Бериллий — химические свойства и получение

Содержание
  1. Происхождение названия
  2. формула химического элемента Бериллий Beryllium
  3. Прочность бериллия
  4. Цены
  5. Химические свойства
  6. Как был открыт
  7. Запасы и месторождения
  8. Добыча и промышленное получение
  9. Нахождение в природе
  10. Биологическое воздействие бериллия
  11. Опасен ли бериллий?
  12. Производство
  13. Свойства атома бериллия :
  14. Физико-химические характеристики
  15. Где используется бериллий?
  16. Плюсы и минусы
  17. Дополнительная информация по Бериллию
  18. Биологическая роль и физиологическое действие
  19. Технология получения
  20. Физические свойства
  21. Формы нахождения в природе
  22. Минералы, добыча
  23. Влияние на организм
  24. Изотопы бериллия
  25. Получение
  26. История
  27. Применение Бериллия
  28. Легирование сплавов
  29. Рентгенотехника
  30. Ядерная энергетика
  31. Лазерные материалы
  32. Аэрокосмическая техника
  33. Ракетное топливо
  34. Огнеупорные материалы
  35. Общие сведения:
  36. Кристаллическая решётка бериллия:
  37. Взаимодействие с простыми веществами
  38. с кислородом
  39. с галогенами
  40. с неметаллами IV–VI групп
  41. с водородом
  42. Проблемы классификации

Происхождение названия

Схема строения атома бериллия
Определение элемента бериллий

произошло от названия минерала берилла (
beryllos
) (силикат бериллия и алюминия, Be3Al2Si6O18), которое восходит к названию города Белур (Веллуру) в Южной Индии, недалеко от Мадраса; с древних времён в Индии были известны месторождения изумрудов— разновидности берилла. Из-за сладкого вкуса растворимых в воде соединений бериллия элемент вначале называли «глюциний» (от греч.
glykys
— сладкий).

формула химического элемента Бериллий Beryllium

Химическая формула Бериллий: Формула бериллия отличается всего 4-мя электронами. Это не удивительно, учитывая место элемента в таблице Менделеева. Удивительно, что все они находятся на s-орбитах. Не остается свободных позиций для новых электронов. Поэтому, бериллий – элемент, не желающий вступать в химические реакции. Исключения металл делает для веществ, способных отобрать, заместить его собственные электроны.

Читайте также:  Эрозия шейки матки — симптомы и лечение

На это, к примеру, способен галоген. Бериллий – металл. Однако, у него есть и ковалентные связи. Это значит, что в атоме бериллия перекрываются, обобщаются некоторые пары электронных облаков, что характерно для неметаллов. Такая двойственность сказывается на механических параметрах вещества. Материал одновременно хрупкий и твердый. Отличается бериллий и легкостью.

Плотность металла всего 1,848 граммов на кубический сантиметр. Ниже планка лишь у некоторых щелочных металлов. Сходясь с ними в плотности, бериллий выгодно выделяется устойчивостью к коррозии. От нее элемент спасает пленка в доли миллиметра толщиной. Это оксид бериллия. Он образуется на воздухе за 1,5-2 часа. В итоге блокируется доступ кислорода к металлу, и он сохраняет все первозданные характеристики.

Прочность бериллия

Радуют и прочность бериллия. Проволока диаметром всего в 1 миллиметр способна держать навесу взрослого мужчину. Для сравнения, аналогичная нить алюминия рвется при нагрузке в 12 килограммов.

Бериллий, свойства которого обсуждаются, почти не теряет прочности при нагреве. Если довести температуру до 400-от градусов, «сила» металла ослабеет лишь вдвое. Дюралюминий, к примеру, становится менее прочным в 5 раз.

Цены

На российском рынке представлены разные продукты из металла.

Цена определяется видом продукции (руб./ кг):

  • Чистое вещество – 10,7 тыс.
  • Метацирконат – 12,3 тыс.
  • Алюминат – 339.

Такой же расклад на мировом рынке.

