Artikkelin sisältö

BERYLLIUM(Beryllium) Be on D.I. Mendelejevin jaksollisen järjestelmän ryhmän 2 (IIa) kemiallinen alkuaine. Atomiluku 4, suhteellinen atomimassa 9,01218. Luonnossa esiintyy vain yksi stabiili isotooppi, 9 Be. Tunnetaan myös berylliumin radioaktiiviset isotoopit 7 Be ja 10 Be, joiden puoliintumisajat ovat vastaavasti 53,29 päivää ja 1,6·10 6 vuotta. Hapetustilat ovat +2 ja +1 (jälkimmäinen on erittäin epävakaa).

Berylliumia sisältävät mineraalit on tunnettu antiikista lähtien. Jotkut niistä louhittiin Siinain niemimaalla jo 1600-luvulla. eKr. Nimi beryll löytyy kreikkalaisista ja latinalaisista (Beryll) muinaisista kirjailijoista. Plinius Vanhin huomautti berylin ja smaragdin samankaltaisuuden: "Berylillä, jos ajattelee sitä, on sama luonne kuin smaragdilla (smaragdilla), tai ainakin hyvin samankaltainen" (Natural History, kirja 37). AT Izbornik Svjatoslav(1073) Beryl esiintyy nimellä Virullion.

Beryllium löydettiin vuonna 1798. Ranskalainen kristallografi ja mineralogi René Just Haüy (1743–1822), huomautti kovuuden, tiheyden ja ulkomuoto vihertävänsiniset beryllikiteet Limogesista ja vihreät smaragdikiteet Perusta, kutsuivat ranskalaisen kemistin Vauquelin Nicolas Louisin (1763–1829) analysoimaan berylliä ja smaragdia nähdäkseen, olivatko ne kemiallisesti identtisiä. Tämän seurauksena Vauquelin osoitti, että molemmat mineraalit sisältävät paitsi alumiinin ja piin oksideja, kuten aiemmin tiedettiin, myös uutta "maata", joka muistutti suuresti alumiinioksidia, mutta toisin kuin se, reagoi ammoniumkarbonaatin kanssa eikä anna aluna. Juuri näitä ominaisuuksia Vauquelin käytti erottamaan alumiinioksideja ja tuntemattoman alkuaineen.

Vauquelinin teoksia julkaissen Annakts de Chimie -lehden toimittajat ehdottivat hänen löytämästään maalle nimeä "glysiini" sen kyvystä muodostaa makean makuisia yhdisteitä. Kuuluisat kemistit Martin Heinrich Klaproth (1743-1817) ja Anders Ekeberg (Ekeberg Anders) (1767-1813) pitivät tätä nimeä valitettavana, koska yttriumsuolat ovat myös makean makuisia. Heidän teoksissaan Vauquelinin löytämää "maata" kutsutaan berylliksi. Kuitenkin 1800-luvun tieteellisessä kirjallisuudessa. uudesta alkuaineesta termejä "glysium", "wisterium" tai "glucinium" käytettiin pitkään. Venäjällä 1800-luvun puoliväliin asti. tämän alkuaineen oksidia kutsuttiin "sweet earth", "sweet earth", "sweet earth" ja itse alkuainetta kutsuttiin wisteriumiksi, glysiniittiksi, glysiiniksi, makeaksi maaksi.

Vauquelinin löytämän alkuaineen yksinkertaisen aineen muodossa hankki ensimmäisenä saksalainen kemisti Wöhler Friedrich (1800–1882) vuonna 1828 pelkistämällä berylliumkloridia kaliumilla:

BeCl2 + 2K = Be + 2KCl

Hänestä riippumatta ranskalainen kemisti Bussy Antoine (1794–1882) eristi samana vuonna metallisen berylliumin samalla menetelmällä.

