиций (химич. форм. Be, атом. вес, по Крюссу, 9,05) металл, содержащийся в виде соединений окиси во многих минералах: вберилле, хризоберилле, лейкофане, смарагде, аквамарине, эвклазе,фенаките и др. В металлическом состоянии бериллий впервые… … Энциклопедия Брокгауза и Ефрона

Современная энциклопедия

Бериллий - (Beryllium), Be, химический элемент II группы периодической системы, атомный номер 4, атомная масса 9,01218; металл. Бериллий открыл в 1798 французский химик Л. Воклен, получен в 1828 немецкими химиками Ф. Велером и А. Бюсси. Бериллий используют… … Иллюстрированный энциклопедический словарь

- (лат. Beryllium) Ве, химический элемент II группы периодической системы, атомный номер 4, атомная масса 9,01218. Назван по минералу бериллу. Светло серый металл, легкий и твердый; плотность 1,816 г/см³, tпл 1287 .С. Выше 800 .С окисляется до… … Большой Энциклопедический словарь

Be (лат. Beryllium * a. berillium; н. Beryllium; ф. beryllium; и. berilio), хим. элемент II группы периодич. системы Менделеева, ат. н. 4, ат. масса 9,0122. Имеет один стабильный изотоп 9Вe. Открыт в 1798 франц. химиком Л. Вокленом в виде … Геологическая энциклопедия

Бериллий - представляет собой металл серо стального цвета, очень легкий и твердый, но чрезвычайно хрупкий. Катать или вытягивать его можно только в специальных условиях. Чистый бериллий используется в производстве окон в рентгеновских трубках; в качестве… … Официальная терминология

БЕРИЛЛИЙ - хим. элемент, символ Be (лат. Beryllium), ат. н. 4, ат. м. 9,012; чистый бериллий светло серый, лёгкий, твёрдый и хрупкий металл, плотность 1848 кг/м3, tпл = 1284 °С; химически активен, в соединениях проявляет степень окисления +2. Из наиболее… … Большая политехническая энциклопедия

- (символ Be), прочный, легкий, серебристо серый металл из ряда щелочноземельных, впервые полученный в чистом виде в 1828 г. Содержится во многих минералах, в том числе, аквамарине, изумруде и морганите (все это разновидности БЕРИЛЛА), а также… … Научно-технический энциклопедический словарь

Бериллий - светло-серый, легкий, достаточно твердый, хрупкий металл. На воздухе покрывается оксидной пленкой.

Получение:

В виде простого вещества в XIX веке бериллий получали действием калия на безводный хлорид бериллия : BeCl2+2K=Be+2KCl.B e C l 2 + 2 K ⟶ B e + 2 K C l {\displaystyle {\mathsf {BeCl_{2}+2K\longrightarrow Be+2KCl}}}

В настоящее время бериллий получают, восстанавливаяфторид бериллиямагнием : BeF2+Mg=Be+MgF2,

либо электролизом расплава смеси хлоридов бериллия и натрия.

Химические свойства:

Для бериллия характерна только одна степень окисления +2. По многим химическим свойствам бериллий больше похож на алюминий, чем на находящийся непосредственно под ним в таблице Менделеева магний (проявление «диагонального сходства »). Металлический бериллий относительно мало реакционноспособен при комнатной температуре.

Пассивируется в холодной воде, концентрированных серной и азотной кислотах. Восстановитель, реагирует с кипящей водой, разбавленными кислотами, концентрированными щелочами, неметаллами, аммиаком, оксидами металлов, при нагревании сгорает в кислороде и на воздухе. С металлами бериллий образует интерметаллические соединения.

2Be + O 2 (900°С) = 2BeO

С водородом бериллий не реагирует даже при нагревании до 1000°C, зато он легко соединяется с галогенами, серой и углеродом.

Be + Hal 2 (нагр.) = 2BeHal 2 (7Be+2F→Be 7 F 2 ; 2Be+I 2 →2BeI)

3Be + C 2 H 2 = BeC 2 + H 2

Be + MgO = BeO + Mg

Взаимодействие с серой: 2Be+S→Be 2 S

Взаимодействие с азотом(N): 2Be+N 2 →2BeN

Бериллий хорошо растворяется во всех минеральных кислотах, кроме, как это ни странно, азотной. От нее как и от кислорода, бериллий защищен окисной пленкой.

Be + 2HCl(разб.) = BeCl 2 + H 2

3Be + 8HNO3(разб) = 3 Be(NO3)2 + 2 NO + 4 H2O

Со щелочами бериллий реагирует, образуя соли-бериллаты, подобные алюминатам. Многие из них имеют сладковатый вкус, но пробовать на язык их нельзя – почти все бериллаты ядовиты.