Химические свойства

Как был открыт

К открытию элемента причастны европейские химики, физик и русский ученый:

  • Первооткрывателем стал французский химик Луи Николя Воклен. В 1798 он выделил из берилла оксид.
  • Через тридцать лет его коллеги немец Франц Велер и француз Антуан Бюсси получили, каждый в своей лаборатории, свободный бериллий.
  • Металлическая форма вещества – заслуга француза Поля Лебо. Физик применил электролиз к расплаву солей вещества.
  • В России бериллий исследовал Иван Авдеев. Химик проанализировал состав бериллиевых минералов и соединений с Урала, доказав истинную валентность оксида металла.

Интересна история названия элемента. За сладкий вкус растворяемых водой соединений его окрестили глицинием. Бериллием его предложили именовать химики Мартин Клапрот (Германия) и Андерс Экеберг (Швеция).

Термин «берилл» восходит к названию индийского города Белур в окрестностях Мадраса. Здесь веками добывали ювелирную разновидность берилла – изумруд.

Запасы и месторождения

Основная масса бериллия находится в магматических породах, в которых он замещает кремний. Металл присутствует в мусковитах, темноцветных минералах. В щелочных породах он практически полностью рассеивается.

Металл содержится более чем в 30 минералах. Шесть из них встречаются достаточно часто. К ним относятся — фенакит, бертрандит, хризоберилл, даналит, гельвин, берилл.

Добыча и промышленное получение

Добыча начинается с разработки карьеров. Процесс промышленного получения состоит из нескольких этапов:

  1. Подготовка руды.
  2. Переработка минералов в сульфат или гидроксид бериллия.
  3. Спекание с известью. Проводится в промышленных печах.
  4. Обработка серной кислотой.
  5. Выщелачивание водой.
  6. Осаждение чистого металла аммиаком.

Альтернативные способы получения:

  1. Фторид бериллия восстанавливается с помощью магния. Процедура проводится при температуре 1000°C.
  2. Чистый металл выделяется с помощью электролиза.

При использовании таких способов получения бериллий подвергают дополнительной обработке — зонной плавке, электронному рафинированию или дистилляции в вакууме.

История открытия и свойства металла бериллий
История открытия и свойства металла бериллий

Нахождение в природе

Изотоп 8Be

отсутствует в природе, поскольку является крайне нестабильным и имеет период полураспада 10−18 с. Стабильным является
9Be
. Кроме
9Be
в природе встречаются радиоактивные изотопы
7Be
и
10Be
.

Содержание бериллия в земной коре— около 3,5 г/т, обычно он встречается как примесь к различным минералам. Известно более 30 собственно бериллиевых минералов, но только 6 из них считаются более-менее распространёнными: берилл, хризоберилл, бертрандит, фенакит, гельвин, даналит. Промышленное значение имеет в основном берилл, в РФ (Республика Бурятия) разрабатывается фенакит-бертрандитовое Ермаковское месторождение.

Разновидности берилла считаются драгоценными камнями: аквамарин — голубой, зеленовато-голубой, голубовато-зеленый; изумруд— густо-зеленый, ярко-зеленый; гелиодор — желтый; известны ряд других разновидностей берилла, различающихся окраской (темно-синие, розовые, красные, бледно-голубые, бесцветные и др.). Цвет бериллу придают примеси различных элементов.

Биологическое воздействие бериллия

Как элемент, Be присутствует в тканях большинства представителей флоры и фауны. Так, концентрация бериллия в почве составляет тысячные доли процента, для золы растений эта величина на порядок меньше. Относительно животных, Be равномерно распределен у них по тканям, с суммарной концентрацией, которая исчисляется в пределах от десятитысячных до тысячных долей процента. При нормально функционировании организма, половина бериллия выделяется с мочой. Оставшаяся часть элемента оседает в костях – 30%, печени и почках – по 8%.

Металлическая пыль бериллия - очень опасна для человека
Металлическая пыль бериллия - очень опасна для человека

Металлическая пыль бериллия – очень опасна для человека

к содержанию ↑

Опасен ли бериллий?

