Sadržaj članka

BERILIJ(Berilijum) Be je hemijski element 2 (IIa) grupe Periodnog sistema D. I. Mendeljejeva. Atomski broj 4, relativna atomska masa 9,01218. U prirodi se javlja samo jedan stabilan izotop, 9 Be. Poznati su i radioaktivni izotopi berilijuma 7 Be i 10 Be sa periodom poluraspada od 53,29 dana i 1,6·10 6 godina, respektivno. Oksidacijska stanja su +2 i +1 (potonje je izuzetno nestabilno).

Minerali koji sadrže berilijum poznati su od antike. Neki od njih su minirani na Sinajskom poluostrvu još u 17. veku. BC. Naziv beril nalazi se u grčkim i latinskim (Beryll) starim piscima. Sličnost berila i smaragda primijetio je Plinije Stariji: „Beril, ako razmislite o tome, ima istu prirodu kao smaragd (smaragd), ili barem vrlo sličan“ (Prirodna povijest, knjiga 37). AT Izbornik Svyatoslav(1073) Beril se pojavljuje pod imenom Virullion.

Berilijum je otkriven 1798. godine. Francuski kristalograf i mineralog René Just Haüy (1743–1822), primetivši sličnost tvrdoće, gustine i izgled zelenkasto-plavi kristali berila iz Limogesa i zeleni kristali smaragda iz Perua, pozvali su francuskog hemičara Vauquelina Nicolasa Louisa (1763–1829) da analizira beril i smaragd kako bi utvrdio da li su hemijski identični. Kao rezultat toga, Vauquelin je pokazao da oba minerala sadrže ne samo okside aluminijuma i silicijuma, kao što je ranije bilo poznato, već i novu "zemlju", koja je veoma podsećala na aluminijum oksid, ali je, za razliku od njega, reagovala sa amonijevim karbonatom i nije reagovala. dati stipsu. Upravo ta svojstva je Vauquelin koristio za razdvajanje oksida aluminija i nepoznatog elementa.

Urednici časopisa Annakts de Chimie, koji je objavio Vauquelinov rad, predložili su naziv "glicin" za zemlju koju je otkrio, zbog njegove sposobnosti da formira spojeve slatkog ukusa. Čuveni hemičari Martin Heinrich Klaproth (1743-1817) i Anders Ekeberg (Ekeberg Anders) (1767-1813) smatrali su ovo ime nesretnim, jer soli itrijuma imaju i slatkast ukus. U njihovim radovima, "zemlja" koju je otkrio Vauquelin naziva se beril. Međutim, u naučnoj literaturi 19.st. za novi element dugo su se koristili izrazi "glicijum", "wisterium" ili "glucinium". u Rusiji do sredine 19. veka. oksid ovog elementa nazvan je "slatka zemlja", "slatka zemlja", "slatka zemlja", a sam element se zvao glicin, glicinit, glicin, slatka zemlja

U obliku jednostavne supstance, element koji je otkrio Vauquelin prvi je dobio njemački hemičar Wöhler Friedrich (1800–1882) 1828. reducirajući berilij hlorid kalijem:

BeCl 2 + 2K = Be + 2KCl

Nezavisno od njega, iste godine, metalni berilij je izolovao francuski hemičar Bussy Antoine (1794–1882) istom metodom.

Naziv elementa po imenu minerala postao je općeprihvaćen (latinski berilus od grčkog bhrnlloV), ali se u Francuskoj berilij još uvijek naziva glicinija.

Utvrđeno je da je masa jednog ekvivalenta berilijuma približno 4,7 g/mol. Međutim, sličnost između berilija i aluminija dovela je do značajne zabune u pogledu valencije i atomske mase berilija. Dugo vremena se berilij smatrao trovalentnim s relativnom atomskom masom od 14 (što je približno jednako tri puta masi jednog ekvivalenta 3 × 4,7 berilija). Samo 70 godina nakon otkrića berilijuma, ruski naučnik D.I. Mendeljejev je zaključio da za takav element nema mjesta u njegovom periodnom sistemu, ali dvovalentni element s relativnom atomskom masom 9 (približno jednaka dvostrukoj masi jednog ekvivalenta berilijuma od 2 × 4,7) lako se nalazi između litijuma i bora.

Berilijum u prirodi i njegova industrijska ekstrakcija. Berilijum je, kao i njegovi susjedi litijum i bor, relativno rijedak u zemljine kore, njegov sadržaj je oko 2·10–4%. Iako je berilij rijedak element, nije rasut, jer je dio površinskih naslaga berila u pegmatitnim stijenama, koje su posljednje kristalizirale u granitnim kupolama. Postoje izvještaji o džinovskim berilima dugim do 1 m i težim do nekoliko tona.

Poznata su 54 minerala berilijuma. Najvažniji od njih je beril 3BeO Al 2 O 3 6SiO 2 . Ima mnogo varijanti u boji. Smaragd sadrži oko 2% hroma, što mu daje zelenu boju. Akvamarin duguje svoju plavu boju nečistoćama gvožđa(II). Ružičasta boja vorobjevita je zbog primjese jedinjenja mangana(II), a zlatno žuti heliodor je obojen ionima željeza(III). Industrijski važni minerali su i fenakit 2BeO SiO 2, bertrandit 4BeO 2SiO 2 H 2 O, helvin (Mn,Fe,Zn) 4 3 S.

Svjetski prirodni resursi berilijuma procjenjuju se na više od 80 hiljada tona (u smislu sadržaja berilija), od čega je oko 65% koncentrisano u Sjedinjenim Državama, gdje je glavna sirovina berilijuma bertranditna ruda. Njegove dokazane rezerve u Sjedinjenim Državama u ležištu Spur Mountain (Utah), koje je glavni svjetski izvor berilijuma, na kraju 2000. godine iznosile su oko 19 hiljada tona (u smislu sadržaja metala). Beril je veoma retkost u SAD. Od ostalih zemalja, Kina, Rusija i Kazahstan imaju najveće rezerve berilija. U sovjetsko vreme, berilij se kopao u Rusiji u ležištima Malyshevskoye (regija Sverdlovsk), Zavitinski (Regija Čita), Ermakovskoye (Buryatia), Pograničnoje (Primorska teritorija). Zbog smanjenja vojno-industrijskog kompleksa i prestanka izgradnje nuklearne elektrane, njegova proizvodnja je zaustavljena na Malyshevskoye i Ermakovskoye poljima i značajno smanjena na nalazištima Zavitimskoye. Istovremeno, značajan dio iskopanog berilija se prodaje u inostranstvo, uglavnom u Evropu i Japan.

Prema Geološkom zavodu SAD-a, svjetsku proizvodnju berilija 2000. godine karakteriziraju sljedeći podaci (t):

Ukupno	356
SAD	255
PRC	55
Rusija	40
Kazahstan	4
Drugim zemljama	2

Karakterizacija jednostavne supstance i industrijska proizvodnja metalnog berilija. Po izgledu, berilij je srebrno-sivi metal. Veoma je tvrd i lomljiv. Berilijum ima dve kristalne modifikacije: a-Be ima heksagonalnu rešetku (što dovodi do anizotropije svojstava); b-Be rešetka je kubna; temperatura prijelaza je 1277 °C. Berilijum se topi na 1287 °C, ključa na 2471 °C.

Ovo je jedan od najlakših metala (gustina je 1,816 g / cm 3). Ima visok modul elastičnosti, 4 puta veći od aluminijuma, 2,5 puta veći od titanijuma i jednu trećinu od čelika. Berilijum ima najveći toplotni kapacitet među svim metalima: 16,44 J/(mol K) za a-Be, 30,0 J/(mol K) za b-Be.

Po otpornosti na koroziju u vlažnom zraku, berilij, zbog stvaranja zaštitnog oksidnog sloja, podsjeća na aluminij. Pažljivo polirani uzorci zadržavaju svoj sjaj dugo vremena.

Metalni berilij je relativno nereaktivan na sobnoj temperaturi. U kompaktnom obliku, ne reagira s vodom i vodenom parom čak ni na vrućoj temperaturi i ne oksidira se zrakom do 600 ° C. Kada se zapali, berilijev prah gori jakim plamenom, a nastaju oksid i nitrid . Halogeni reaguju sa berilijumom na temperaturama iznad 600°C, dok halkogeni zahtevaju još više temperature. Amonijak reaguje sa berilijumom na temperaturama iznad 1200°C i formira Be 3 N 2 nitrid, a ugljenik daje Be 2 C karbid na 1700° C. Berilijum ne reaguje direktno sa vodonikom, a BeH 2 hidrid se dobija indirektno.

Berilijum se lako rastvara u razblaženim vodenim rastvorima kiselina (hlorovodonične, sumporne, azotne), ali hladna koncentrisana azotna kiselina pasivira metal. Reakcija berilija sa vodenim rastvorima alkalija praćena je evolucijom vodika i stvaranjem hidroksoberilata:

Be + 2NaOH (p) + 2H 2 O \u003d Na 2 + H 2

Prilikom provođenja reakcije s alkalnom talinom na 400-500 ° C nastaju dioksoberilati:

Be + 2NaOH (l) \u003d Na 2 BeO 2 + H 2

Metalni berilijum se brzo otapa u vodenom rastvoru NH 4 HF 2 . Ova reakcija je od tehnološkog značaja za proizvodnju bezvodnog BeF 2 i prečišćavanje berilija:

Be + 2NH 4 HF 2 \u003d (NH 4) 2 + H 2

Berilijum se izoluje iz berila metodom sulfata ili fluora. U prvom slučaju, koncentrat se fuzionira na 750°C sa natrijum ili kalcijum karbonatom, a zatim se legura tretira koncentriranom vrućom sumpornom kiselinom. Dobiveni rastvor berilijum sulfata, aluminijuma i drugih metala tretira se amonijum sulfatom. To dovodi do oslobađanja većine aluminija u obliku kalijevog aluma. Preostali rastvor se tretira sa viškom natrijum hidroksida. Time se formira rastvor koji sadrži Na 2 i natrijum aluminate. Kada se ova otopina prokuha, kao rezultat razgradnje hidroksoberilata, taloži se berilijum hidroksid (aluminati ostaju u rastvoru).

Prema fluoridnoj metodi, koncentrat se zagrijava s Na 2 i Na 2 CO 3 na 700–750 ° C. U tom slučaju nastaje natrijum tetrafluoroberilat:

3BeO Al 2 O 3 6SiO 2 + 2Na 2 + Na 2 CO 3 = 3Na 2 + 8SiO 2 + Al 2 O 3 + CO 2

Rastvorljivi fluoroberilat se zatim izluži vodom, a berilijum hidroksid se istaloži pri pH od oko 12.

Da bi se izolovao metalni berilij, njegov oksid ili hidroksid se prvo pretvara u hlorid ili fluorid. Metal se dobija elektrolizom rastaljene mješavine berilij hlorida i alkalnih elemenata ili djelovanjem magnezija na berilijum fluorid na temperaturi od oko 1300°C:

BeF 2 + Mg = MgF 2 + Be

Za dobivanje blankova i proizvoda od berilija koriste se uglavnom metode metalurgije praha.

Berilijum je aditiv za legiranje bakra, nikla, gvožđa i drugih legura. Sposobnost berilijuma da povećava tvrdoću bakra otkrivena je 1926. Legure bakra sa 1-3% berilija nazivane su berilijum bronzama. Sada je poznato da dodatak oko 2% berilija povećava snagu bakra za faktor šest. Osim toga, takve legure (koje također obično sadrže 0,25% kobalta) imaju dobru električnu provodljivost, visoku čvrstoću i otpornost na habanje. Oni su nemagnetni, otporni na koroziju i imaju brojne primjene u pokretnim dijelovima motora aviona, preciznim instrumentima, kontrolnim relejima u elektronici. Osim toga, ne iskre i stoga se široko koriste za proizvodnju ručnih alata u naftnoj industriji. Legura nikla koja sadrži 2% berilija takođe se koristi za visokotemperaturne opruge, stege, mehove i električne kontakte. Berilijum-aluminijum legure, u kojima sadržaj berilija dostiže 65%, postaju sve važnije. Imaju širok spektar upotrebe, od vazduhoplovstva do proizvodnje računara.

Uz pomoć berilija poboljšava se kvalitet površine mašinskih dijelova i mehanizama. Da bi se to postiglo, gotov proizvod se čuva u berilijumskom prahu na 900-1000 ° C, a njegova površina je tvrđa od one najboljih vrsta kaljenog čelika.

Još jedno važno područje primjene berilija je u nuklearnim reaktorima, jer je jedan od najefikasnijih moderatora i reflektora neutrona. Koristi se i kao materijal za prozore u rendgenskim cijevima. Berilijum prenosi X-zrake 17 puta bolje od aluminijuma i 8 puta bolje od Lindemann stakla.

Mješavina jedinjenja radijuma i berilija dugo se koristi kao zgodan laboratorijski izvor neutrona proizvedenih nuklearnom reakcijom:

9Be + 4He = 12C + 1n

1932. godine, koristeći ovu mješavinu, engleski fizičar James Chadwick otkrio je neutron.

U proizvodnji metalnog berilija dominiraju SAD (Brush Wellman, američka firma sa sjedištem u Clevelandu). Kina i Kazahstan također imaju pogone za proizvodnju metala berilijuma.

Potrošnja berilija u Sjedinjenim Američkim Državama, gdje se ovaj metal najviše koristi, 2000. godine iznosila je približno 260 tona (po sadržaju metala), od čega je 75% korišteno u obliku legura bakra-berilijuma za proizvodnju opruga, konektora i prekidači koji se koriste u automobilima, avionima i računarima. Tokom 1990-ih, cijene legura bakra i berilijuma ostale su stabilne na oko 400 dolara po kilogramu berilijuma, a ovaj nivo cijena traje do danas.

Prema Roskillovim riječima, svjetska potražnja za berilijumom je naglo pala 2001. godine, dijelom zbog kontrakcije tržišta telekomunikacijske opreme, koje je vjerovatno najveći potrošač ovog metala. Međutim, stručnjaci Roskill-a vjeruju da će u srednjem roku ovaj pad biti nadoknađen povećanjem potražnje za bakarno-berilijskom trakom od strane proizvođača automobilske elektronike i kompjutera. Dugoročno se očekuje nastavak potrošnje legura bakra i berilijuma u proizvodnji podvodne telekomunikacione opreme, kao i potražnje za cijevima za industriju nafte i plina, čiji sastav sadrži berilij.