Be + 2NaOH(конц.) + H 2 O = Na 2 BeO 2 + H 2

Be + 2NaOH(расплав) = Na 2 + H 2

Взаимодействие с водой:

2Be+3H 2 O→2H 2 + ВеО + Ве(OH) 2

2Be + 3H 2 O(кип.) = BeO↓ + Be(OH) 2 ↓ + 2H 2

Бериллий склонен к образованию комплексных соединений при взаимодействии с водными растворами щелочей.

Взаимодействие с азотной кислотой:

Взаимодействие с растворами щелочей:

Be + 2KOH + 2H 2 O = K 2 + H 2

Производство и применение:

В России планируется строительство нового комбината по производству бериллия к 2019 году. На долю остальных стран приходилось менее 1 % мировой добычи. Всего в мире производится 300 тонн бериллия в год (2016 год).

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. Рентгенотехника Бериллий слабо поглощает рентгеновское излучение , поэтому из него изготавливают окошки рентгеновских трубок Ядерная энергетика

В атомных реакторах из бериллия изготовляют отражатели нейтронов , его используют как замедлитель нейтронов . Лазерные материалы В лазерной технике находит применение алюминат бериллия для изготовления твердотельных излучателей (стержней, пластин).Аэрокосмическая техника

В производстве тепловых экранов и систем наведения с бериллием не может конкурировать практически ни один конструкционный материалРакетное топливо Стоит отметить высокую токсичность и высокую стоимость металлического бериллия, и в связи с этим приложены значительные усилия для выявления бериллийсодержащих топлив, имеющих значительно меньшую общую токсичность и стоимость. Одним из таких соединений бериллия является гидрид бериллия .Огнеупорные материалы Он служит высокотеплопроводным высокотемпературным изолятором и огнеупорным материалом для лабораторных тиглей и в других специальных случаях.Акустика

Ввиду своей легкости и высокой твёрдости бериллий успешно применяется в качестве материала для электродинамических громкоговорителей . Биологическая роль и физиологическое действие:

В живых организмах бериллий не несёт какой-либо значимой биологической функции. Однако бериллий может замещать магний в некоторых ферментах , что приводит к нарушению их работы. Ежедневное поступление бериллия в организм человека с пищей составляет около 0,01 мг.

(на всякий случай)

Соединения бериллия (II). В кислых водных растворах ионы Ве 2+ находятся в виде прочных аква-комплексов [Ве(Н 2 О) 4 ] 2+ ; в сильно щелочных растворах – в виде ионов [Ве(ОН) 4 ] 2– .

Оксид ВеО – амфолит, при сплавлении взаимодействует и с основными, и с кислотными оксидами:

ВеО + SiО 2 = BeSiО 3 ; ВеО + Na 2 О = Na 2 BeО 2

При нагревании ВеО взаимодействует со щелочами и кислотами:

ВеО + 2HCl(конц.) = BeCl 2

ВеО + 2NaОН + Н 2 О = Na 2 [Ве(ОН) 4 ]

ВеО применяют в качестве химически стойкого и огнеупорного материала для изготовления тиглей и специальной керамики, а в атомной энергетике – как замедлитель и отражатель нейтронов.

Гидроксид Ве(ОН) 2 – полимерное соединение, и поэтому в воде не растворяется, амфолит.

Ве(ОН) 2 + 2NaОН(конц.) = Na 2 [Ве(ОН) 4 ]

ВеО + 2HCl + 3Н 2 О = [Ве(Н 2 О) 4 ]Cl 2

Амфотерностъ ВеНа1 2 наиболее отчетливо проявляется у фторида. Так, при нагревании BeF 2 с основными фторидами образуются фторобериллаты (другие галогенобериллаты не характерны): 2KF + BeF 2 = K 2

При взаимодействии BeF 2 с кислотными фторидами образуются соли бериллия:

BeF 2 + SiF 4 = Be

Гидрид ВеН 2 – сильный восстановитель; при его разложении водой выделяется водород: ВеН 2 + 2Н 2 О = Ве(ОН) 2 ↓ + Н 2

Большинство солей бериллия растворимо в воде, нерастворимы ВеСО 3 , Ве 3 (РО 4) 2 и некоторые другие. Для бериллия весьма характерны двойные соли – бериллаты со сложными лигандами, например:

Na 2 SО 4 + BeSО 4 = Na 2

(NH 4) 2 CО 3 + BeCО 3 = (NH 4) 2

«Бериллий и сплавы, содержащие бериллий. Свойства, применение в химической технологии»

Введение

Применяемые в промышленности и быту металлические изделия редко состоят из чистых металлов, примером является алюминиевая или медная проволока с процентным содержанием металла около 99,9%, в большинстве других случаев идет речь о сплавах. Сплавы – системы, состоящие из двух или нескольких металлов, а также из металлов и неметаллов, обладающие свойствами, присущими металлическому состоянию. Так, различные виды железа и стали содержат наряду с металлическими добавками незначительные количества углерода, которые оказывают решающее влияние на механическое и термическое поведение сплавов. Все сплавы имеют специальную маркировку, т. к. сплавы с одним названием (например, латунь) могут иметь разные массовые доли других металлов.