Для человека вредны летучие соединения бериллия, его пыль. Как результат, переработка Be требует соблюдения определенных норм безопасности, в частности использование специальных мер защиты, чтобы избежать отравления бериллием.

Производство

Способы получения чистого бериллия предполагают использование сложных и грязных процессов.

Шар из бериллия
Шар из бериллия
Шар из бериллия

На мировом рынке три страны с полным циклом производства:

  • Казахстан;
  • США;
  • Китай.

Познавательно: Китай не экспортирует произведенный продукт, а производит закупки продуктов производства.

Свойства атома бериллия :

200 Свойства атома  
201 Атомная масса ( молярная масса ) 9,012182(3) а.е.м. (г/моль)
202 Электронная конфигурация 1s2 2s2
203 Электронная оболочка K2 L2 M0 N0 O0 P0 Q0 R0

Электронная оболочка бериллия

204 Радиус атома (вычисленный) 112 пм
205 Эмпирический радиус атома 105 пм
206 Ковалентный радиус* 96 пм
207 Радиус иона (кристаллический) Be2+

41 (4) пм,

59 (6) пм

(в скобках указано координационное число – характеристика, которая определяет число ближайших частиц (ионов или атомов) в молекуле или кристалле)

208 Радиус Ван-дер-Ваальса 153 пм
209 Электроны, Протоны, Нейтроны 4 электрона, 4 протона, 5 нейтронов
210 Семейство (блок) элемент s-семейства
211 Период в периодической таблице 2
212 Группа в периодической таблице 2-ая группа (по старой классификации – главная подгруппа 2-ой группы)
213 Эмиссионный спектр излучения Спектр_Бериллия

Физико-химические характеристики

Бериллий – необычный металл. С изменением температуры кристаллическая структура его решетки меняется с гексагональной на кубическую.

Бериллий, чистота более 99%, поликристаллический фрагмент
Бериллий, чистота более 99%, поликристаллический фрагмент

Ученые выявили уникальные физические и химические свойства элемента:

  • Высшая среди металлов теплоемкость, звукопроницаемость.
  • Высокая теплопроводность.
  • Малое электрическое сопротивление.
  • Порог упругости выше, чем у сталей.

Твердость средняя (5,5 по Моосу), но это больше, чем у других «легких» металлов.

Свойства атомаНазвание, символ, номер Атомная масса
(молярная масса) Электронная конфигурация Радиус атома Химические свойстваКовалентный радиус Радиус иона Электроотрицательность Электродный потенциал Степени окисления Энергия ионизации
(первый электрон) Термодинамические свойства простого веществаПлотность (при н. у.) Температура плавления Температура кипения Уд. теплота плавления Уд. теплота испарения Молярная теплоёмкость Молярный объём Кристаллическая решётка простого веществаСтруктура решётки Параметры решётки Отношение c/a Температура Дебая Прочие характеристикиТеплопроводность Номер CAS
Бери́ллий / Beryllium (Be), 4
9,012182(3) а. е. м. (г/моль)
[ He ] 2s²
112 пм
90 пм
35 (+2e) пм
1,57 (шкала Полинга)
−1,69 В
+2 ; 0
 898,8 (9,32) кДж/моль (эВ)
1,848 г/см³
1551 K (1278 °C, 2332 °F)
3243 K (2970 °C, 5378 °F)
12,21 кДж/моль
309 кДж/моль
16,44 Дж/(K·моль)
5,0 см³/моль
гексагональная
a=2,286 Å; c=3,584 Å
1,567
1000 K
(300 K) 201 Вт/(м·К)
7440-41-7

На воздухе металл покрывается оксидным щитом-пленкой. Поэтому химическая активность запускается только при высоких температурах.

Где используется бериллий?