Malo je vjerovatno da će potražnja za metalnim berilijumom značajno porasti, jer su cijene alternativnih materijala niže nego za berilijum, koji je veoma skup metal. Tako u brojnim oblastima potrošnje grafit, čelik, aluminij i titanij mogu poslužiti kao alternativni materijali, a umjesto legura bakra i berilijuma može se koristiti fosforna bronca.

jedinjenja berilijuma.

Berilijum, za razliku od drugih elemenata grupe 2, nema spojeve sa pretežno ionskim vezama, a za njega su poznata brojna koordinaciona jedinjenja, kao i organometalna jedinjenja u kojima se često formiraju višecentrične veze.

Zbog male veličine atoma, berilij gotovo uvijek pokazuje koordinacijski broj 4, što je važno za analitičku hemiju.

Berilijumove soli u vodi se brzo hidroliziraju sa formiranjem niza hidrokso kompleksa neodređene strukture. Taloženje počinje kada je odnos OH – : Be 2+ > 1. Daljnje dodavanje alkalija dovodi do rastvaranja taloga.

Berilijum hidrid BeH 2 je prvi put dobijen 1951. godine redukcijom berilijum hlorida sa LiAlH 4 . To je amorfna bijela supstanca. Kada se zagrije na 250 ° C, berilij hidrid počinje oslobađati vodik. Ovo jedinjenje je umjereno stabilno na zraku i vodi, ali se brzo razgrađuje pod utjecajem kiselina. Berilijum hidrid je polimerizovan zbog trocentričnih BeHBe veza.

Berilijum halogenidi. Bezvodni berilijum halogenidi se ne mogu dobiti reakcijama u vodenim rastvorima zbog stvaranja hidrata kao što je F2 i hidrolize. najbolji način da bi se dobio berilijum fluorid je termička razgradnja (NH 4) 2, a berilijum hlorid se prikladno dobija iz oksida. Da bi to učinili, djeluju s hlorom na mješavinu berilij oksida i ugljika na 650–1000 ° C. Berilijum hlorid se također može sintetizirati direktnim visokotemperaturnim hloriranjem metalnog berilijuma ili njegovog karbida. Iste reakcije se koriste za dobivanje bezvodnog bromida i jodida.

Berilijum fluorid je staklast materijal. Njegova struktura se sastoji od neuređene mreže atoma berilija (CN 4) povezanih mostovima atoma fluora i slična je strukturi kvarcnog stakla. Iznad 270° C, berilij fluorid spontano kristališe. Kao i kvarc, postoji u niskotemperaturnom a-oblici, koji se na 227°C mijenja u b-oblik. Osim toga, mogu se dobiti oblici kristobalita i tridimita. Strukturna sličnost između BeF 2 i SiO 2 takođe se proteže na fluoroberilate (koji nastaju interakcijom berilijum fluorida sa alkalnim i amonijum fluoridima) i silikate.

Berilijum fluorid je komponenta fluoroberilatnih stakala i mješavine soli koja se koristi u nuklearnim reaktorima s rastaljenom soli.

Berilijum hlorid i drugi halogenidi mogu se smatrati polinuklearnim kompleksnim jedinjenjima u kojima je koordinacijski broj berilija 4. Kristali berilij hlorida sadrže beskonačne lance sa premošćivanjem atoma hlora

Čak i na tački ključanja (550°C), gasna faza sadrži oko 20% Be 2 Cl 4 dimera molekula.

Lančana struktura berilijum hlorida lako se razgrađuje slabim ligandima kao što je dietil eter da bi se formirali molekularni kompleksi:

Jači donatori, poput vode ili amonijaka, daju jonske komplekse 2+ (Cl -) 2 . U prisustvu viška halogenih jona formiraju se halidni kompleksi, na primjer, 2–.

berilijum oksid BeO se prirodno javlja kao rijedak mineral bromelit.

Nekalcinirani berilijev oksid je higroskopan, adsorbira do 34% vode, a kalciniran na 1500°C - samo 0,18%. Berilijev oksid, kalciniran ne više od 500 ° C, lako stupa u interakciju s kiselinama, teže - s alkalnim otopinama, a kalciniran iznad 727 ° C - samo s fluorovodoničnom kiselinom, vrućom koncentriranom sumpornom kiselinom i alkalijama. Berilijum oksid je otporan na rastopljeni litijum, natrijum, kalijum, nikl i gvožđe.

Berilijum oksid se dobija termičkom razgradnjom berilijum sulfata ili hidroksida iznad 800°C.Proizvod visoke čistoće nastaje razgradnjom bazičnog acetata iznad 600°C.

Berilijum oksid ima veoma visoku toplotnu provodljivost. Na 100 ° C, to je 209,3 W / (m K), što je više od bilo kojeg nemetala, pa čak i nekih metala. Berilijum oksid kombinuje visoku tačku topljenja (2507°C) sa zanemarljivim pritiskom pare ispod ove. Služi kao hemijski otporan i vatrostalni materijal za proizvodnju lonaca, visokotemperaturnih izolatora, cijevi, termoelementnih omotača, specijalne keramike. U inertnoj atmosferi ili vakuumu, lončići od berilijum oksida mogu se koristiti na temperaturama do 2000°C.

Iako se berilijev oksid često zamjenjuje jeftinijim i manje toksičnim aluminijevim nitridom, u tim slučajevima se obično opaža smanjenje performansi opreme. Očekuje se da će dugoročno, potrošnja berilijum oksida nastaviti da raste, posebno u proizvodnji računara.

berilijum hidroksida Be(OH) 2 se taloži iz vodenih rastvora soli berilija sa amonijakom ili natrijum hidroksidom. Njegova rastvorljivost u vodi na sobnoj temperaturi je mnogo niža od rastvorljivosti njegovih suseda u periodičnom sistemu i iznosi samo 3·10 -4 g l -1. Berilijum hidroksid je amfoteričan, reaguje i sa kiselinama i sa alkalijama da formira soli, u kojima je berilijum deo kationa ili anjona, respektivno:

Be(OH) 2 + 2H 3 O + = Be 2+ + 2H 2 O

Be(OH) 2 + 2OH – = 2–

Berilijum hidroksokarbonat- jedinjenje promenljivog sastava. Nastaje interakcijom vodenih otopina soli berilijuma sa natrij ili amonijum karbonatima. Pod dejstvom viška rastvorljivih karbonata, lako stvara kompleksna jedinjenja kao što je (NH 4) 2 .

Berilijum karboksilati. Jedinstvenost berilija se očituje u formiranju stabilnih hlapljivih molekularnih oksid-karboksilata sa općom formulom, gdje je R = H, Me, Et, Pr, Ph, itd. Ove bijele kristalne supstance, za koje je tipičan bazični berilijum acetat (R = CH 3 ), su visoko rastvorljive u organskim rastvaračima, uključujući alkane, i nerastvorljive u vodi i nižim alkoholima. Mogu se dobiti jednostavnim kuhanjem berilijum hidroksida ili oksida sa karboksilnom kiselinom. Struktura takvih jedinjenja sadrži centralni atom kiseonika, tetraedarski okružen sa četiri atoma berilija. Na šest ivica ovog tetraedra nalazi se šest premošćujućih acetatnih grupa raspoređenih na takav način da svaki atom berilija ima tetraedarsko okruženje od četiri atoma kiseonika. Acetatno jedinjenje se topi na 285 ° C i ključa na 330 ° C. Otporno je na toplotu i oksidaciju u blagim uslovima, polako se hidrolizuje toplom vodom, ali se brzo razlaže mineralnim kiselinama da bi se formirala odgovarajuća so berilijum i slobodna karboksilna kiselina. kiselina.

Berilijum nitrat Be(NO 3) 2 u normalnim uslovima postoji u obliku tetrahidrata. Vrlo je rastvorljiv u vodi, higroskopan. Na 60–100°C nastaje hidroksonitrat promjenjivog sastava. Na višim temperaturama razlaže se do berilijum oksida.

Osnovni nitrat ima strukturu sličnu karboksilatima sa premošćujućim nitratnim grupama. Ovo jedinjenje nastaje otapanjem berilij hlorida u mešavini N 2 O 4 i etil acetata sa formiranjem kristalnog solvata, koji se zatim zagreva na 50 °C da bi se dobio bezvodni Be(NO 3) 2 nitrat, koji se brzo razlaže na 125 °C u N 2 O 4 i .

Jedinjenja berilijuma. Za berilijum su poznata brojna jedinjenja koja sadrže veze berilij-ugljik. BeR 2 jedinjenja, gdje je R alkil, su kovalentna i imaju polimernu strukturu. (CH 3) 2 Be jedinjenje ima lančanu strukturu sa tetraedarskim rasporedom metil grupa oko atoma berilija. Lako se sublimira kada se zagreje. U paru postoji kao dimer ili trimer.

Jedinjenja R 2 Be spontano se pale na vazduhu i u atmosferi ugljen-dioksida, burno reaguju sa vodom i alkoholima, daju stabilne komplekse sa aminima, fosfinima i etrima.

R 2 Be se sintetiše interakcijom berilijum hlorida sa organomagnezijum jedinjenjima u etru ili metalnom berilijumu sa R ​​2 Hg. Za dobijanje (C 6 H 5) 2 Be i (C 5 H 5) 2 Be koristi se reakcija berilijum hlorida sa odgovarajućim derivatima alkalnih elemenata.

Pretpostavlja se da su jedinjenja sastava RBeX (X je halogen, OR, NH 2, H) R 2 Be. BeX2. Oni su manje reaktivni, posebno na njih ne djeluje ugljični dioksid.

Organoberilijeva jedinjenja se koriste kao katalizatori za dimerizaciju i polimerizaciju olefina, kao i za proizvodnju metala berilija visoke čistoće.

Biološka uloga berilija.

Berilijum nije biološki važan hemijski elementi. Istovremeno, povećani sadržaj berilija je opasan po zdravlje. Jedinjenja berilijuma su veoma toksična, posebno u obliku prašine i dima, imaju alergijsko i kancerogeno dejstvo, iritiraju kožu i sluzokožu. Ako uđe u pluća, može izazvati hroničnu bolest - beriliozu (plućnu insuficijenciju). Bolesti pluća, kože i sluzokože mogu se javiti 10-15 godina nakon prestanka izlaganja berilijumu.

Vjeruje se da su toksična svojstva ovog elementa povezana sa sposobnošću Be(II) da zamijeni Mg(II) u enzimima koji sadrže magnezij, zbog njegove jače koordinacione sposobnosti.

Elena Savinkina

Berilijum je hemijski element sa simbolom Be i atomskim brojem 4. To je relativno redak element u svemiru, koji se obično nalazi kao proizvod fisije velikih atomskih jezgara koje se sudaraju sa kosmičkim zracima. U jezgri zvijezda, berilij je iscrpljen jer se stapa i stvara veće elemente. To je dvovalentni element koji se prirodno pojavljuje samo u kombinaciji s drugim elementima u mineralima. Značajno drago kamenje koje sadrži berilij uključuje beril (akvamarin, smaragd) i krizoberil. Kao slobodan element, berilij je jak, lagan i krh zemnoalkalni metal boje čelika. Berilijum poboljšava mnoge fizička svojstva druge supstance kada se dodaju kao legirajući element aluminijumu, bakru (posebno legura berilijum bakra), gvožđu i niklu. Berilijum ne stvara okside dok ne dostigne veoma visoke temperature. Alati napravljeni od legura berilijum bakra su jaki i tvrdi i ne stvaraju iskre kada se udare o čeličnu površinu. U strukturalnim aplikacijama, kombinacija visoke krutosti na savijanje, termičke stabilnosti, toplotne provodljivosti i niske gustine (1,85 puta veće od vode) čini metal berilijuma poželjnim vazduhoplovnim materijalom za avione, rakete, svemirske letelice i satelitske komponente. Zbog svoje male gustine i atomske mase, berilij je relativno transparentan za rendgenske zrake i druge oblike jonizujućeg zračenja; stoga je to najčešći materijal za staklo za rendgensku opremu i komponente detektora čestica. Visoka toplotna provodljivost berilija i berilijum oksida dovela je do njihove upotrebe u uređajima za kontrolu temperature. Komercijalna upotreba berilijuma zahteva odgovarajuću opremu za kontrolu prašine i industrijsku kontrolu u svakom trenutku zbog toksičnosti inhalacione prašine koja sadrži berilijum, što može izazvati hroničnu, po život opasnu alergijsku bolest kod nekih ljudi zvanu berilioza.

Karakteristike

Physical Properties

Berilijum je tvrdi metal boje čelika koji je krt na sobnoj temperaturi i ima zbijenu heksagonalnu kristalnu strukturu. Ima izuzetnu krutost (Youngov modul 287 GPa) i prilično visoku tačku topljenja. Modul elastičnosti berilija je oko 50% veći od čelika. Kombinacija ovog modula i relativno male gustine rezultira neobično velikom brzinom zvuka u berilijumu, oko 12,9 km/s u sobnim uslovima. Ostala značajna svojstva berilijuma su visoka specifična toplota (1925 J kg-1 K-1) i toplotna provodljivost (216 W m-1 K-1), što čini berilijum metalom sa najboljim karakteristikama prenosa toplote po jedinici mase. U kombinaciji sa relativno niskim koeficijentom linearnog termičkog širenja (11,4 × 10-6 K-1), ove karakteristike rezultiraju jedinstvenom stabilnošću berilijuma u uslovima toplotnog naprezanja.

nuklearna svojstva

Berilijum koji se pojavljuje u prirodi, osim male kontaminacije kosmogenim radioizotopa, je izotopski čisti berilij-9, koji ima nuklearni spin od 3/2. Berilijum ima veliki poprečni presek rasejanja za neutrone visoke energije, oko 6 bara za energije iznad oko 10 keV. Zbog toga radi kao reflektor neutrona i moderator neutrona, efektivno usporavajući neutrone do raspona toplotne energije ispod 0,03 eV, gdje je ukupni poprečni presjek barem red veličine manji - tačna vrijednost u velikoj mjeri ovisi o čistoći i veličini kristalita u materijalu. Jedini primordijalni izotop berilijuma, 9Be, takođe prolazi kroz (n,2n) neutronsku reakciju sa energijama neutrona većim od 1,9 MeV, stvarajući 8Be, koji se skoro odmah raspada na dve alfa čestice. Dakle, za neutrone visoke energije, berilij je multiplikator neutrona koji oslobađa više neutrona nego što ih apsorbuje. Ova nuklearna reakcija:

94Be + N → 2 (42He) + 2n

Neutroni se oslobađaju kada su jezgre berilija pogođene energetskim alfa česticama, stvarajući nuklearnu reakciju.