Для изготовления сплавов применяют различные металлы. Самое большое значение среди всех сплавов имеют стали различных составов. Для получения легированных сталей к железу, являющемуся главной составляющей сплава, добавляют кремний, медь, марганец, никель, хром, вольфрам, ванадий, молибден и другие компоненты.

В данной работе будут рассмотрены свойства и применение металла бериллия и содержащих бериллий сплавов.

Бериллий – светло-серый металл второй группы Периодической системы элементов Д.И. Менделеева. Порядковый номер 4, атомная масса 9,013. Символ Be (лат. Beryllium). Имеет один стабильный изотоп 9 Be, известны также радиоактивные изотопы бериллия 7 Be и 10 Be с периодами полураспада 53,29 дней и 1,6·10 6 лет соответственно. Открыт в 1798 в виде окиси BeO, выделенной из минерала берилла Л. Вокленом. Металлический Ве впервые получили в 1828 Ф. Вёлер и А. Бюсси независимо друг от друга. Так как некоторые соли Ве сладкого вкуса, его вначале называли «глюциний» (от греч. glykys – сладкий) или «глиций». Название Glicinium (знак GI) употребляется (наряду с Ве) только во Франции. Применение Ве 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.

Ве может существовать в двух полиморфных модификациях. Низкотемпературная модификация (α-Ве), существующая до 1250 °С, имеет гексагональную плотноупакованную решетку, высокотемпературная (β-Ве) – решетку объемно-центрированного куба.

Нахождение в природе

Редкий металл – содержание Ве в земной коре 5 · 10 -4 % (как и соседние с ним литий и бор, относительно мало распространен в земной коре). Типичный литофильный элемент, характерный для кислых, субщелочных и щелочных магм. Не является рассеянным, так как входит в состав поверхностных залежей берилла в пегматитовых породах, которые последними закристаллизовались в гранитных куполах. Есть сообщения о гигантских бериллах длиной до 1 м и массой до нескольких тонн.

Известно 54 собственно бериллиевых минерала – из них наибольшее практическое значение имеет берилл 3BeO·Al 2 O 3 ·6SiO 2 , который после обработки переводят в форму хлорида или фторида. Этот минерал имеет много окрашенных разновидностей: изумруд (около 2% Cr придают ему зеленый цвет), аквамарин (примесь Fe(II) обуславливает его голубую окраску), воробьевит (розового цвета из-за примесей соединений Mn(II)), а гелиодор (золотисто-желтый – ионы Fe(III)). Перспективны и частично используются фенакит 2BeO·SiO 2 , гельвин (Mn, Fe, Zn) 4 3 S, хризоберилл BeAl 2 O 4 , бертрандит 4BeO·2SiO 2 ·H 2 O.

Мировые природные ресурсы Ве оцениваются более чем в 80 тыс. т (по содержанию Ве), из которых около 65% сосредоточено в США (основное Ве сырье – бертрандитовая руда). Подтвержденные запасы – на месторождении Spur Mountain (шт. Юта), являющемся основным в мире источником Ве, на конец 2000 составили примерно 19 тыс. т (по содержанию металла). Из других стран наибольшими запасами Ве обладают Китай, Россия и Казахстан. Во времена СССР Ве на территории России добывался на Малышевском (Свердловская область), Завитинском (Читинская область), Ермаковском (Бурятия), Пограничном (Приморский край) месторождениях. В связи с сокращением ВПК и прекращением строительства атомных электростанций его добыча была прекращена на Малышевском и Ермаковском и значительно сокращена на Завитимском месторождениях. При этом значительная часть добываемого Ве продается за рубеж, в основном, в Европу и Японию.

Физические свойства – по сравнению с другими легкими материалами бериллий обладает уникальным сочетанием физических и механических свойств.

Кристаллическая решётка Ве гексагональная плотноупакованная с периодами а = 2,855 Å и с= 3,5840 Å.