Сферы применения:

  1. Производство рентгенотехники. Металл практически не поглощает электромагнитные волны.
  2. Производство лазерной техники. Из алюмината бериллия изготавливаются твердотельные излучатели — пластины, стержни.
  3. Ядерная энергетика. Металл используется для изготовления нейтронных отражателей. Они нужны для замедления потока нейтронов. Фторид бериллия применяется для сварки стекла при сборке атомной техники.
  4. Производство аэрокосмической техники. Этот металл не имеет аналогов при изготовлении систем наведения, тепловых экранов. Готовые конструкции выделяются высокой прочностью, малым удельным весом, устойчивостью к перепадам температуры.
  5. Изготовление огнеупорных материалов.
  6. Ракетное топливо. В ходе экспериментов ученые смогли сделать бериллийсодержащие виды топлива, которые отличаются низкой токсичностью.
  7. Изготовление электродинамических громкоговорителей.

Основное направление применения бериллия — легирование металлических сплавов. Этот компонент повышает прочность, твердость, коррозийную стойкость металлов.

Плюсы и минусы

Достоинства Недостатки
Относится к самым легким и прочным элементам Хрупкость металла
Самое низкое (среди металлов) сечение захвата нейтронов, высокое значение их отражения Вредность, токсичность бериллия и его пыли
Сплавы с Be сочетают твердость и пластичность Высокая цена

Бериллиевая бронза не искрит; редкое качество, используют для работы в шахтах.

Дополнительная информация по Бериллию

Соединения бериллия

Бериллий, Beryllium, Be (4)
Содержащие бериллий минералы (драгоценные камни) — берилл, смарагд, изумруд, аквамарин и др.- известны с глубокой древности. Некоторые из них добывались на Синайском полуострове еще в XVII в. до н. э. В Стокгольмском папирусе (III в.) описываются способы изготовления поддельных камней. Название берилл встречается у греческих и латинских (Beryll) античных писателей и в древнерусских произведениях, например в «Изборнике Святослава» 1073 г., где берилл фигурирует под названием вируллион. Исследование химического состава драгоценных минералов этой группы началось, однако, лишь в конце XVIII в. с наступлением химико-аналитического периода.

Первые анализы (Клапрот, Биндгейм и др.) не обнаружили в берилле ничего особенного.

В конце XVIII в. известный минералог аббат Гаюи обратил внимание на полное сходство кристаллического строения берилла из Лиможа и смарагда из Перу. Вокелен произвел химический анализ обоих минералов (1797) и обнаружил в обоих новую землю, отличную от алюмины. Получив соли новой земли, он установил, что некоторые из них обладают сладким вкусом, почему и назвал новую землю глюцина (Glucina) от греческого — сладкий. Новый элемент, содержащийся в этой земле, был назван соответственно глюцинием (Glucinium). Это название употреблялось во Франции в XIX в., существовал даже символ — Gl.

Клапрот, будучи противником наменования новых элементов по случайным свойствам их соединений, предложил именовать глюциний бериллием (Beryllium), указав, что сладким вкусом обладают соединения и других элементов. Металлический бериллий был впервые получен Велером и Бусси в 1728 г. путем восстановления хлорида бериллия металлическим калием. Отметим здесь выдающиеся исследования русского химика И.В.Авдеева по атомному весу и составу окисла бериллия (1842). Авдеев установил атомный вес бериллия 9,26 (совр.9,0122), тогда как Берцелиус принимал его равным 13,5, и правильную формулу окисла.
О происхождении названия минерала берилл, от которого образовано слово бериллий, существует несколько версий. А. М. Васильев (по Диргарту) приводит следующее мнение филологов: латинское и греческое названия берилла могут быть сопоставлены с практритским veluriya и санскритским vaidurya. Последнее является названием некоторого камня и происходит от слова vidura (очень далеко), что, по-видимому, означает какую-то страну или гору. Мюллер предложил другое объяснение: Vaidurya произошло от первоначального vaidarya или vaidalya, а последнее от vidala (кошка). Иначе говоря, vaidurya означает приблизительно «кошачий глаз». Рай указывает, что в санскрите топаз, сапфир и коралл считались кошачьим глазом. Третье объяснение дает Липпман, который считает, что слово берилл обозначало какую-то северную страну (откуда поступали драгоценные камни) или народ. В другом месте Липпман отмечает, что Николай Кузанский писал, что немецкое Brille (очки) происходит от варварско-латинского berillus. Наконец, Лемери, объясняя слово берилл (Beryllus), указывает, что Berillus, или Verillus, означает «мужской камень».
В русской химической литературе начала XIX в. глюцина называлась — сладимая земля, сладозем (Севергин, 1815), сладкозем (Захаров, 1810), глуцина, глицина, основание глицинной земли, а элемент именовался глицинием, глицинитом, глицием, сладимцем и пр. Гизе предложил название бериллий (1814). Гесс, однако,придерживался названия глиций; его употреблял в качестве синонима и Менделеев (1-е изд. «Основ химии»).