94Be + 42He → 126C + N

gdje je 42He alfa čestica, a 126C jezgro ugljika-12. Berilijum takođe oslobađa neutrone kada je bombardovan gama zracima. Stoga je prirodni berilij, bombardiran alfa ili gama iz odgovarajućeg radioizotopa, ključna komponenta većine radioaktivnih izotopa nuklearnih reakcijskih neutronskih izvora za laboratorijsku proizvodnju slobodnih neutrona. Ne veliki broj tricij se oslobađa kada jezgra 94Be apsorbiraju niskoenergetske neutrone u nuklearnoj reakciji u tri koraka

94Be + N → 42He + 62He, 62He → 63Li + Β-, ​​63Li + N → 42He + 31H

Imajte na umu da 62He ima poluživot od samo 0,8 sekundi, β- je elektron, a 63Li ima veliki presjek apsorpcije neutrona. Tricij je radioizotop koji izaziva zabrinutost u smislu otpada nuklearnih reaktora. Kao metal, berilij je transparentan za većinu talasnih dužina rendgenskih i gama zraka, što ga čini korisnim za izlazne prozore rendgenskih cijevi i drugih sličnih uređaja.

Izotopi i nukleosinteza

U zvijezdama se stvaraju i stabilni i nestabilni izotopi berilija, ali su radioizotopi kratkog vijeka. Vjeruje se da je većina stabilnog berilija u svemiru izvorno stvorena u međuzvjezdanom mediju kada su kosmičke zrake izazvale fisiju u težim elementima koji se nalaze u međuzvjezdanom plinu i prašini. Primordijalni berilij sadrži samo jedan stabilan izotop, 9Be, i stoga je berilij monoizotopni element. Radioaktivni kosmogeni 10Be nastaje u Zemljinoj atmosferi cijepanjem kisika kosmičkim zracima. 10Be se akumulira na površini tla, gdje njegovo relativno dugo vrijeme poluraspada (1,36 miliona godina) omogućava ovom elementu da ostane u ovom stanju dugo vremena prije nego što se raspadne u bor-10. Tako se 10Be i njegovi potomci koriste za proučavanje prirodne erozije tla, formiranje tla i razvoj lateritnog tla, te mjerenje promjena u solarnoj aktivnosti i starosti ledenih jezgara. Proizvodnja 10Be obrnuto je proporcionalna solarnoj aktivnosti, budući da povećanje sunčevog vjetra tokom perioda visoke solarne aktivnosti smanjuje tok galaktičkih kosmičkih zraka koji dopiru do Zemlje. Nuklearne eksplozije također stvaraju 10Be reakcijom brzih neutrona sa 13C u ugljičnom dioksidu u zraku. Ovo je jedan od pokazatelja prošlih aktivnosti u postrojenjima za nuklearno oružje. Izotop 7Be (vrijeme poluraspada 53 dana) je također kosmogen i pokazuje obilje atmosferskih pjega povezanih sa sunčevim pjegama slično kao 10Be. 8Be ima vrlo kratko vrijeme poluraspada, oko 7 × 10-17 s, što doprinosi njegovoj značajnoj kosmološkoj ulozi, budući da elementi teži od berilija nisu mogli nastati nuklearnom fuzijom u Velikom prasku. To je zbog nedostatka dovoljno vremena tokom faze nukleosinteze Velikog praska za proizvodnju ugljika fuzijom jezgri 4He i vrlo niske koncentracije dostupnog berilija-8. Britanski astronom Sir Fred Hoyle prvi je pokazao da nivoi energije 8Be i 12C omogućavaju dobijanje ugljenika takozvanim trostrukim alfa procesom u zvijezdama koje sadrže helijum, gdje je dostupno više vremena za nukleosintezu. Ovaj proces omogućava proizvodnju ugljenika u zvijezdama, ali ne u Velikom prasku. Tako je ugljik stvoren od zvijezda (osnova života ugljika) komponenta u elementima plina i prašine koje izbacuju asimptotske džinovske granaste zvijezde i supernove (vidi također nukleosinteza Velikog praska), kao i stvaranje svih drugih elemenata s atomskim brojevima veći od ugljenika. 2s elektroni berilijuma mogu olakšati hemijsko povezivanje. Dakle, kada se 7Be raspadne hvatanjem L-elektrona, to čini uzimajući elektrone sa njihovih atomskih orbitala koji mogu učestvovati u vezivanju. Ovo uzrokuje da brzina njegovog raspada u mjerljivom stepenu zavisi od njegovog hemijskog okruženja - što je retka pojava u raspadu jezgara. Najkraće živi izotop berilijuma poznat je 13Be, koji se raspada zbog neutronskog zračenja. Ima poluživot od 2,7×10-21 s. 6Be je također vrlo kratkog vijeka, s vremenom poluraspada od 5,0×10-21 s. Poznato je da egzotični izotopi 11Be i 14Be imaju nuklearni oreol. Ovaj fenomen se može razumjeti, budući da jezgra 11Be i 14Be imaju 1 i 4 neutrona, respektivno, koji rotiraju gotovo izvan klasičnog Fermijevog modela.

Prevalencija

Sunce ima koncentraciju berilija od 0,1 dio na milijardu (ppb). Berilijum ima koncentraciju od 2 do 6 delova na milion (ppm) u zemljinoj kori. Najviše je koncentrisano u zemljištu, 6 ppm. Količine 9Be u tragovima nalaze se u Zemljinoj atmosferi. Koncentracija berilija u morskoj vodi je 0,2-0,6 dijelova po trilijunu. Međutim, u tekućoj vodi, berilij je u većoj količini i ima koncentraciju od 0,1 ppm. Berilijum se nalazi u preko 100 minerala, ali većina je rijetka. Češći minerali koji sadrže berilijum su: bertrandit (Be4Si2O7(OH)2), beril (Al2Be3Si6O18), krizoberil (Al2BeO4) i fenakit (Be2SiO4). Dragocjeni oblici berila su akvamarin, crveni beril i smaragd. Zelena boja u visokokvalitetnim oblicima berila povezana je s različitim količinama hroma (oko 2% za smaragd). Dvije glavne rude berilijuma, beril i bertranit, nalaze se u Argentini, Brazilu, Indiji, Madagaskaru, Rusiji i Sjedinjenim Državama. Ukupne svjetske rezerve rude berilijuma su više od 400.000 tona Berilijum je sastavni dio duvanskog dima.

Proizvodnja

Ekstrakcija berilija iz njegovih spojeva je težak proces zbog njegovog visokog afiniteta prema kisiku na povišenim temperaturama i njegove sposobnosti da reducira vodu kada se oksidni film ukloni. Sjedinjene Američke Države, Kina i Kazahstan su jedine tri zemlje koje se bave komercijalnim iskopavanjem berilija. Berilijum se najčešće ekstrahuje iz minerala berila, koji se ili sinteruje pomoću ekstraktanta ili topi u rastvorljivu smešu. Proces sinterovanja uključuje miješanje berila sa natrijum fluorosilikatom i sodom na 770 °C (1420 °F) kako bi se formirao natrijum fluoroberilat, glinica i silicijum dioksid. Berilijum hidroksid se taloži iz rastvora natrijum fluoroberilata i natrijum hidroksida u vodi. Ekstrakcija berilijuma metodom topljenja uključuje mljevenje berila u prah i zagrijavanje na 1650 °C (3000 °F). Rastvor se brzo ohladi vodom, a zatim ponovo zagrije na 250-300 °C (482-557 °F) u koncentrovanoj sumpornoj kiselini, uglavnom proizvodeći berilijum sulfat i aluminijum sulfat. Vodeni amonijak se zatim koristi za uklanjanje aluminija i sumpora, ostavljajući berilijum hidroksid. Berilijum hidroksid, stvoren metodom sinterovanja ili topljenja, zatim se pretvara u berilijum fluorid ili berilijum hlorid. Da bi se formirao fluorid, vodeni amonijum fluorid se dodaje berilijum hidroksidu da bi se dobio precipitat amonijum tetrafluoroberilata, koji se zagreva na 1000 °C (1830 °F) da bi se formirao berilijum fluorid. Zagrevanje fluorida na 900 °C (1.650 °F) sa magnezijumom proizvodi fino dispergovani berilij, a dodatno zagrevanje na 1300 °C (2.370 °F) stvara kompaktni metal. Zagrevanjem berilijum hidroksida formira se oksid, koji se u kombinaciji sa ugljenikom i hlorom pretvara u berilijum hlorid. Elektroliza rastopljenog berilij hlorida se zatim koristi za proizvodnju metala.

Hemijska svojstva

Hemijsko ponašanje berilija je uglavnom rezultat njegovih malih atomskih i jonskih radijusa. Dakle, ima vrlo visok potencijal ionizacije i jaku polarizaciju kada je u kombinaciji s drugim atomima, tako da su svi njegovi spojevi kovalentni. Hemijski je sličniji aluminijumu od njegovih bliskih susjeda u periodnom sistemu zbog činjenice da ima isti omjer "naboja prema radijusu". Oko berilija se formira oksidni sloj koji sprečava dalje reakcije sa vazduhom osim ako se supstanca ne zagreje iznad 1000 °C. Kada se zapali, berilij gori briljantnom vatrom, stvarajući mješavinu berilijum oksida i berilijum nitrida. Berilijum se lako otapa u neoksidirajućim kiselinama kao što su HCl i razrijeđeni H2SO4, ali ne u dušičnoj kiselini ili vodi, jer u ovom procesu nastaje oksid. Ovo je slično ponašanju aluminijuma. Berilijum se takođe rastvara u alkalnim rastvorima. Atom berilija ima elektronsku konfiguraciju 2s2. Dva valentna elektrona daju beriliju a+2 oksidaciono stanje i otuda sposobnost da formira dve kovalentne veze; jedini dokaz niže valencije berilija je rastvorljivost metala u BeCl2. Zbog pravila okteta, atomi imaju tendenciju da pronađu valenciju od 8 kako bi ličili na plemeniti plin. Berilijum pokušava da dostigne koordinacioni broj od 4 jer njegove dve kovalentne veze ispunjavaju polovinu tog okteta. Tetrakoordinacija omogućava jedinjenjima berilijuma kao što su fluorid ili hlorid da formiraju polimere. Ova karakteristika se koristi u analitičkim metodama koje koriste EDTA (etilendiamintetrasirćetnu kiselinu) kao ligand. EDTA prvenstveno formira oktaedarske komplekse, uklanjajući na taj način druge katjone, kao što je Al3+, koji mogu ometati, na primjer, ekstrakciju rastvaračem kompleksa formiranog između Be2+ i acetilacetona. Berilijum(II) lako formira komplekse sa jakim donorskim ligandima kao što su fosfin oksidi i oksidi arsina. Na ovim kompleksima su sprovedena opsežna istraživanja koja pokazuju stabilnost O-Be veze. Otopine soli berilijuma, kao što su berilijum sulfat i berilijum nitrat, kisele su zbog hidrolize 2+ 2+ + H2O ⇌ + + H3O + Ostali proizvodi hidrolize uključuju trimerni jon 3+. Berilijum hidroksid, Be(OH)2, nerastvorljiv je čak i u kiselim rastvorima sa pH manjim od 6, odnosno pri biološkom pH. Amfoterno je i rastvara se u jako alkalnim rastvorima. Berilijum formira binarna jedinjenja sa mnogim nemetalima. Bezvodni halogenidi su poznati po F, Cl, Br i I. BeF2 ima strukturu sličnu silicijum dioksidu sa četiri tetraedra koji dijele uglove. BeCl2 i BeBr2 imaju lančane strukture sa rubnim tetraedrima. Svi berilijum halogenidi imaju linearnu monomernu molekularnu strukturu u gasnoj fazi. Berilijum difluorid, BeF2, razlikuje se od ostalih difluorida. Općenito, berilij ima tendenciju da se veže kovalentno, mnogo više od ostalih zemnoalkalnih metala, a njegov fluorid je djelomično kovalentan (iako je jonskiji od ostalih halogenida). BeF2 ima mnogo zajedničkog sa SiO2 (kvarc), uglavnom sa kovalentno vezanom mrežom. BeF2 ima tetraedarski koordiniran metal i formira stakla (teška za kristalizaciju). U svom kristalnom obliku, berilijum fluorid ima istu kristalnu strukturu na sobnoj temperaturi kao i kvarc, a takođe ima mnogo visokotemperaturnih struktura. Berilijum difluorid je veoma rastvorljiv u vodi, za razliku od drugih difluorida zemnoalkalnih metala. (Iako su jako jonski, ne rastvaraju se zbog posebno jake energije rešetke strukture fluorita). Međutim, BeF2 ima mnogo nižu električnu provodljivost kada je u rastvoru ili otopljen nego što bi se očekivalo da je potpuno jonski. Berilijum oksid, BeO, je bijela vatrostalna čvrsta supstanca koja ima kristalnu strukturu vurcita i toplinsku provodljivost veću od nekih metala. BeO je amfoteričan. Berilijumove soli se mogu dobiti tretiranjem Be(OH) 2 kiselinom. Poznati su berilijum sulfid, selenid i telurid, koji svi imaju sfaleritnu strukturu. Berilijum nitrid, Be3N2, je jedinjenje visoke tačke topljenja koje se lako hidrolizuje. Poznati su berilijum-azid, BeN6, i berilijum-fosfid, Be3P2, koji ima strukturu sličnu Be3N2. Osnovni berilijum nitrat i bazični berilijum acetat imaju slične tetraedarske strukture sa četiri atoma berilija koordinisanih sa centralnim oksidnim jonom. Poznat je veliki broj borida berilijuma, kao što su Be5B, Be4B, Be2B, BeB2, BeB6 i BeB12. Berilijum karbid, Be2C, je vatrostalno jedinjenje crvene cigle koje reaguje sa vodom i proizvodi metan. Berilijum silicid nije identifikovan.