Alkuaineen nimi mineraalin nimen jälkeen on yleistynyt (latinaksi beryllus kreikasta bhrnlloV), mutta Ranskassa berylliumia kutsutaan edelleen wisteriaksi.

Havaittiin, että yhden ekvivalentin berylliummassa on noin 4,7 g/mol. Berylliumin ja alumiinin samankaltaisuus on kuitenkin johtanut merkittävään sekaannukseen berylliumin valenssista ja atomimassasta. Pitkään berylliumia pidettiin kolmiarvoisena suhteellisella atomimassalla 14 (joka on suunnilleen yhtä suuri kuin kolme kertaa yhden ekvivalentin 3 × 4,7 berylliumia). Vain 70 vuotta berylliumin löytämisen jälkeen venäläinen tiedemies D.I. Mendelejev päätteli, että hänen jaksollisessa taulukossaan ei ollut sijaa sellaiselle alkuaineelle, vaan kaksiarvoinen alkuaine, jonka suhteellinen atomimassa on 9 (suunnilleen yhtä suuri kuin kaksi kertaa yhden berylliumekvivalentin massa 2 × 4,7), joka on helposti sijoitettu litiumin ja boorin väliin.

Beryllium luonnossa ja sen teollinen louhinta. Beryllium, kuten sen naapurit litium ja boori, on suhteellisen harvinaista maankuorta, sen pitoisuus on noin 2,10–4 %. Vaikka beryllium on harvinainen alkuaine, se ei ole hajallaan, koska se on osa beryllin pintakertymiä pegmatiittikivissä, jotka kiteytyivät viimeisenä graniittikupoliin. On raportoitu jättiläisberyllejä, joiden pituus on enintään 1 m ja painaa useita tonneja.

Varsinaisia ​​berylliummineraaleja tunnetaan 54. Tärkein niistä on beryll 3BeO Al 2 O 3 6SiO 2 . Siinä on monia värillisiä lajikkeita. Smaragdi sisältää noin 2 % kromia, mikä antaa sille vihreän värin. Akvamariini johtuu sinisestä väristään rauta(II)-epäpuhtauksista. Vorobyeviitin vaaleanpunainen väri johtuu mangaani(II)-yhdisteiden sekoituksesta, ja kullankeltaista heliodora värjäävät rauta(III)-ionit. Teollisesti tärkeitä mineraaleja ovat myös fenakiitti 2BeO SiO 2, bertrandiitti 4BeO 2SiO 2 H 2 O, helviini (Mn, Fe, Zn) 4 3 S.

Maailman berylliumin luonnonvarat ovat arviolta yli 80 tuhatta tonnia (berylliumpitoisuudella mitattuna), josta noin 65 % on keskittynyt Yhdysvaltoihin, jossa berylliumin pääraaka-aine on bertrandiittimalmi. Sen todistetut varat Yhdysvalloissa Spur Mountain -esiintymässä (Utah), joka on maailman tärkein berylliumin lähde, olivat vuoden 2000 lopussa noin 19 tuhatta tonnia (metallipitoisuudella mitattuna). Beryl on hyvin niukkaa Yhdysvalloissa. Muista maista suurimmat berylliumvarannot ovat Kiinassa, Venäjällä ja Kazakstanissa. Neuvostoaikana berylliumia louhittiin Venäjällä Malyshevskoje (Sverdlovskin alue), Zavitinskoje (Tšitan alue), Ermakovskoje (Burjatia), Pogranichnoye (Primorsky Krai) esiintymissä. Sotilas-teollisen kompleksin vähentämisen ja rakentamisen lopettamisen vuoksi ydinvoimaloita, sen tuotanto lopetettiin Malyshevskoje- ja Ermakovskoje-kentillä ja vähennettiin merkittävästi Zavitimskoye-esiintymissä. Samaan aikaan merkittävä osa louhitusta berylliumista myydään ulkomaille, pääasiassa Eurooppaan ja Japaniin.