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. Нормальное содержание бериллия в организме взрослого человека (при массе тела 60 кг) составляет 0,031мг, ежедневное поступление с пищей— около 0,01мг.

Бериллий— ядовит: Летучие (и растворимые) соединения бериллия, в том числе и пыль, содержащая соединения бериллия, высокотоксичны. Для воздуха ПДК (предельно допустимые концентрации) вещества в пересчёте на бериллий составляет 0,001 мг/м³. Бериллий обладает ярко выраженным аллергическим и канцерогенным действием. Вдыхание атмосферного воздуха содержащего бериллий приводит к тяжёлому заболеванию органов дыхания — бериллиозу.

Технология получения

Бериллиевую руду доставляют на обогатительную фабрику.

Здесь получают соли вещества:

  • Из них извлекают металлический продукт, восстанавливая фторид магнием.
  • Сырье для второго способа получения – хлориды натрия и бериллия. Смесь расплавляют, затем применяют электролиз.
  • Продукт высокой чистоты создают в вакууме переплавкой и дистилляцией.

Переработка руды налажена в США, КНР, Казахстане, России.

Глобальный объем производства бериллия – 260-310 тонн ежегодно.

Обработка бериллия проблематична, опасна для здоровья, поэтому главные способы производства – точное литье и порошковая металлургия. Размолотый металл спрессовывают, создавая форму по заданным параметрам либо универсальную заготовку (труба, пруток).

Обработку затрудняет хрупкость. Этот недостаток устранили в 1970-х годах, выяснив, что пластичен чистый бериллий.

Физические свойства

Бериллий— мягкий, но не пластичный (легко разрушается) металл серебристо-белого цвета. Имеет высокий (в связи с чем ему ошибочно приписывается высокая твёрдость) модуль упругости— 300 ГПа (у сталей— 200—210 ГПа). На воздухе активно покрывается стойкой оксидной плёнкой BeO.

Модуль продольной упругости (модуль Юнга) 300 ГПа (312кгс/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%, что при таком высоком модуле упругости обеспечивает его хрупкость. Обработка давлением приводит к определенной ориентации кристаллов. Возникает анизотропия, становится возможным значительное улучшение свойств. Предел прочности в направлении вытяжки доходит до 400—800 Мн/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°C.

Формы нахождения в природе

В природе металл представлен россыпями и коренными залежами минералов.

Таких минералов три десятка, из них половина – силикаты, еще четверть – фосфаты. Самые известные – берилл, фенакит, хризоберилл.

Камень берилл
Берилл
Минерал фенакит
Фенакит
Хризоберилл
Хризоберилл

Тонна земной коры содержит 3,8 г бериллия (щелочные породы – до 70 г). Литр морской воды – 0,000006 мг.

Попадаются кристаллы с габаритами в несколько метров и тонн. Их добывают из пегматитов.

На особом счету драгоценные разновидности берилла – аквамарин, изумруд, гелиодор. Голубой, зеленый, желтый цвет создают примеси других элементов в составе.

Минералы, добыча

Месторождениями бериллиевых минералов обладают:

  • Аргентина;
  • Бразилия;
  • Казахстан;
  • Индия.

В России добычу этих минералов можно производить в Свердловской области и Бурятии.