Priča

Mineral beril, koji sadrži berilij, bio je u upotrebi barem od vladavine dinastije Ptolomeja u Egiptu. U prvom veku nove ere Rimski prirodnjak Plinije Stariji spomenuo je u svojoj enciklopediji "Prirodna istorija" sličnost između berila i smaragda ("smaragdus"). Papirus Graecus Holmiensis, napisan u trećem ili četvrtom veku nove ere, sadrži beleške o tome kako da se pripreme veštački smaragd i beril. Rane analize smaragda i berila Martina Heinricha Klaprotha, Thorberna Olofa Bergmanna, Franza Karla Acharda i Johanna Jakoba Bindheima uvijek su davale slične elemente, što je dovelo do pogrešnog zaključka da su obje tvari aluminijski silikati. Mineralog René Just Haüy otkrio je da su oba kristala geometrijski identična i zatražio je od hemičara Louis-Nicolasa Vauquelina da izvrši hemijsku analizu. U radu iz 1798. pročitanom na Institutu de France, Vauquelin je izvijestio da je pronašao novu "zemlju" rastvaranjem smaragdnog i beril aluminijum hidroksida u dodatnoj lužini. Urednici časopisa Annales de Chimie et the Physique nazvali su novu zemlju "glucin" zbog slatkog ukusa nekih njegovih jedinjenja. Klaproth je preferirao naziv "berilin" zbog činjenice da je itrijum također formirao slatke soli. Naziv "berilij" prvi je upotrebio Wöhler 1828. Friedrich Wöhler bio je jedan od naučnika koji su nezavisno izolovali berilijum. Friedrich Wöhler i Antoine Bussy su nezavisno izolovali berilij 1828. godine hemijskom reakcijom metalnog kalijuma sa berilij hloridom, kako slijedi:

BeCl2 + 2K → 2KCl +

Koristeći alkoholnu lampu, Wöhler je zagrijao naizmjenične slojeve berilij hlorida i kalijum hlorida u platinastom lončiću sa žičanim krugom. Gornja reakcija se odmah dogodila i uzrokovala je da lončić pobijeli. Nakon hlađenja i pranja nastalog sivo-crnog praha, naučnik je vidio da se supstanca sastoji od malih čestica s tamnim metalnim sjajem. Visoko reaktivni kalijum dobijen je elektrolizom njegovih spojeva, a ovaj proces je otkriven prije 21 godinu. Hemijska metoda, korištenjem kalija, proizvela je samo mala zrnca berilijuma, od kojih je bilo nemoguće izliti ili zakucati ingot metala. Direktna elektroliza rastopljene mješavine beril fluorida i natrijum fluorida koju je proveo Paul Lebo 1898. godine dovela je do formiranja prvih čistih (99,5 - 99,8%) uzoraka berilija. Prva reklama uspješan proces Proizvodnju berilijuma razvili su 1932. Alfred Fonda i Hans Goldschmidt. Proces uključuje elektrolizu mješavine berilij fluorida i barija, što uzrokuje da se rastopljeni berilij skuplja na katodi hlađenoj vodom. Uzorak berilija bombardiran je alfa zracima raspada radijuma u eksperimentu Jamesa Chadwicka iz 1932. koji je otkrio postojanje neutrona. Ova ista tehnika se koristi u jednoj klasi laboratorijskih neutronskih izvora zasnovanih na radioizotopima, koji proizvode 30 neutrona na svaki milion alfa čestica. Proizvodnja berilijuma je naglo porasla tokom Drugog svetskog rata zbog sve veće potražnje za tvrdim legurama berilijuma i bakra i fosfora za fluorescentne lampe. Većina ranih fluorescentnih lampi koristila je cink ortosilikat sa različitim količinama berilija, koji je emitovao zelenkasto svjetlo. Mali dodaci magnezijum volframata poboljšali su plavi kraj spektra da bi dali prihvatljivo bijelo svjetlo. Fosfori na bazi berilijuma zamenjeni su halofosfatnim fosforima nakon što se pokazalo da je berilijum toksičan. Elektroliza mješavine beril fluorida i natrijum fluorida korištena je za izolaciju berilijuma tokom 19. stoljeća. Visoka tačka topljenja metala čini ovaj proces energetski intenzivnijim od odgovarajućih procesa koji se koriste za alkalne metale. Početkom 20. stoljeća, proizvodnja berilijuma termičkom razgradnjom berilijum jodida istražena je nakon uspjeha sličnog procesa za proizvodnju cirkonija, ali se taj proces pokazao neekonomičnim za masovnu proizvodnju. Čisti berilij metal nije bio lako dostupan sve do 1957. godine, iako je korišćen kao legirajući metal za očvršćavanje bakra mnogo ranije. Berilijum se može dobiti redukcijom jedinjenja berilijuma kao što je berilijum hlorid metalnim kalijem ili natrijem. Trenutno se većina berilija dobija redukcijom berilijum fluorida prečišćenim magnezijumom. Godine 2001. cijena ingota od berilija na američkom tržištu bila je oko 338 dolara po funti (745 dolara po kilogramu). Između 1998. i 2008. svjetska proizvodnja berilija smanjena je sa 343 tone na 200 tona, od čega je 176 tona (88%) došlo iz Sjedinjenih Država.

Etimologija

Rani prethodnici riječi berilij mogu se pratiti do mnogih jezika, uključujući latinski Beryllus; French Bery; grčki βήρυλλος, bērullos, beril; Prakrit veruliya (वॆरुलिय); Pāli veḷuriya (वेलुरिय), veḷiru (भेलिरु) ili viḷar (भिलर्) - "poblijediti", u odnosu na blijedi beril polukamen. Originalni izvor je vjerovatno sanskritska riječ वैडूर्य (vaiduriya), koja je dravidskog porijekla i može biti povezana s imenom modernog grada Belura. Oko 160 godina, berilij je bio poznat i kao glucin ili glucinijum (sa pratećim hemijskim simbolom "Gl" ili "G"). Naziv potiče od grčke reči za slatkoću: γλυκυς, zbog slatkog ukusa soli berilijuma.

Prijave

prozori za zračenje

Zbog niskog atomskog broja i vrlo niske apsorpcije rendgenskih zraka, najstarija i još uvijek jedna od najvažnijih upotreba berilija je u prozorima za zračenje za rendgenske cijevi. Ekstremni zahtjevi se postavljaju na čistoću berilija kako bi se izbjegla pojava artefakata na rendgenskim zracima. Tanka berilijumska folija se koristi kao prozori za zračenje za detektore rendgenskih zraka, a izuzetno niska apsorpcija minimizira efekte zagrijavanja uzrokovane rendgenskim zracima visokog intenziteta, niske energije karakterističnim za sinhrotronsko zračenje. Vakum-nepropusni prozori i zračne cijevi za eksperimente radijacije na sinhrotronima izrađeni su isključivo od berilija. U naučnim postavkama za različite rendgenske studije (npr. energetska disperzivna rendgenska spektroskopija), držač uzorka je obično napravljen od berilijuma, budući da njegovi emitovani rendgenski zraci imaju mnogo nižu energiju (~100 eV) od onih kod većine proučavanih materijala. Nizak atomski broj takođe čini berilij relativno transparentnim za energetske čestice. Stoga se koristi za konstrukciju zračne cijevi oko područja sudara u objektima fizike čestica kao što su sva četiri glavna eksperimentalna detektora na Velikom hadronskom sudaraču (ALICE, ATLAS, CMS, LHCb), Tevatron i SLAC. Berilijumova niska gustina omogućava produktima sudara da stignu do okolnih detektora bez značajne interakcije, njegova krutost mu omogućava da stvori snažan vakuum unutar cevi kako bi se smanjila interakcija sa gasovima, njegova termička stabilnost omogućava da normalno funkcioniše na temperaturama samo nekoliko stepeni iznad apsolutne nule, i njegova dijamagnetna priroda sprečava ometanje složenih višepolnih magnetnih sistema koji se koriste za kontrolu i fokusiranje snopa čestica.

Mehaničke primjene

Zbog svoje krutosti, male mase i stabilnosti dimenzija u širokom temperaturnom rasponu, metalni berilij se koristi za lake strukturne komponente u odbrambenoj i svemirskoj industriji na brzim avionima, vođenim projektilima, svemirskim letjelicama i satelitima. Nekoliko raketa na tečno gorivo koristilo je raketne mlaznice od čistog berilijuma. Berilijum u prahu je i sam proučavan kao raketno gorivo, ali do ove upotrebe nikada nije došlo. Mali broj ekstremno visokokvalitetnih okvira za bicikle napravljen je od berilijuma. Od 1998. do 2000. McLaren Formula One tim je koristio Mercedes-Benz motore sa klipovima od berilijumske legure aluminijuma. Upotreba komponenti motora od berilijuma zabranjena je nakon protesta Scuderia Ferrari. Miješanjem oko 2,0% berilija u bakru rezultirala je legura zvana berilijum bakar, koja je šest puta jača od samog bakra. Berilijumske legure imaju brojne primjene zbog svoje kombinacije elastičnosti, visoke električne i toplinske provodljivosti, visoke čvrstoće i tvrdoće, nemagnetnih svojstava i dobre otpornosti na koroziju i otpornosti na žilavost. Ove primjene uključuju instrumente bez varničenja koji se koriste u blizini zapaljivih plinova (berilij nikal), u oprugama i dijafragmama (berilij nikl i berilijum gvožđe) koji se koriste u hirurškim instrumentima i visokotemperaturnim uređajima. Manje od 50 ppm berilijuma legiranog tečnim magnezijumom rezultira značajnim povećanjem otpornosti na oksidaciju i smanjenom zapaljivošću. Visoka elastična krutost berilijuma dovela je do njegove široke upotrebe u preciznim mjernim instrumentima, kao što su inercijski sistemi za vođenje i potporni mehanizmi za optičke sisteme. Legure berilijum-bakar su takođe korišćene kao učvršćivač u "Jason gunsima", koji su korišćeni za skidanje boje sa brodskih trupa. Berilijum se takođe koristio za konzole u kertridžima visokih performansi, gde je njegova ekstremna krutost i niska gustina omogućila da težina praćenja bude čak 1 gram, ali i dalje praćenje kanala visoke frekvencije uz minimalno izobličenje. Prva velika upotreba berilija je u kočnicama vojnih aviona zbog njegove tvrdoće, visoke tačke topljenja i izuzetne sposobnosti odvođenja toplote. Zbog zabrinutosti za okoliš, berilij je zamijenjen drugim materijalima. Kako bi se smanjili troškovi, berilij se može dopirati značajnom količinom aluminija, što rezultira AlBeMet (trgovački naziv) legurom. Ova mješavina je jeftinija od čistog berilijuma, a zadržava mnoga korisna svojstva berilija.

Ogledala

Berilijumska ogledala su od posebnog interesa. Ogledala velike površine, često sa nosećom strukturom u obliku saća, koriste se, na primjer, u meteorološkim satelitima gdje su mala masa i dugoročna prostorna stabilnost kritični faktori. Manja berilijumska ogledala se koriste u optičkim sistemima navođenja i u sistemima za kontrolu vatre kao što su nemački tenkovi Leopard 1 i Leopard 2. Ovi sistemi zahtevaju veoma brzo kretanje ogledala, što takođe zahteva malu masu i veliku krutost. Obično berilijumsko ogledalo ima tvrdi sloj nikla koji je lakše polirati do tanjeg optičkog premaza nego berilij. Međutim, u nekim aplikacijama, berilijumski blank se polira bez ikakvog premaza. Ovo je posebno primjenjivo na kriogene primjene gdje neusklađenost toplinske ekspanzije može dovesti do savijanja premaza. Svemirski teleskop James Webb će imati 18 heksagonalnih segmenata berilija u svojim ogledalima. Budući da će se ovaj teleskop suočiti s temperaturom od 33 K, ogledalo je napravljeno od pozlaćenog berilija, koji može podnijeti ekstremnu hladnoću bolje od stakla. Berilijum se skuplja i deformiše manje od stakla i ostaje ujednačeniji na ovim temperaturama. Iz istog razloga, optika svemirskog teleskopa Spitzer je u potpunosti napravljena od metala berilija.

Magnetne aplikacije

Berilijum je nemagnetičan. Stoga pomorski ili vojni timovi koriste alate napravljene od materijala na bazi berilijuma za uništavanje municije za rad na pomorskim minama ili blizu njih, budući da ove mine obično imaju magnetne fitilje. Oni se takođe nalaze u materijalima za popravke i građevinski materijal u blizini uređaja za snimanje magnetnom rezonancom (MRI) zbog velikih generisanih magnetnih polja. U oblasti radio komunikacija i radara velike snage (obično vojnih) ručni alati od berilijuma se koriste za podešavanje visoko magnetnih klistrona, magnetrona, putujućih talasnih cevi, itd., koji se koriste za generisanje visokih nivoa mikrotalasne snage u predajnicima.

Nuklearne aplikacije

Tanke ploče ili folije od berilijuma se ponekad koriste u dizajnu nuklearnog oružja kao krajnji sloj plutonijumskih jama u primarnim fazama fuzionih bombi postavljenih oko fisijskog materijala. Ovi slojevi berilijuma su dobri "gurači" za imploziju plutonijuma-239, kao i dobri reflektori neutrona, baš kao u nuklearnim reaktorima berilijuma. Berilijum se također široko koristi u nekim izvorima neutrona u laboratorijskim uređajima koji zahtijevaju relativno malo neutrona (umjesto upotrebe nuklearnog reaktora ili neutronskog generatora akceleratora čestica). U tu svrhu, berilijum-9 se bombarduje energetskim alfa česticama iz radioizotopa kao što je polonijum-210, radijum-226, plutonijum-238 ili americij-241. U nuklearnoj reakciji koja se odvija, jezgro berilija se pretvara u ugljik-12, emituje se jedan slobodni neutron koji se kreće u približno istom smjeru kao i alfa čestica. Takve rane atomske bombe korištene su u izvorima neutrona tipa berilijum koji se nazivaju inicijatori neutrona tipa "jež". Neutronski izvori u kojima je berilij bombardiran gama zračenjem iz radioizotopa gama raspada također se koriste za stvaranje laboratorijskih neutrona. Berilijum se takođe koristi za proizvodnju goriva za CANDU reaktore. Gorivne ćelije imaju male otporne dodatke zalemljene na oblogu goriva pomoću procesa indukcijskog lemljenja koristeći Be kao materijal za lemljenje za punjenje. Jastučići ležaja su zalemljeni kako bi se spriječilo da snop goriva dođe u kontakt s usponom cijevi, a međuelementni odstojni jastučići su zalemljeni kako bi se spriječio kontakt elemenata. Berilijum se takođe koristi u Torusu, zajedničkom evropskom istraživačkom laboratoriju nuklearne fuzije, a koristiće se i u naprednijem ITER-u za proučavanje komponenti koje se sudaraju sa plazmom. Berilijum je takođe predložen kao materijal za oblaganje štapova nuklearnog goriva zbog dobre kombinacije mehaničkih, hemijskih i nuklearnih svojstava. Beril fluorid je jedna od konstitutivnih soli FLiBe eutektičke mješavine soli, koja se koristi kao rastvarač, moderator i rashladno sredstvo u mnogim hipotetičkim dizajnima reaktora sa rastopljenom soli, uključujući i tekući fluorid torijumski reaktor (LFTR).