Плотность 1847,7 кг/м 3

Температура плавления 1551 °С

Температура кипения 3243 о С

Скрытая теплота плавления 250–275 кал/г (самая высокая среди всех металлов)

Коэффициент линейного расширения 10,3–131 (25–100 °С)

Модуль продольной упругости (модуль Юнга) 300ГН/м 2 (3.104 кг с/мм 2)

Предел прочности при растяжении 200–550 МН/м 2 (20–55 кг с/мм 2)

Предел текучести 250–600 МН/м 2 (25–60 кг с/мм 2)

Предел прочности в направлении вытяжки – до 400–800МН/м 2 (40–80 кг с/мм 2) Относительное удлинение – до 4–12%

Ударная вязкость 10–50 кДж/м 2 (0,1 – 0,5 кгс. м/см 2)

Температура перехода из хрупкого состояния в пластическое 200 – 400 °С

Твёрдость НВ 60–85 (для горячепрессованного Ве)

Теплоемкость для α-Ве 16,44 Дж/(моль К), для β-Ве – 30,0 Дж/(моль К)

Ве обладает: наиболее высокой из всех металлов удельной теплоёмкостью – 1,80 кДж/(кг. К) или 0,43 ккал/ (кг °С)

высокой теплопроводностью – 178 Вт/(м К) или 0,45 кал/см сек °С) (50 °С)

низким электросопротивлением – 3,6–4,5 мкОм см (20 °С)

Сравним некоторые свойства Ве с характеристиками других материалов.

Удельная прочность и жесткость материалов

Влияние температуры на удельный модуль упругости различных материалов

Свойства Ве зависят от качества и структуры металла и заметно меняются с температурой, механические – от чистоты металла, величины зерна и текстуры, определяемой характером обработки. Обработка давлением приводит к определённой ориентации кристаллов Ве, возникает анизотропия, становится возможным значительное улучшение свойств. Механические свойства в направлении, перпендикулярном вытяжке, почти не меняются. Ве – хрупкий металл (особенно литой) при комнатной температуре, что является главным препятствием к его широкому использованию в качестве конструкционного материала; к еще большей хрупкости материала приводит содержание даже незначительных примесей (например, введение в очищенный Ве всего 0,001% Si). Имеет низкую пластичность и хорошую коррозионную стойкость. Упругость паров Ве при температуре плавления очень мала.

Механические свойства Ве в литом и деформированном состояниях различаются в зависимости от направления проведения испытаний. Наилучшими механическими свойствами обладает Ве после тёплой обработки давлением, которая проводится при температурах ниже температуры рекристаллизации. Температура рекристаллизации Ве изменяется в пределах от 700 °С до 900 °С в зависимости от степени деформации и времени выдержки. Рекристаллизационный отжиг значительно повышает пластичность и уменьшает прочность Ве.

Отношение прочности к плотности у Be значительно выше, чем у авиационных сталей и сплавов на основе Ti и Al.

Важным специфическим свойством Ве является его высокая проницаемость для рентгеновских лучей, которая в 17 раз выше, чем у алюминия.

Высокие ядерные характеристики – самое низкое среди металлов эффективное поперечное сечение захвата тепловых нейтронов и самое высокое поперечное сечение их рассеяния.

Дает эвтектические сплавы с Al и Si. Растворимость примесных элементов в Ве чрезвычайно мала.

Химические свойства

Степени окисления +2 и +1 (последняя крайне неустойчива), конфигурация внешних электронов 2s 2 .

По химическим свойствам Be подобен Al. Сходство между этими элементами привело к существенному заблуждению относительно валентности и атомной массы Ве – долгое время Ве считали трехвалентным с относительной атомной массой 14 (что примерно равно утроенной массе одного эквивалента Ве 3 × 4,7); лишь через 70 лет после открытия Ве русский ученый Д.И. Менделеев пришел к выводу, что в его периодической таблице места для такого элемента нет, а вот двухвалентный элемент с относительной атомной массой 9 (приблизительно равной удвоенной массе одного эквивалента Ве 2 × 4,7) легко размещается между Li и B.

Металлический Ве относительно мало реакционноспособен при комнатной температуре (например, устойчив к кислороду воздуха благодаря плёнке окиси, образующейся на его поверхности), в данных условиях взаимодействует с F 2 . В компактном виде не реагирует с водой и водяным паром даже при температуре красного каления и не окисляется воздухом до 600° С. При 1200 °С металлический Ве горит, превращаясь в белый порошок ВеО. Галогены реагируют с Ве при температуре выше 600° С, а халькогены требуют еще более высокой температуры. Компактный Ве интенсивно реагирует с N 2 при температурах более 1000 градусов, а в порошкообразном состоянии – при температурах более 500 о С. Аммиак взаимодействует с Ве при температуре выше 1200° С с образованием нитрида Be 3 N 2 , а углерод дает карбид Ве 2 С при 1700° С. С Н 2 Ве непосредственно не реагирует, и гидрид ВеН 2 получают косвенным путем (получен при разложении бериллийорганических соединений, устойчив до 240 °С).