Бериллий, чистота более 99%, поликристаллический фрагмент
Бериллий, чистота более 99%, поликристаллический фрагмент
Бериллий, чистота более 99%, поликристаллический фрагмент

В природе около 30 бериллийсодержащих минералов:

  • берилл;
  • хризоберилл;
  • фенакит;
  • гельвин;
  • бертрандит.

Интересно: Beryllium содержат драгоценные камни: изумруд, аквамарин, воробьевит.

Россия утратила сырьевую и производственную независимость в производстве бериллиевых концентратов.

Влияние на организм

Бериллий содержится в тканях разных представителей фауны, флоры. При небольшом содержании металл безвреден для организма. Если внутренние органы, системы функционируют в нормальном режиме, большая часть этого металла выводится из организма с мочой. Около 30% оседает в костях, 8% — в почках, печени.

Вредной является пыль бериллия, которая образуется при его добыче, промышленном получении. Чтобы избежать отравления бериллием, нужно использовать защитный костюм, респиратор и очки.

В 1990 году на одном из заводов, перерабатывающем бериллий в Казахской ССР, произошел мощный взрыв. Над городом Усть-Каменогорск поднялся столп мельчайшей металлической пыли. Количество вредных веществ в воздухе превысило норму в 14 000 раз. Всего было зафиксировано 5 взрывов. Многие пророчили дурное будущее жителям города, но каких-либо серьезных ухудшений в здоровье жителей из-за произошедшей катастрофы отмечено не было.

Изотопы бериллия

Основная статья: Изотопы бериллия

Природный бериллий состоит из единственного изотопа 9Be. Все остальные изотопы бериллия (их известно 11, исключая стабильный 9Be) нестабильны. Наиболее долгоживущих из них два: 10Be с периодом полураспада около 1,4 млн лет и 7Be с периодом полураспада 53 дня.

Получение

В виде простого вещества в XIX веке бериллий получали действием калия на безводный хлорид бериллия:

mathrm{BeCl_2 + 2  K longrightarrow  Be + 2  KCl}

В настоящее время бериллий получают, восстанавливая его фторид магнием:

mathrm{BeF_2 +  Mg longrightarrow  Be +  MgF_2}
,

либо электролизом расплава смеси хлоридов бериллия и натрия. Исходные соли бериллия выделяют при переработке бериллиевой руды.

История

Алюминий и бериллий — близнецы по свойствам. Даже сейчас с современными приборами и методами сложно отличить этих «братьев». Удивительно, что Луи Воклену в конце XVIII удалось открыть новый окисел. Через 30 лет получили некоторое количество нового металла, сильно загрязненного примесями.

металл бериллий

А 70 лет спустя методом электролиза получили чистый продукт. На этом история с поиском и выделением чистого бериллия прекратилась. Ведь о нем сказали, что «практического применения не имеет».

Познавательно: линзы первых очков еще в XIII веке делали из гошенита, бесцветного берилла.

Применение Бериллия

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 распространены бериллиевые бронзы типа BeB (пружинные контакты). Добавка 0,5% бериллия в сталь позволяет изготовить пружины, которые пружинят при красном калении.

Читайте также:  Что можно сделать из пакетов майка своими руками

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. Конструкционные материалы на основе бериллия обладают одновременно и лёгкостью, и прочностью, и стойкостью к высоким температурам. Будучи в 1,5 раз легче алюминия, эти сплавы в то же время прочнее многих специальных сталей. Налажено производство бериллидов применяемых как конструкционные материалы для двигателей и обшивки ракет и самолетов, а так же в атомной технике.