Akustika

Mala težina berilijuma i velika krutost čine ga korisnim kao materijal za visokotonce. Budući da je berilijum skup (mnogo puta skuplji od titanijuma), teško se formira zbog svoje krhkosti i otrovan ako se zloupotrebljava, berilijumski visokotonci se koriste samo u vrhunskim kućama, profesionalnim audio sistemima i aplikacijama za razglas. Za neke visokokvalitetne proizvode se lažno tvrdilo da su napravljeni od ovog materijala. Neki visokokvalitetni fonografski ulošci koristili su berilijumske konzole za poboljšanje praćenja smanjenjem mase.

Elektronika

Berilijum je dodatak p-tipa u jedinjenim poluprovodnicima III-V. Široko se koristi u materijalima kao što su GaAs, AlGaAs, InGaAs i InAlAs koji se uzgajaju epitaksijom molekularnog zraka (MBE). Poprečno valjani berilijski lim je odlična strukturna podrška za štampane ploče u tehnologiji površinske montaže. U kritičnim elektronskim aplikacijama, berilij je i strukturna podrška i hladnjak. Ova primjena također zahtijeva koeficijent toplinske ekspanzije koji je dobro usklađen sa supstratima od glinice i poliimida. Kompozicije berilijum-berilij oksida "E-materijali" su posebno razvijene za ove elektronske aplikacije i imaju dodatnu prednost da se koeficijent termičkog širenja može prilagoditi različitim materijalima podloge. Berilijum oksid je koristan za mnoge primene koje zahtevaju kombinovana svojstva električnog izolatora i odličnog toplotnog provodnika visoke čvrstoće i tvrdoće i veoma visoke tačke topljenja. Berilijum oksid se često koristi kao podloga izolatora u tranzistorima velike snage u RF predajnicima za telekomunikacije. Berilijum oksid se takođe proučava za upotrebu u povećanju toplotne provodljivosti peleta nuklearnog goriva na bazi uranijuma. Jedinjenja berilijuma su korišćena u fluorescentnim lampama, ali je ova upotreba prekinuta zbog bolesti berilijuma koja se razvila među radnicima koji su pravili ove cevi.

zdravstvena zaštita

Sigurnost i zdravlje na radu

Berilijum predstavlja bezbednosnu zabrinutost za radnike koji rukuju ovim elementom. Izloženost berilijumu na radnom mjestu može dovesti do imunološke reakcije senzibilizacije i, s vremenom, može uzrokovati hroničnu bolest berilijuma. Nacionalni institut za sigurnost i zdravlje na radu (NIOSH) u SAD-u istražuje ove efekte u saradnji sa velikim proizvođačem proizvoda od berilijuma. Cilj ovih studija je da se spriječi senzibilizacija razvijanjem boljeg razumijevanja radnih procesa i izloženosti koje mogu predstavljati potencijalni rizik za radnike, te da se razviju efikasne intervencije koje će smanjiti rizik od štetnih efekata na zdravlje od berilija. Nacionalni institut za bezbednost i zdravlje na radu takođe sprovodi genetska istraživanja o pitanjima senzibilizacije, nezavisno od ove saradnje. Priručnik o analitičkim metodama Nacionalnog instituta za sigurnost i zdravlje na radu sadrži metode za mjerenje profesionalne izloženosti berilijumu.

Mere predostrožnosti

Prosječno ljudsko tijelo sadrži oko 35 mikrograma berilija, količinu koja se ne smatra štetnom. Berilijum je hemijski sličan magnezijumu i stoga ga može istisnuti iz enzima, uzrokujući njihov kvar. Budući da je Be2+ visoko nabijen i mali ion, lako može ući u mnoga tkiva i ćelije, gdje posebno cilja na ćelijska jezgra, inhibirajući mnoge enzime, uključujući i one koji se koriste za sintezu DNK. Njegova toksičnost je pogoršana činjenicom da tijelo nema sredstva za kontrolu nivoa berilija, a jednom kada uđe u tijelo, berilij se ne može ukloniti. Hronična berilioza je plućna i sistemska granulomatozna bolest uzrokovana udisanjem prašine ili isparenja kontaminiranih berilijumom; bilo unošenjem velike količine berilijuma na kratko vreme, ili male količine tokom dužeg vremena. Može proći i do pet godina da se razviju simptomi ove bolesti; oko trećine pacijenata oboljelih od berilioze umire, a preživjeli ostaju invalidi. Međunarodna agencija za istraživanje raka (IARC) navodi jedinjenja berilija i berilij kao karcinogene kategorije 1. U SAD-u, Uprava za sigurnost i zdravlje na radu (OSHA) postavila je dozvoljenu granicu izloženosti (PEL) za berilij na radnom mjestu sa ponderiranim prosječno vrijeme (TWA) od 0,002 mg/m3 i konstantna granica izloženosti od 0,005 mg/m3 u trajanju od 30 minuta sa maksimalnom vršnom granicom od 0,025 mg/m3. Nacionalni institut za sigurnost i zdravlje na radu (NIOSH) postavio je preporučenu granicu izloženosti (REL) na konstantnu vrijednost od 0,0005 mg/m3. Vrijednost IDLH (količina koja je neposredno opasna po život i zdravlje) je 4 mg/m3. Toksičnost fino mljevenog berilijuma (prašina ili prah, koji se uglavnom nalazi u industrijskim okruženjima gdje se berilij proizvodi ili prerađuje) je vrlo dobro dokumentirana. Čvrsti metal berilijuma ne predstavlja istu opasnost kao aerosolna prašina, ali svaka opasnost od fizičkog kontakta je slabo dokumentovana. Radnicima koji rukuju gotovim berilijumskim proizvodima općenito se savjetuje da s njima rukuju u rukavicama, kako iz predostrožnosti, tako i zbog toga što mnoge, ako ne i većina upotreba berilijuma ne mogu tolerirati ostatke kontakta s kožom kao što su otisci prstiju. Kratkotrajna bolest berilijuma u obliku hemijskog pneumonitisa prvi put je predstavljena u Evropi 1933. godine iu Sjedinjenim Državama 1943. godine. Istraživanje je pokazalo da je oko 5% radnika u fabrikama koje proizvode fluorescentne lampe 1949. godine u Sjedinjenim Državama patilo od bolesti povezanih s berilijumom. Hronična berilioza je na mnogo načina slična sarkoidozi, a diferencijalna dijagnoza je često teška. Berilijum je bio uzrok smrti nekih od prvih radnika u razvoju nuklearnog oružja, kao što je Herbert L. Anderson. Berilijum se može naći u šljaci uglja. Kada se ova šljaka koristi za izradu abrazivnog reaktora za inkjet boju i kada se na njegovoj površini formira rđa, berilij može postati izvor štetnih efekata.

BERILijum, Be (lat. Beryllium * a. berillium; n. Beryllium; f. berilijum; i. berilio), je hemijski element grupe II periodnog sistema Mendeljejeva, atomski broj 4, atomska masa 9,0122. Ima jedan stabilan izotop 9 Be. Otkrio ga je 1798. godine francuski hemičar L. Vauquelin u obliku BeO oksida izolovanog iz. Metalni berilij su nezavisno nabavili 1828. nemački hemičar F. Wöhler i francuski hemičar A. Bussy.

Svojstva berilija

Berilijum je svijetli, svijetlo sivi metal. Kristalna struktura a-Be (269-1254°C) je heksagonalna; R-Be (1254-1284 °C) - centriran na tijelo, kubičan. 1844 kg/m3, tačka topljenja 1287°C, tačka ključanja 2507°C. Ima najveći toplotni kapacitet od svih metala, 1,80 kJ/kg. K, visoka toplotna provodljivost 178 W/m. K na 50°C, niska električna otpornost (3,6-4,5) . 10 ohma. m na 20°C; koeficijent termičkog linearnog širenja 10,3-13,1 . 10 -6 stepeni -1 (25-100°S). Berilijum je krt metal; udar 10-50 kJ/m 2 . Berilijum ima mali poprečni presek hvatanja toplotnih neutrona.

Hemijska svojstva berilija

Berilijum je tipičan amfoterni element sa visokom hemijskom aktivnošću; kompaktni berilij je stabilan na zraku zbog stvaranja BeO filma; oksidaciono stanje berila je +2.

Jedinjenja berilijuma

Kada se zagrije, spaja se s halogenima i drugim nemetalima. Formira BeO oksid sa kiseonikom, Be 3 N 2 nitrid sa azotom, Be 2 C karbid sa c, BeS sulfid sa c. Rastvorljiv u alkalijama (sa stvaranjem hidrooksoberilata) i većini kiselina. Na visokim temperaturama, berilij reaguje sa većinom metala i formira berilide. Rastopljeni berilij stupa u interakciju sa oksidima, nitridima, sulfidima, karbidima. Od jedinjenja berilijuma najveći industrijski značaj imaju BeO, Be(OH) 2 fluoroberilati, kao što je Na 2 BeF 4 i dr. Otrovni su isparljivi jedinjenja berilija i prašina koja sadrži berilij i njegova jedinjenja.

Berilijum je rijedak (klark 6,10 -4%), tipično litofilni element, karakterističan za kisele i alkalne stijene. Od 55 autohtonih minerala, berilij 50% pripada silikatima i berilijum silikatima, 24% fosfatima, 10% oksidima, ostalo,. Bliskost jonizacionih potencijala određuje afinitet berilija i cinka u alkalnom okruženju, tako da su istovremeno u nekim, a takođe su deo istog minerala -. U neutralnim i kiselim medijima, putevi migracije berilija i cinka naglo se razlikuju. Određena disperzija berilija u stijenama određena je njegovom kemijskom sličnošću sa Al i Si. Ovi elementi su posebno bliski u vidu tetraedarskih grupa BeO 4 6- , AlO 4 5- i SiO 4 4- . U granitima je veći afinitet berilija prema, au alkalnim stijenama - prema. Budući da je zamjena Al 3+ IV sa Be 2+ IV energetski povoljnija od Si 4+ IV sa Be 2+ IV, izomorfna disperzija berilijuma u alkalnim stijenama je po pravilu veća nego u kiselim. Geohemijska migracija berilijuma je povezana sa , sa kojim formira veoma stabilne komplekse BeF 4 2- , BeF 3 1- , BeF 2 0 , BeF 1+ . Sa povećanjem temperature i alkalnosti, ovi kompleksi se lako hidroliziraju u jedinjenja Be(OH)F 0 , Be(OH) 2 F 1- , u obliku kojih migrira berilij.

Za glavne genetske tipove depozita berilija i šeme obogaćivanja, vidi čl. rude berilijuma. U industriji se metalni berilij dobija termičkom redukcijom BeF 2 magnezijumom, berilij visoke čistoće se dobija pretapanjem u vakuumu i vakuum destilacijom.

Primena berilija

Berilijum i njegova jedinjenja se koriste u mašinstvu (preko 70% ukupne potrošnje metala) kao legirajući dodatak legurama na bazi Cu, Ni, Zn, Al, Pb i drugih obojenih metala. U nuklearnoj tehnologiji Be i BeO se koriste kao reflektori i moderatori neutrona, kao i kao izvor neutrona. Mala gustina, visoka čvrstoća i otpornost na toplotu, visok modul elastičnosti i dobra toplotna provodljivost omogućavaju upotrebu berilija i njegovih legura kao konstrukcijskog materijala u avionima, raketama i svemirska tehnologija. Legure berilijuma i berilijum oksida ispunjavaju zahteve za čvrstoću i otpornost na koroziju kao materijali za oblaganje goriva. Berilijum se koristi za izradu prozora za rendgenske cevi, nanošenje čvrstog difuzionog sloja na površinu čelika (berilizacija) i kao dodatak raketnom gorivu. Potrošači Be i BeO su i elektrotehnika i radio elektronika; BeO se koristi kao materijal za kućišta, hladnjake i izolatore poluprovodničkih uređaja. Zbog svoje visoke vatrostalnosti i inertnosti prema većini rastopljenih metala i soli, berilijum oksid se koristi za proizvodnju lonaca i specijalne keramike.

Berilijum (latinski Beryllium, označen simbolom Be) je element sa atomskim brojem 4 i atomskom masom 9,01218. To je element glavne podgrupe druge grupe, drugog perioda periodnog sistema hemijskih elemenata Dmitrija Ivanoviča Mendeljejeva. U normalnim uslovima, berilij je krhak i lagan (gustina mu je 1,846 g/cm3), dovoljno čvrst metal svijetlo siva.

U prirodi postoji samo jedan stabilan izotop ovog elementa - 9Be, ostali prirodni izotopi elementa broj četiri su radioaktivni - 7Be (poluživot 53 dana), 10Be (poluživot 2,5 106 godina). Izotop 8Be odsutan je u prirodi jer je izuzetno nestabilan i ima poluživot od 10-18 sekundi. Zanimljivo je da je berilijum jedini element periodnog sistema koji ima samo jedan stabilan izotop u parnom broju.

Berilijum je poznat čovječanstvu od davnina kao mineral koji sadrži berilij - više od jednog milenijuma ljudi su tražili i razvijali nalazišta akvamarina, smaragda i berila. Tako, na primjer, postoje reference na činjenicu da su čak iu vrijeme faraona u Arapskoj pustinji bili razvijeni rudnici smaragda. Međutim, tek krajem 18. stoljeća bilo je moguće “vidjeti” novi element iza atraktivnog izgleda berila. Kao novi element, berilij je u obliku beril zemlje (BeO oksid) otkrio francuski hemičar Louis Vauquelin 1798. godine. Metalni berilij (u obliku praha) prvi je put dobiven djelovanjem metalnog kalija na berilijum hlorid 1828. godine od strane Friedricha Wöhlera i Antoinea Bussyja nezavisno jedan od drugog, ali je metal sadržavao vrlo veliku količinu nečistoća. Čisti berilij je izolovan tek 1898. godine elektrolizom natrijum berilij fluorida, od strane P. Leboa.