Ракетное топливо

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°C 1,547 5014 м/сек 13%
Тетрафторгидразин 310,8 сек 4234°C 1,19 4204 м/сек 11%
ClF3 277,4 сек 4075°C 1,85 4696 м/сек 13%
ClF5 289,6 сек 4176°C 1,762 4791 м/сек 13%
Перхлорилфторид 242,6 сек 3593°C 1,709 3953 м/сек 13%
Окись фтора 308,6 сек 4177°C 1,561 4986 м/сек 13%
Кислород 235,4 сек 3637°C 1,21 3213 м/сек 15%
Перекись водорода 276,8 сек 3472°C 1,503 4231 м/сек 18%
Азотная кислота 256 сек 2728°C 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°C 1,298 5029 м/сек 13%
Тетрафторгидразин 335,6 сек 4133°C 1,065 4270 м/сек 10%
ClF3 298,8 сек 3885°C 1,573 4674 м/сек 10%
ClF5 314,5 сек 3979°C 1,481 4773 м/сек 11,25%
Перхлорилфторид 309,5 сек 2932°C 1,114 4037 м/сек 34%
Окись фтора 342,9 сек 3027°C 1,054 4338 м/сек 35%
Кислород 331,4 сек 3079°C 0,867 3744 м/сек 45%
Перекись водорода 353,1 сек 2932°C 0,98 4285 м/сек 41%
N2O4 316,1 сек 2558°C 0,93 3721 м/сек 48%
Азотная кислота 322,1 сек 3085°C 1,047 4060 м/сек 35%

Огнеупорные материалы

Оксид бериллия 99,9%(изделие)
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.

Общие сведения:

100 Общие сведения  
101 Название Бериллий
102 Прежнее название
103 Латинское название Beryllium
104 Английское название Beryllium
105 Символ Be
106 Атомный номер (номер в таблице) 4
107 Тип Металл
108 Группа Амфотерный, щёлочноземельный металл
109 Открыт Луи-Николя Воклен, Франция , 1798 г.
110 Год открытия 1798 г.
111 Внешний вид и пр. Относительно твёрдый,  хрупкий металл светло-серого цвета
112 Происхождение Природный материал
113 Модификации
114 Аллотропные модификации 2 аллотропные модификации бериллия:

— α-бериллий с гексагональной плотноупакованной кристаллической решёткой,

— β-бериллий с кубической объёмно-центрированной кристаллической решёткой

115 Температура и иные условия перехода аллотропных модификаций друг в друга — α-бериллий существует при температуре ниже 1250 °C и иных стандартных условиях ,

— β-бериллий существует при температуре выше 1250 °C и иных стандартных условиях

116 Конденсат Бозе-Эйнштейна
117 Двумерные материалы
118 Содержание в атмосфере и воздухе (по массе) 0 %
119 Содержание в земной коре (по массе) 0,00019 %
120 Содержание в морях и океанах (по массе) 6,0·10-11 %
121 Содержание во Вселенной и космосе (по массе) 1,0·10-7 %
122 Содержание в Солнце (по массе) 1,0·10-8 %
123 Содержание в метеоритах (по массе) 2,9·10-6 %
124 Содержание в организме человека (по массе) 4,0·10-8 %

Кристаллическая решётка бериллия:

500 Кристаллическая решётка
511 Кристаллическая решётка #1 α-бериллий
512 Структура решётки Гексагональная плотноупакованная

Кристаллическая решетка бериллия

513 Параметры решётки a = 2,286 Å, c = 3,584 Å
514 Отношение c/a 1,567
515 Температура Дебая 1000 K
516 Название пространственной группы симметрии P63/mmc
517 Номер пространственной группы симметрии 194
521 Кристаллическая решётка #2 β-бериллий
522 Структура решётки Кубическая объёмно-центрированная

Кристаллическая решетка берилиия_бета

523 Параметры решётки 2,5515 Å
524 Отношение c/a
525 Температура Дебая
526 Название пространственной группы симметрии
527 Номер пространственной группы симметрии

Взаимодействие с простыми веществами

с кислородом

Без нагревания бериллий и магний не реагируют ни с кислородом воздуха, ни с чистым кислородом ввиду того, что покрыты тонкими защитными пленками, состоящими соответственно из оксидов BeO и MgO. Их хранение не требует каких-либо особых способов защиты от воздуха и влаги, в отличие от щелочноземельных металлов, которые хранят под слоем инертной по отношению к ним жидкости, чаще всего керосина.