Uprkos činjenici da je element otkriven krajem 18. veka, berilijum je našao pravu upotrebu tek 40-ih godina 20. veka. Element #4 se koristi kao dodatak za legiranje bakra, nikla, magnezijuma, željeza i mnogih drugih legura. Berilijum bronze su veoma izdržljive i koriste se za izradu opruga i drugih kritičnih delova. U pogledu otpornosti na koroziju, čvrstoće i elastičnosti legure berilij-nikla su uporedive sa, a ponekad čak i nadmašuju, visokokvalitetni nerđajući čelici. Legure berilijuma se široko koriste u svemirskoj, raketnoj i vazduhoplovnoj tehnologiji. Berilijum je jedan od najboljih moderatora i reflektora neutrona u nuklearnim reaktorima na visokim temperaturama. Element br. 4 se takođe koristi u drugim oblastima moderne tehnologije, uključujući radio elektroniku, rudarstvo i rendgensku tehnologiju. Jedinjenja berilijuma takođe su našla široku primenu. Na primjer, oksid ovog metala, BeO, koristi se u proizvodnji stakla, obloge indukcijskih peći. Neka jedinjenja berilijuma deluju kao katalizatori u brojnim hemijskim procesima. U budućnosti se berilij smatra visokoenergetskim raketnim gorivom, jer se njegovim sagorevanjem oslobađa ogromna količina toplote (15.000 kcal/kg).

Berilijum se nalazi u tkivima mnogih biljaka i životinja. Iako naučnici tek treba da otkriju biološki značaj ovog elementa, utvrđeno je da učestvuje u razmeni magnezijuma i fosfora u koštanom tkivu. Sa povećanim sadržajem soli berilijuma u organizmu, počinje da se razvija berilijumski rahitis, što dovodi do slabljenja i razaranja kostiju. Većina jedinjenja elementa broj četiri je otrovna. Mnogi od njih mogu uzrokovati upalu kože i beriliozu, specifičnu bolest uzrokovanu udisanjem berilija i njegovih spojeva.

Biološka svojstva

Biološka uloga berilija je slabo proučavana, samo je utvrđeno da ovaj element učestvuje u razmjeni magnezijuma (Mg) i fosfora (P) u koštanom tkivu i igra određenu ulogu u održavanju imunološkog statusa organizma. Berilijum je stalno prisutan u tkivima biljaka, životinja i ljudi. Koncentracija četvrtog elementa u biljnim tkivima direktno zavisi od njegovog procenta u zemljištu, u kojem se sadržaj berilija kreće od 2∙10-4 do 1∙10-3%, dok biljni pepeo sadrži oko 2∙10-4% ovaj element. Kod životinja, berilij je rasprostranjen u svim organima i tkivima, sadržaj elementa broj četiri u koštanom pepelu kreće se od 5∙10-4 do 7∙10-3%. Skoro polovina berilijuma koji apsorbuju životinje izlučuje se urinom, trećinu apsorbuju kosti, a oko 8% je koncentrisano u jetri i bubrezima. Višak berilijuma u ishrani životinja dovodi do vezivanja jona fosforne kiseline u crevima na neprobavljivi berilijum fosfat. Kao rezultat, dolazi do nedostatka fosfora, berilijumski rahitis, koji se ne može izliječiti vitaminom D, javlja se kod životinja u biogeohemijskim provincijama bogatim berilijumom. Istovremeno, berilij je potpuno bezopasan za biljke.

Sadržaj berilija u organizmu prosječne osobe (tjelesne težine 70 kg) iznosi 0,036 mg. Procjenjuje se da je dnevni unos ovog elementa u ljudski organizam oko 0,01 mg. Berilijum ulazi u ljudski organizam, kako hranom tako i kroz pluća. Ulaskom u gastrointestinalni trakt u rastvorljivom obliku, berilij stupa u interakciju sa fosfatima i formira praktično netopivi Be3(PO4)2 ili se vezuje za proteine ​​epitelnih ćelija u jake proteinate. Iz tog razloga, apsorpcija elementa broj četiri u gastrointestinalnom traktu je mala (4-10% ulaznog volumena). Osim toga, značajan faktor koji utiče na probavljivost berilija u gastrointestinalnom traktu je kiselost želudačnog soka. Četvrti element periodnog sistema je stalno prisutan u krvi, koštanom i mišićnom tkivu (0,001-0,003 µg/g), te nizu drugih organa. Utvrđeno je da se berilij može akumulirati u jetri, bubrezima, limfi, plućima, kostima i miokardu. Metal se izlučuje uglavnom urinom (oko 90%). Utvrđeno je da je mehanizam djelovanja berilija u ljudskom tijelu sličan djelovanju na organizam životinja - čak i mala količina ovog metala u sastavu kostiju dovodi do njihovog omekšavanja. Osim toga, berilijeve soli u koncentraciji od 1 μmol/l mogu inhibirati aktivnost brojnih enzima (alkalna fosfataza, adenozin trifosfataza). Hlapljiva i rastvorljiva jedinjenja berilija, kao i prašina koja sadrži berilij i njegove spojeve, veoma su toksični, imaju alergijsko i kancerogeno dejstvo, iritiraju kožu i sluzokožu, izazivaju dermatoze, konjuktivitis, nazofaringitis i druga oboljenja kože i sluzokože. , bolesti pluća i bronhija - traheobronhitis, upala pluća i tumori pluća. Njegovo prisustvo u atmosferskom vazduhu dovodi do teške profesionalne respiratorne bolesti - berilioze (hemijski pneumonitis). Kratkotrajnim udisanjem visokih koncentracija rastvorljivih jedinjenja berilijuma nastaje akutna berilioza, koja je iritacija respiratornog trakta, ponekad praćena plućnim edemom i gušenjem. Postoji i hronična vrsta berilioze. Karakteriziraju ga manje izraženi simptomi, ali veliki poremećaji u funkcijama cijelog organizma. Treba napomenuti da se ove bolesti mogu javiti 10-15 godina nakon prestanka kontakta sa berilijumom!

Utvrđeno je da je uklanjanje jedinjenja berilija iz organizma (posebno iz organa limfoidnog sistema, gde se akumuliraju) izuzetno sporo, preko 10 godina. Iz tog razloga se u liječenju berilioze najčešće koriste hemijska jedinjenja koja vezuju ione berilijuma i doprinose njihovom brzom izlučivanju iz organizma. Dozvoljene granice sadržaja berilija u vazduhu su veoma male - samo 0,001 mg/m3, u pije vodu 0,0002 mg/l.

Veliki broj naučnika vjeruje da se izotopi berilija 10Be i 7Be ne formiraju u utrobi zemlje, kao u drugim elementima, već u atmosferi - kao rezultat djelovanja kosmičkih zraka na jezgra dušika i kisika. . Potvrdom ove teorije može se smatrati detekcija nečistoća ovih izotopa u kiši, snijegu, zraku, meteoritima i morskim sedimentima. Štaviše, ukupna količina 10Be u atmosferi, vodenim bazenima (uključujući donje sedimente) i tlu iznosi oko 800 tona. Nastali u atmosferi (na nadmorskoj visini od 25 kilometara), atomi 10Be, zajedno sa padavinama, ulaze u okean i talože se na dnu. 10Be je koncentrisan u morskom mulju i fosilnim kostima, koje apsorbiraju metal iz prirodnih voda. Dakle, znajući koncentraciju 10Be u uzorku uzetom sa dna i poluživot ovog izotopa, moguće je izračunati starost bilo kojeg sloja na dnu oceana. Teoretski, ovo bi trebalo važiti i za određivanje starosti organskih ostataka. Svjetski poznata i općeprihvaćena radiokarbonska metoda nije pogodna za određivanje starosti uzoraka u rasponu od 105-108 godina (sve se radi o velikoj razlici između vremena poluraspada 14C i dugovječnih izotopa 40K, 82Rb, 232Th, 235U i 238U). 10Be je u stanju da popuni ovu prazninu.

Još jedan radioizotop berilijuma, 7Be, "živi" mnogo više kratak život(Ima poluživot od samo 53 dana). Zbog toga se njegova količina na Zemlji mjeri u gramima, a opseg je ograničen na nekoliko specifičnih namjena: u meteorologiji se ispitivanjem koncentracije ovog izotopa utvrđuje vremenski interval od početka kretanja vazdušnih masa; u hemiji, 7Be se koristi kao radioaktivni tragač; u medicini - za proučavanje mogućnosti borbe protiv toksičnosti samog berilija.

Elinvar legura (nikl, berilijum, volfram) koristi se u Švajcarskoj za izradu opruga za satove. Inače, sa ovim švajcarskim izvorima vezana je jedna zanimljiva epizoda iz istorije Drugog svetskog rata. Industrija Nacistička Njemačka bio izoliran od svih glavnih izvora berilijumskih sirovina, gotovo cjelokupna svjetska proizvodnja ovog vrijednog strateškog metala bila je u rukama Sjedinjenih Država. Njemačko rukovodstvo odlučilo je iskoristiti neutralnu Švicarsku za šverc berilijum bronze - ubrzo su američke firme dobile narudžbu od švicarskih "časovnika" za takvu količinu koja bi bila dovoljna za opruge sata širom svijeta u narednih pet stotina godina. Naravno, tako slabo prikrivena laž je uhvaćena, a naredba nije ispunjena, međutim, berilijum brončane opruge pojavile su se u najnovijim markama brzometnih mitraljeza koji su ušli u službu fašističke vojske.

Uprkos činjenici da je berilij otrovan hemijski element i da su mnoga njegova jedinjenja otrovna, ovaj metal je pronađen u jednom veoma poznatom lekovitom sredstvu. Godine 1964. grupa sovjetskih hemičara predvođena potpredsjednikom Akademije nauka Tadžikistanske SSR, doktorom kemijskih nauka K. T. Poroshinom, izvršila je hemijsku analizu drevnog ljekovitog sredstva "mumijo". Kako se ispostavilo, ove stvari složena kompozicija, a među mnogim elementima sadržanim u mumiji, nalazi se i berilij.

Ispostavilo se da je mnogo teže nabaviti umjetne smaragde nego većinu drugog dragog kamenja. Činjenica je da je beril kompleksno složeno jedinjenje. Pa ipak, naučnici su uspjeli imitirati prirodne uvjete pod kojima se mineral "rađa": proces se odvija pri vrlo visokom pritisku (150 hiljada atmosfera) i visokoj temperaturi (1550 ° C). Umjetni smaragdi se mogu koristiti u elektronici.

Muzej rudarstva u Sankt Peterburgu ima zanimljiv eksponat - kristal berila od jedan i po metar. Zanimljiv je ne samo zbog svoje impresivne veličine, već i zbog svoje istorije. U blokadi zime 1942. godine, granata njemačkog aviona probila je krov zgrade i eksplodirala u glavnom holu. Fragmenti su jako oštetili mineral i činilo se da mu nikada neće biti mjesto u muzejskoj ekspoziciji. Međutim, nakon dugogodišnjeg mukotrpnog rada restauratora, kamen je vraćen u prvobitni oblik. Sada na taj slučaj podsjećaju samo dva zahrđala fragmenta ugrađena u ploču od organskog stakla i ploča s objašnjenjem o ovom eksponatu.

Berilijum ima mnogo jedinstvenih kvaliteta, od kojih je jedna neverovatna sposobnost "prenosa zvuka". Kao što znate, u zraku je brzina zvuka 340 metara u sekundi, u vodi - 1490 metara u sekundi. U berilijumu zvuk ruši sve rekorde, savladavajući 12.500 metara u sekundi!

Ime berilijuma dolazi od imena minerala - berila (starogrčki βήρυλλος, beryllos), zauzvrat, ovo ime dolazi od imena grada Belur (Veloru) u južnoj Indiji, nedaleko od Madrasa. Od davnina u Indiji su poznata bogata nalazišta smaragda (raznovrsnost berila).

Istoričari pišu da je rimski car Neron volio gledati kako se gladijatori bore u cirkusu kroz veliki zeleni smaragdni kristal. Čak i kada je Rim, zapaljen od njega, gorio, on se divio bijesnoj vatri, gledajući je kroz svoj smaragd, a boje vatre su se spajale sa zelenom bojom kamena u tamne, zloslutne jezike.

Priča

Berilijum se s pravom naziva metalom budućnosti, ali njegova istorija seže vekovima unazad. Minerali koji sadrže element broj četiri poznati su čovjeku kao drago kamenje već nekoliko hiljada godina - ljudi su dugo tražili i razvijali naslage akvamarina, smaragda i berila. Neki od njih su minirani na teritoriji starog Egipta još u 17. veku pre nove ere. e. U beživotnoj nubijskoj pustinji - u bogatim rudnicima smaragda kraljice Kleopatre - robovi su kopali prekrasne zelene kristale po cijenu života. Drago kamenje je karavanima dopremano do obala Crvenog mora, odakle je padalo u palate vladara zemalja Evrope, Bliskog istoka i Daleki istok- Vizantijski carevi, perzijski šahovi, kineski kombiji, indijske raje. Naziv beril nalazi se kod grčkih i rimskih (beril) antičkih autora. Sličnost između berila i smaragda primijetio je Plinije Stariji u svojoj Prirodoslovnoj povijesti: “Beril, ako razmislite o tome, ima istu prirodu kao smaragd (smaragd), ili barem vrlo sličan.” Čak iu Rusiji, daleko od Nubije, ovaj dragi kamen je bio poznat - u Svjatoslavovom Izborniku beril je zabeležen pod imenom "virulion".

Međutim, metal skriven u dragom kamenju dugo nije mogao biti pronađen. Takva činjenica nije iznenađujuća - čak i za modernog naučnika koji je naoružan najnovijom opremom s kojom može primijeniti bilo koju istraživačku metodu (od radiohemijske do spektralne analize), prilično je teško otkriti berilij. Činjenica je da ovaj metal po mnogim svojim svojstvima podsjeća na aluminij i njegove spojeve, koji se kriju u mineralima iza njihovih leđa. Zamislite s kakvim su se poteškoćama suočavali rani istraživači u 18. vijeku! Mnogi naučnici su pokušali da analiziraju beril, ali niko nije uspeo da otkrije novi metal koji sadrži. Čak i sedamdeset godina nakon otkrića, sličnost berilija i aluminijuma izazvala je mnogo problema i samom D. I. Mendeljejevu - upravo se zbog sličnosti sa trinaestim elementom berilij smatrao trovalentnim metalom s atomskom masom od 13,5, dakle, njegovo mesto u tabeli treba da bude između ugljenika i azota. Međutim, ova situacija je unijela očiglednu zabunu u redovnu promjenu svojstava elemenata i dovela u sumnju ispravnost periodičnog zakona. Dmitrij Ivanovič, uvjeren da je u pravu, insistirao je da je atomska težina berilijuma određena pogrešno, te da element nije tri, već dvovalentan, koji ima svojstva magnezija. Raspravljajući na ovaj način, Mendeljejev je stavio berilij u drugu grupu, pripisavši mu atomsku težinu od 9. Desilo se da su vrlo brzo sve pretpostavke velikog ruskog hemičara potvrdili njegovi bivši protivnici, švedski hemičari Lare Friederik Nilsson i Otto. Peterson, koji su prethodno bili čvrsto uvjereni u trovalentnost berilija. Njihovo pažljivo istraživanje pokazalo je da je atomska težina ovog elementa 9,1. Dakle, zahvaljujući berilijumu - "proizvođaču problema" u periodičnom sistemu - trijumfovao je jedan od najvažnijih hemijskih zakona.

Međutim, vratimo se na činjenicu otkrića ovog metala. Francuski kristalograf i mineralog René Just Gayuy, upoređujući uzorke zelenkasto-plavih kristala berila iz Limogesa i zelenih kristala smaragda iz Perua, primijetio je sličnost njihove tvrdoće, gustoće i izgleda. Zaintrigiran ovim, predložio je francuskom hemičaru Nicolasu Louisu Vauquelinu da se ovi minerali analiziraju na hemijski identitet. Rezultati Vauquelinovih eksperimenata bili su nevjerovatni - hemičar je otkrio da oba minerala sadrže ne samo okside aluminija i silicijuma, kao što je ranije bilo poznato, već i novu "zemlju", koja je vrlo podsjećala na aluminijum oksid, ali je, za razliku od nje, reagirala s karbonat amonijum i nije dao stipsu. Koristeći ovu razliku, Vauquelin je razdvojio okside aluminija i nepoznatog elementa. Dana 15. februara 1798. godine, na sastanku Francuske akademije nauka, Vauquelin je dao senzacionalnu objavu da beril i smaragd sadrže novu "zemlju", različitu po svojim svojstvima od glinice, odnosno aluminijum-oksida. Vauquelin je predložio da se otvoreni element nazove "wisteria" zbog slatkastog okusa njegovih soli (na grčkom "glycos" znači slatko), ali su poznati hemičari Martin Heinrich Klaproth i Anders Ekeberg smatrali ovaj naziv neuspješnim, jer soli itrijuma također imaju slatkast. ukus. U radovima ovih naučnika, "zemlja" koju je otkrio Vauquelin naziva se beril. Međutim, u naučnoj literaturi 19. vijeka, novi element se naziva "glicijum", "wisterium" ili "glucinium". U Rusiji se do sredine 19. vijeka oksid ovog elementa zvao "slatka zemlja", "slatka zemlja", "slatka zemlja", a sam element se zvao glicinija, glicinit, glicij, slatka zemlja. Sada je ovo ime sačuvano samo u Francuskoj. Zanimljivo je napomenuti da je još 1814. godine harkovski profesor F. I. Giese predložio da se element broj četiri nazove berilijem.

U obliku jednostavne supstance, element koji je otkrio Vauquelin prvi je dobio njemački hemičar Friedrich Wöhler 1828. reducirajući berilij hlorid kalijem. Nezavisno od njega, iste godine, metalni berilij je izolovao francuski hemičar Antoine Bussy istom metodom. Međutim, nastali berilij u prahu sadržavao je veliku količinu nečistoća, samo sedam decenija kasnije Francuz P. Lebo je bio u mogućnosti da dobije čisti metalni berilij elektrolizom rastaljenih soli.

Biti u prirodi

Berilijum je tipično redak element, prosečan sadržaj ovog metala u zemljinoj kori (klarka) varira od 6∙10-4% do 2∙10-4% prema različitim procenama. Naučnici objašnjavaju tako nisku rasprostranjenost sposobnošću berilija da komunicira sa visokoenergetskim protonima i neutronima. Ovu teoriju podržava činjenica da ima malo berilija u atmosferi sunca i zvijezda, te u međuzvjezdani prostor, gdje su uvjeti za nuklearne reakcije nepovoljni, njegova količina naglo raste. Istovremeno, berilij nije element u tragovima, jer je dio površinskih naslaga berila u pegmatitnim stijenama, koje su se posljednje formirale u granitnim kupolama. Ovu činjenicu potvrđuju nalazi u granitnim pegmatitima (koji se, inače, nalaze u svim zemljama) džinovskih berila - dužine od metar do devet metara i težine nekoliko tona. Većina elementa četiri u magmatskim stijenama povezana je s plagioklasima, gdje berilij zamjenjuje silicijum. Međutim, njegove najveće koncentracije tipične su za neke tamno obojene minerale i muskovit (desetine, rjeđe stotine grama po toni). Ako se berilij gotovo potpuno raspršuje u alkalnim stijenama, tada se tijekom formiranja kiselih stijena može akumulirati u postmagmatskim produktima - pegmatitima i pneumatolitsko-hidrotermalnim tijelima. U kiselim pegmatitnim stijenama stvaranje značajnih koncentracija berilija povezano je s procesima albitizacije i muskovitizacije. U pegmatitima berilij stvara svoje minerale, ali se dio (oko 10%) nalazi u izomorfnom obliku u kamenotvornim i manjim mineralima (kvarc, liskun, mikroklinal, albit). U alkalnim pegmatitima berilij je prisutan u malim količinama u sastavu rijetkih minerala: čkalovit, eudidimit, analcim i leukofan, gdje je uključen u anjonsku grupu. Postmagmatske otopine izvode berilij iz magme u obliku emanacija koje sadrže fluor i složenih spojeva u kombinaciji s volframom, kalajem, molibdenom i litijumom.

Ne postoji jednoznačno mišljenje o broju vlastitih minerala berilija, ali je precizno utvrđeno da ih ima više od trideset, ali se samo šest smatra manje ili više uobičajenim. Najvažniji od njih je beril 3BeO Al2O3 6SiO2, koji ima mnogo varijanti boja. Tako, na primjer, smaragd sadrži oko 2% hroma, što mu daje zelenu boju, a ružičasta boja vrapca je zbog primjese jedinjenja mangana (II). Akvamarin duguje svoju plavu boju nečistoćama željeza (II), a zlatno žuti heliodor je obojen ionima željeza (III). Poznate su i druge sorte berila, koje se razlikuju po boji (tamnoplava, ružičasta, crvena, blijedoplava, bezbojna itd.). Pored berila, industrijski važnim mineralima berilija smatraju se fenakit 2BeO SiO2, bertrandit 4BeO 2SiO2 H2O, helvin (Mn,Fe,Zn)43S, krizoberil i danalit.

Sadržaj berilija u morskoj vodi je izuzetno nizak - 6∙10-7 mg/l. Oksidi i hidroksidi berilija gotovo su nerastvorljivi u vodi, pa se u podzemnim vodama javlja uglavnom u obliku suspenzija (često u kompleksnim jedinjenjima sa organska materija) i to samo djelimično u otopljenom stanju. Iz ovih razloga, sadržaj berilija u prirodnim vodama je nizak - na nivou tragova (0,01-0,07 µg/l). U kiselim vodama sadržaj berilija je veći, u alkalnim vodama manji. Povećan sadržaj fluora i organske materije u vodi doprinosi akumulaciji berilija, a prisustvo kalcijuma, naprotiv, sprečava njegovo nakupljanje.

Svjetski prirodni resursi berilijuma procjenjuju se na više od 80 hiljada tona (u smislu sadržaja berilija), od čega je oko 65% koncentrisano u Sjedinjenim Državama, gdje je glavna sirovina berilijuma bertranditna ruda. Od ostalih zemalja, Kina, Rusija i Kazahstan imaju najveće rezerve berilija. Štoviše, u sovjetsko vrijeme, berilij na teritoriji moderna Rusija više je minirano - ležišta Malyshevskoye (Sverdlovsk region), Zavitinskoye (Chita region), Ermakovskoye (Buryatia), Pogranichnoye (Primorsky Territory). Međutim, nakon smanjenja vojno-industrijskog kompleksa i suženja programa izgradnje novih nuklearnih elektrana, proizvodnja berilija je naglo opala, zbog čega je razvoj zaustavljen na ležištima Malyshevskoye i Ermakovskoye i značajno smanjen na Zavitimskoye. depoziti. Štaviše, većina iskopanog berilija se prodaje u strane zemlje, a glavni potrošači ovog metala su Evropa i Japan.

Aplikacija

Zbog činjenice da je čisti berilij dobijen tek na samom kraju 19. vijeka, dugo nije mogao naći dostojnu primjenu. Stoga su razne referentne knjige i enciklopedije s početka 20. vijeka govorile o berilijumu: "On nema praktičnu primjenu." Trebalo je vremena da jedinstvena svojstva elementa broj četiri pronađu svoj put – vrijeme za razvoj trenutnog nivoa tehnologije. I ako je tridesetih godina XX veka sovjetski akademik A.E. Fersman je berilij nazvao metalom budućnosti, ali sada se s pravom može nazvati metalom sadašnjosti.

Ogromna količina berilija se troši kao dodatak za legiranje raznim legurama na bazi aluminijuma, nikla, magnezijuma, bakra i drugih metala. Ovaj aditiv obezbeđuje visoku tvrdoću, dobru električnu provodljivost, toplotnu provodljivost i čvrstoću legura, otpornost na koroziju površina proizvoda napravljenih od ovih legura. Najpoznatije i korišćene u tehnologiji su berilijumske bronze (u SAD 80-ih godina do 80% proizvedenog berilija) - legure bakra sa berilijumom. Od njih se izrađuju mnogi proizvodi koji zahtijevaju visoku čvrstoću, dobru otpornost na zamor i koroziju, očuvanje elastičnosti u značajnom temperaturnom rasponu, visoku električnu i toplinsku provodljivost. Jedan od potrošača ove legure je i vazduhoplovna industrija – procenjuje se da je u modernom teškom avionu preko hiljadu delova napravljeno od berilijum bronze. Zbog svojih elastičnih svojstava, berilijum bronza je odličan materijal za opruge. Opruge napravljene od ovog materijala praktički se ne zamaraju: mogu izdržati do 20 miliona ciklusa opterećenja, dok obične opruge od ugljičnog čelika otkazuju nakon 800-850 ciklusa. Osim toga, berilijeve bronce ne svjetlucaju kada udare u metal ili kamen, pa se iz tog razloga koriste za izradu specijalnih alata koji se koriste u eksplozivnim radovima - u rudnicima, u tvornicama baruta, skladištima nafte. Aditivi berilijuma oplemenjuju druge legure, na primer, na bazi magnezijuma i aluminijuma: vrlo male količine berilijuma (dovoljno 0,005%) značajno smanjuju gubitak legura magnezijuma iz sagorevanja i oksidacije tokom topljenja i livenja. Ništa manje zanimljiva svojstva posjeduju berilidi - intermetalna jedinjenja berilijuma s tantalom, niobijem, cirkonijumom i drugim vatrostalnim metalima. Ova jedinjenja su izuzetno čvrsta i otporna na oksidaciju i mogu trajati više od deset sati na 1650°C. Smatra se obećavajućim dobiti legure berilija s litijumom - one će biti lakše od vode.

Moguće je povećati krutost, čvrstoću i otpornost na toplinu drugih metala bez unošenja berilija u leguru. U takvim slučajevima koristi se berilizacija - zasićenje površine čeličnog dijela berilijumom difuzijom. Nakon toga, površina dijela je prekrivena čvrstim kemijskim spojem berilija sa željezom i ugljikom. Debljine samo 0,15...0,4 mm, ovaj izdržljivi zaštitni premaz čini dijelove otpornim na toplinu i otpornost na morsku vodu i dušičnu kiselinu.

Kombinacija male atomske mase, malog presjeka hvatanja termičkih neutrona (0,009 barna po atomu), velikog poprečnog presjeka za njihovo raspršivanje i dovoljne otpornosti na zračenje čini berilij jednim od najboljih materijala za proizvodnju neutronskih moderatora i reflektora u nuklearnih reaktora. Proizvodnja moderatora i reflektora od berilija i njegovog oksida omogućava značajno smanjenje jezgre reaktora, povećanje radne temperature i efikasnije korištenje nuklearnog goriva. Prozori rendgenskih cijevi izrađeni su od berilijuma, koristeći njegovu visoku rentgensku permeabilnost (17 puta veću od aluminija). U smešama sa nekim α-radioaktivnim nuklidima (radijum, polonijum, aktinijum, plutonijum), berilij se koristi u ampulnim neutronskim izvorima, jer ima svojstvo intenzivne emisije neutrona kada je bombardovan α-česticama.

Berilijum i neka njegova jedinjenja (u obliku rastvora u tečnom amonijaku, u obliku berilijum hidrida, rastvora berilijum borohidrida u tečnom amonijaku) smatraju se perspektivnim čvrstim raketnim gorivom sa najvećim specifičnim impulsima. Jedinjenja berilijuma nisu našla manju primjenu od samog metala: u laserskoj tehnologiji berilijum aluminat se koristi u proizvodnji emitera u čvrstom stanju (šipke, ploče). Berilijum borohidrid i fino dispergovani berilijev prah impregniran tečnim kiseonikom ili fluor oksidom ponekad se koriste kao posebno snažni eksplozivi (HE). Berilijum fluorid se koristi u nuklearnoj tehnologiji za topljenje stakla koje se koristi za kontrolu malih neutronskih tokova. Berilijum oksid ima mnoga vrijedna svojstva - zbog svoje visoke vatrostalnosti (tačka topljenja 2570 ° C), značajne kemijske otpornosti i visoke toplinske provodljivosti, ovaj materijal se koristi za oblaganje indukcijskih peći, izradu lonaca za topljenje različitih metala i legura. Berilijum oksid je glavni materijal za oblaganje gorivnih elemenata (gorivih šipki) nuklearnih reaktora. Na kraju krajeva, upravo u ovim školjkama je gustina neutronskog fluksa posebno visoka i najviša temperatura, najveća naprezanja i svi uslovi za koroziju. Budući da je uranijum otporan na koroziju i nije dovoljno jak, mora biti zaštićen posebnim školjkama, obično od berilijum oksida.

Proizvodnja

Ekstrakcija berilija iz njegovih prirodnih minerala (uglavnom berila) je složen i skup proces koji se sastoji od nekoliko faza. Štoviše, glavna poteškoća leži u odvajanju elementa broj četiri od stalnog pratioca sličnog njemu po svojstvima - aluminija. Postoji nekoliko metoda za takvo razdvajanje. Na primjer, jedan od načina je da berilij oksiacetat Be4O(CH3COO)6, za razliku od aluminij oksiacetata +CH3COO–, ima molekularnu strukturu i lako sublimira kada se zagrije. Međutim, u industriji se koriste i druge metode za prečišćavanje berilija od aluminija.