Be, Mg, Ca, Sr при горении в кислороде образуют оксиды состава MeO, а Ba – смесь оксида бария (BaO) и пероксида бария (BaO2):

2Mg + O2 = 2MgO

2Ca + O2 = 2CaO

2Ba + O2 = 2BaO

Ba + O2 = BaO2

Читайте также:  Эксплуатация АЭС — Обращение с газообразными радиоактивными отходами

Следует отметить, что при горении щелочноземельных металлов и магния на воздухе побочно протекает также реакция этих металлов с азотом воздуха, в результате которой, помимо соединений металлов с кислородом, образуются также нитриды c общей формулой Me3N2.

с галогенами

Бериллий реагирует с галогенами только при высоких температурах, а остальные металлы IIA группы — уже при комнатной температуре:

Мg + I2 = MgI2 – иодид магния

Са + Br2 = СаBr2 – бромид кальция

Ва + Cl2 = ВаCl2 – хлорид бария

с неметаллами IV–VI групп

Все металлы IIA группы реагируют при нагревании со всеми неметаллами IV–VI групп, но в зависимости от положения металла в группе, а также активности неметаллов требуется различная степень нагрева. Поскольку бериллий является среди всех металлов IIA группы наиболее химически инертным, при проведении его реакций с неметаллами требуется существенно большая температура.

Следует отметить, что при реакции металлов с углеродом могут образовываться карбиды разной природы. Различают карбиды, относящиеся к метанидам и условно считающимися производными метана, в котором все атомы водорода замещены на металл. Они так же, как и метан, содержат углерод в степени окисления -4, и при их гидролизе или взаимодействии с кислотами-неокислителями одним из продуктов является метан. Также существует другой тип карбидов – ацетилениды, которые содержат ион C22-, фактически являющийся фрагментом молекулы ацетилена. Карбиды типа ацетиленидов при гидролизе или взаимодействии с кислотами-неокислителями образуют ацетилен как один из продуктов реакции. То, какой тип карбида – метанид или ацетиленид — получится при взаимодействии того или иного металла с углеродом, зависит от размера катиона металла. С ионами металлов, обладающих малым значением радиуса, образуются, как правило, метаниды, с ионами более крупного размера – ацетилениды. В случае металлов второй группы метанид получается при взаимодействии бериллия с углеродом:

Остальные металлы II А группы образуют с углеродом ацетилениды:

С кремнием металлы IIA группы образуют силициды — соединения вида Me2Si, с азотом – нитриды (Me3N2), фосфором – фосфиды (Me3P2):

с водородом

Все щелочноземельные металлы реагируют при нагревании с водородом. Для того чтобы магний прореагировал с водородом, одного нагрева, как в случае со щелочноземельными металлами, недостаточно, требуется, помимо высокой температуры, также и повышенное давление водорода. Бериллий не реагирует с водородом ни при каких условиях.

Проблемы классификации

Бериллий относится к щелочноземельным металлам. Однако с классификацией определились не сразу.

По химическим свойствам его легко отличить от остальных металлов этой группы. Он не реагирует с водой, его гидроксид – не щелочь.

Однако сегодня, согласно номенклатуре Международного союза теоретической и прикладной химии (ИЮПАК), все элементы второй группы таблицы Менделеева, а значит и бериллий, считаются щелочноземельными металлами.

Источники

  • https://bio-fon.ru/voprosy-ekologii/berillij-metall-ili-nemetall-2.html
  • https://jgems.ru/metally/berillij
  • https://metalloy.ru/metally/berilliy
  • https://xlom.ru/spravochnik/berillij-svojstva-primeneniya-splavy-berilliya
  • https://TheMineral.ru/metally/berillij
  • https://ChemicalStudy.ru/berilliy-svoystva-atoma-himicheskie-i-fizicheskie-svoystva/
  • http://himsnab-spb.ru/article/ps/be/
  • https://chem.ru/berillij.html

Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Сайт каталог о камнях / gorodgranit