Prva je metoda odvajanja sulfata, koja se sastoji u sinterovanju koncentrata na temperaturi od 750 °C sa natrijum karbonatom Na2CO3 (soda) ili kalcijum CaCO3 (kreda), nakon čega sledi tretman sinterovanja koncentriranom vrućom sumpornom kiselinom H2SO4. Iz nastalog rastvora sulfata berilija, aluminijuma i drugih elemenata sadržanih u početnom koncentratu rude, aluminijum se odvaja u obliku aluminijum amonijum alum dejstvom amonijum sulfata (NH4)2SO4, preostali rastvor se tretira sa viškom natrijum hidroksid NaOH. Kao rezultat, formira se otopina koja sadrži Na2 i natrijeve aluminate. Dalje, kada se ovaj rastvor prokuva, kao rezultat razgradnje hidroksoberilata, taloži se berilijum hidroksid Be (OH) 2, a aluminati ostaju u rastvoru. Berilijum hidroksid se prečišćava od nečistoća ekstrakcijom tributil fosfatom.

Metoda sulfata se također koristi za ekstrakciju berilija iz drugog minerala berilijuma, bertrandita. Dok se rastvor sumporne kiseline ekstrahuje kerozinom koji sadrži dietil-heksil fosfornu kiselinu. Organska frakcija se tretira vodenim rastvorom (NH4)2CO3, te se talože hidroksidi i hidroksokarbonati gvožđa i aluminijuma, dok berilijum ostaje u rastvoru u obliku (NH4)2, koji se kvantitativno raspada kada se rastvor zagreje na 95°C. °C, formirajući talog 2BeCO3∙Be(OH )2. Kada se potonji kalcinira na 165 ° C, dobije se berilijum hidroksid.

Druga metoda za odvajanje Be i Al je fluorid. Tehnologija ovu metodu je kako slijedi: koncentrat (zdrobljeni beril) se sinteruje (na temperaturi od oko 750°C) sa natrijum heksafluorosilikatom Na2SiF6:

Be3Al2(SiO3)6 + 12Na2SiF6 → 6Na2SiO3 + 2Na3AlF6 + 3Na2 + 12SiF4

Kao rezultat fuzije nastaje kriolit Na3AlF6 - jedinjenje slabo topljivo u vodi, kao i natrijum fluoroberilat Na2, koji je rastvorljiv u vodi, koji se zatim podvrgava ispiranju vodom. Be (OH) 2 se precipitira iz nastale otopine djelovanjem natrijum hidroksida NaOH, nakon čijeg kalcinacije nastaje BeO. Ponekad se berilijum hidroksid dalje pročišćava otapanjem u sumpornoj kiselini u prisustvu helatora i zatim taloženjem amonijakom. U rastvor koji sadrži NaF koji ostaje nakon dejstva natrijum hidroksida, dodaje se Fe2(SO4)3 da bi se iskoristio potonji i taloži Na3, koji se takođe koristi za razlaganje berila, delimično zamenjujući Na2.

Pored navedenih metoda odvajanja, poznat je i ovaj način obrade berila. Originalni mineral je prvo fuzionisan sa K2CO3 potašom. U tom slučaju nastaju berilat K2BeO2 i kalijum aluminat KAlO2:

Be3Al2(SiO3)6 + 10K2CO3 → 3K2BeO2 + 2KAlO2 + 6K2SiO3 + 10CO2

Nakon ispiranja vodom, dobivena otopina se zakiseli sumpornom kiselinom. Kao rezultat, taloži se silicijumska kiselina. Kalijum alum se dalje taloži iz filtrata, nakon čega u rastvoru od katjona ostaju samo joni Be2+.

Također je poznato otvaranje berila hloriranjem ili djelovanjem fosgena. Dalja obrada se vrši kako bi se dobio BeF2 ili BeCl2.

BeC12 hlorid ili BeF2 fluorid se dobija iz BeO oksida ili berilijum hidroksida Be (OH) 2 dobijenog na ovaj ili onaj način. Fluorid se redukuje u metalni berilij sa magnezijumom na 925-1325°C:

BeF2 + Mg → MgF2 + Be

Talina mješavine BeCl2 sa NaCl podvrgava se elektrolizi na temperaturi od 350 °C. Ranije se berilij dobijao elektrolizom taline barijum fluoroberilata Ba:

Ba → BaF2 + Be + F2

Metal dobijen jednom ili drugom metodom se topi u vakuumu. Berilijum se prečišćava do čistoće od 99,98% vakuum destilacijom, a u malim količinama plastični berilij koji ne sadrži više od 10-4% nečistoća dobija se zonskim topljenjem. Ponekad se za pročišćavanje koristi elektrolitička rafinacija.

Za dobivanje zaliha i proizvoda od berilija uglavnom se koriste metode metalurgije praha (zbog poteškoća u proizvodnji visokokvalitetnih odljevaka od ovog krhkog metala). U ovom slučaju, u inertnoj atmosferi, berilij se melje u prah i podvrgava toplom presovanju u vakuumu na 1140-1180 °C. Cijevi, šipke i drugi profili od berilija proizvode se ekstruzijom na 800-1050 °C (vruće istiskivanje) ili na 400-500 °C (topla ekstruzija). Berilijumski limovi se dobijaju valjanjem vruće presovanih gotova ili ekstrudiranih traka na 760-840 °C. Koriste se i druge vrste obrade - kovanje, štancanje, crtanje.

Physical Properties

Berilijum je krhak, ali u isto vreme veoma tvrd, svetlo sivi metal sa metalnim sjajem. Berilijum ima dve kristalne modifikacije: α-berilij (niskotemperaturna modifikacija) ima heksagonalnu zbijenu rešetku tipa Mg (što dovodi do anizotropije svojstava) sa parametrima a = 0,22866 nm, c = 0,35833 nm, z = nm; β-berilij (visokotemperaturna modifikacija) ima kubnu tijelo centriranu rešetku tipa Fe sa a = 0,25515 nm. Temperatura prijelaza iz α-modifikacije u β-modifikaciju je približno 1,277 °C. Tačka topljenja elementa broj četiri (tmelt) je 1285 °C, tačka ključanja (tboil) je 2470 °C Berilijum je jedan od najlakših elemenata, njegova gustina u čvrstom stanju je samo 1,816 g/cm3, čak i takva laki metal kao aluminijum (gustina 2,7 g/cm3), skoro jedan i po puta teži od berilija. Štaviše, u tečnom stanju, gustina berilija je još manja (na 1287 °C, gustina je 1,690 g/cm3). Berilijum ima najveći toplotni kapacitet od svih metala - 1,80 kJ / (kg K) ili 0,43 kcal / (kg °C), visoku toplotnu provodljivost - 178 W / (m K) ili 0,45 cal / (cm sec °C) pri temperatura od 50 °C, mali električni otpor - 3,6-4,5 μOhm cm na sobnoj temperaturi; koeficijent linearne ekspanzije berilija 10,3-131 (25-100 °C).

Kao i kod većine drugih elemenata, mnoga fizička svojstva berilija zavise od kvaliteta i strukture metala i značajno se menjaju sa temperaturom. Na primjer, čak i male količine stranih nečistoća snažno otežavaju berilij. Mehanička svojstva berilija zavise od čistoće metala, veličine zrna i teksture, koje su određene prirodom obrade. Berilijum je loše obrađen i zahteva upotrebu karbidnih alata. U poređenju sa drugim lakim materijalima, berilij ima jedinstvenu kombinaciju fizičkih i mehaničkih svojstava. Po specifičnoj čvrstoći i krutosti nadmašuje sve ostale metale, zadržavajući ove prednosti do temperatura od 500-600 °C. Modul uzdužne elastičnosti (Youngov modul) za berilijum je 300 Gn/m2 ili 3,104 kgf/mm2 (4 puta veći od aluminijuma, 2,5 puta veći od odgovarajućeg parametra titanijuma i jednu trećinu od čelika). Zatezna čvrstoća berilijuma je 200-550 MN/m2 (20-55 kgf/mm2), istezanje je 0,2-2%. Tretman pritiskom dovodi do određene preorijentacije kristala berilija, zbog čega dolazi do anizotropije i postaje moguće značajno poboljšanje svojstava. Vlačna čvrstoća u smjeru izvlačenja dostiže 400-800 MN/m2 (40-80 kgf/mm2), granica tečenja je 250-600 MN/m2 (25-60 kgf/mm2), a relativno izduženje je do 4 -12%. Mehanička svojstva u smjeru okomitom na crtež se gotovo ne mijenjaju. Kao što je ranije spomenuto - berilij je krhki metal - njegova udarna čvrstoća je 10-50 kJ / m2 (0,1-0,5 kgf m / cm2). Temperatura prijelaza berilija iz krtog u plastično stanje je 200-400 °C. Tvrdoća po Brinellu za berilijum je 1060-1320 MPa. Berilijum se odlikuje visokim nuklearnim karakteristikama - najmanjim efektivnim presekom hvatanja toplotnih neutrona među metalima i najvećim presekom rasejanja za njih.

Uz ogroman broj prednosti, berilij još uvijek ima nekoliko nedostataka. Prvo, to je visoka cijena ovog metala, povezana s nedostatkom sirovina i složenošću njegove obrade, a drugo, berilij ima vrlo nisku hladnokrvnost. Čvrstoća na udar tehničkog berilija je ispod 5 J/cm2. Pa ipak, jedinstvena kombinacija tehničkih prednosti berilija čini ga nezamjenjivim materijalom u raznim oblastima.

Hemijska svojstva

U hemijskim jedinjenjima, berilij je dvovalentan (konfiguracija spoljašnjeg elektronskog sloja je 2s2). Po svojim hemijskim svojstvima, berilij je u velikoj meri sličan aluminijumu, koji se nalazi u trećem periodu i u trećoj grupi periodnog sistema, odnosno desno i ispod berilijuma. Ova pojava, nazvana dijagonalna sličnost, također je uočena u nekim drugim elementima, na primjer, bor je po mnogim hemijskim svojstvima sličan silicijumu. Bliskost svojstava berilija i aluminijuma objašnjava se skoro identičnim odnosom naboja katjona i njegovog radijusa za jone Be2+ i Al3+. Element broj četiri je tipično amfoteričan - ima svojstva metala i nemetala, ali preovlađuju metalna svojstva. Kompaktni metalni berilij je kemijski neaktivan na sobnoj temperaturi - ne oksidira na zraku (do temperature od 600 °C), ne stupa u interakciju s toplom i hladnom vodom, kao ni s vodenom parom zbog stvaranja zaštitnog filma od berilijum oksid BeO na njegovoj površini, koji berilijumu daje mutnu boju. Međutim, kada se zagrije iznad temperature od 800 ° C, brzo oksidira. Berilijum oksid BeO se prirodno javlja kao rijedak mineral, bromelit. Berilijum se lako otapa u hlorovodoničnom (HCl), razblaženoj sumpornoj (H2SO4), fluorovodičnim kiselinama, slabo reaguje sa koncentrovanom sumpornom i razblaženom azotnom kiselinom kada se zagreva (HNO3) i ne reaguje sa koncentriranom azotnom kiselinom – u poslednjem slučaju kiselina pasivira metal. U vodenim rastvorima alkalija, berilij se takođe otapa oslobađanjem vodika i stvaranjem hidroksoberilata:

Be + 2NaOH + 2H2O → Na2 + H2

Prilikom provođenja reakcije s alkalnom talinom na 400-500 ° C nastaju dioksoberilati:

Be + 2NaOH → Na2BeO2 + H2

Metalni berilijum se brzo otapa u vodenom rastvoru amonijum bifluorida NH4HF2. Ova reakcija je od tehnološkog značaja za proizvodnju bezvodnog BeF2 i prečišćavanje berilija:

Be + 2NH4HF2 → (NH4)2 + H2

Kada berilij stupi u interakciju s dušikom i amonijakom na 500-900 ° C, dobiva se nitrid Be3N2. Na sobnoj temperaturi berilij reaguje sa fluorom, a kada se zagreva sa drugim halogenima (formirajući halogenide, kao što je BeHal2) i vodonik sulfid. Od berilijum halogenida najvažniji su njegov fluorid (BeF2) i hlorid (BeCl2), koji se koriste u preradi ruda berilijuma. Sa ugljenikom na 1700-2100°C, berilij formira Be2C karbid, sa fosforom iznad 750°C - Be3P2 fosfid. U vakuumu iznad 700°C, berilij redukuje KOH, na 270°C - BaO, na 1075°C - MgO, na 1400°C - TiO2 u odgovarajuće metale i na 270°C - SiCl4 u Si. Berilij praktički ne reagira s vodikom u cijelom temperaturnom rasponu, međutim, indirektnom redukcijom berilij klorida sa LiAlH4, dobijen je berilijum hidrid (BeH2), ova tvar je stabilna do 240 ° C, a zatim kada se zagrije, počinje oslobađati vodonik. Na visokim temperaturama, element #4 reaguje sa većinom metala i formira berilide. U tečnom stanju, berilij se rastvara u mnogim metalima (Zn, Al, Fe, Co, Cu, Ni, itd.), sa izuzetkom magnezijuma. Berilijum formira eutektičke legure sa aluminijumom i silicijumom. Element broj četiri formira čvrste rastvore sa samo nekoliko metala, najrastvorljiviji u legurama sa bakrom (2,75% po masi), hromom (1,7%), niklom (2,7%). Rastvorljivost uvelike opada sa smanjenjem temperature, zbog čega su legure koje sadrže berilij sposobne taložno stvrdnjavati. Rastvorljivost elemenata nečistoća u beriliju je izuzetno niska.

Fino dispergovani berilijev prah gori u parama sumpora, selena i telura. Kada se zapali u atmosferskom zraku, berilijev prah gori jakim plamenom i nastaju oksid i nitrid. Rastopljeni berilij reaguje sa većinom oksida, nitrida, sulfida i karbida. Jedini odgovarajući materijal za topljenje berilijuma je berilijev oksid.

Soli berilijuma su visoko higroskopne i, uz nekoliko izuzetaka (fosfat, karbonat), veoma su rastvorljive u vodi; njihove vodene otopine su kisele zbog hidrolize. Poznato je više složenih organoberilnih spojeva, a hidroliza i oksidacija nekih od njih odvija se eksplozijom.