US Geological Surveyn mukaan maailman berylliumtuotantoa vuonna 2000 luonnehtivat seuraavat tiedot (t):

Kaikki yhteensä	356
USA	255
Kiina	55
Venäjä	40
Kazakstan	4
Muut maat	2

Yksinkertaisen aineen karakterisointi ja metallisen berylliumin teollinen tuotanto. Ulkonäöltään beryllium on hopeanharmaa metalli. Se on erittäin kovaa ja hauras. Berylliumilla on kaksi kidemuunnelmaa: a-Be:llä on kuusikulmainen hila (joka johtaa ominaisuuksien anisotropiaan); b-Be-hila on kuutio; siirtymälämpötila on 1277 °C. Beryllium sulaa 1287 °C:ssa, kiehuu 2471 °C:ssa.

Tämä on yksi kevyimmistä metalleista (tiheys on 1,816 g / cm 3). Sillä on korkea kimmokerroin, 4 kertaa alumiinilla, 2,5 kertaa titaanilla ja kolmasosa teräksellä. Berylliumilla on kaikista metalleista suurin lämpökapasiteetti: 16,44 J/(mol K) a-Be:lle, 30,0 J/(mol K) b-Be:lle.

Mitä tulee korroosionkestävyyteen kosteassa ilmassa, beryllium muistuttaa alumiinia suojaavan oksidikerroksen muodostumisen vuoksi. Huolellisesti kiillotetut näytteet säilyttävät loistonsa pitkään.

Metallinen beryllium on suhteellisen reagoimaton huoneenlämmössä. Kompaktissa muodossa se ei reagoi veden ja vesihöyryn kanssa edes punalämmössä, eikä se hapetu ilman vaikutuksesta 600 °C asti. Sytytettynä berylliumjauhe palaa kirkkaalla liekillä ja muodostuu oksideja ja nitridejä . Halogeenit reagoivat berylliumin kanssa yli 600 °C:n lämpötiloissa, kun taas kalkogeenit vaativat vielä korkeampia lämpötiloja. Ammoniakki reagoi berylliumin kanssa yli 1200 °C:n lämpötiloissa muodostaen Be 3 N 2 -nitridiä, ja hiili tuottaa Be 2 C karbidia 1700 °C:ssa. Beryllium ei reagoi suoraan vedyn kanssa, ja BeH 2 -hydridiä saadaan epäsuorasti.

Beryllium liukenee helposti happojen (kloorivety-, rikki-, typpihappo) laimeisiin vesiliuoksiin, mutta kylmä väkevä typpihappo passivoi metallin. Berylliumin reaktioon alkalien vesiliuosten kanssa liittyy vedyn kehittyminen ja hydroksoberylaattien muodostuminen:

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

Kun reaktio suoritetaan alkalisulatteen kanssa 400–500 °C:ssa, muodostuu dioksoberylaatteja:

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

Berylliummetalli liukenee nopeasti NH 4 HF 2 -vesiliuokseen. Tämä reaktio on teknologisesti tärkeä vedettömän BeF 2:n tuotannossa ja berylliumin puhdistuksessa:

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

Beryllium eristetään berylistä sulfaatti- tai fluorimenetelmällä. Ensimmäisessä tapauksessa konsentraatti sulatetaan 750 °C:ssa natrium- tai kalsiumkarbonaatin kanssa ja sitten seos käsitellään väkevällä kuumalla rikkihapolla. Saatu berylliumsulfaatin, alumiinin ja muiden metallien liuos käsitellään ammoniumsulfaatilla. Tämä johtaa siihen, että suurin osa alumiinista vapautuu kaliumalunana. Jäljelle jäänyt liuos käsitellään ylimäärällä natriumhydroksidia. Tämä muodostaa liuoksen, joka sisältää Na 2:ta ja natriumaluminaatteja. Kun tätä liuosta keitetään, berylliumhydroksidi saostuu hydroksoberylaatin hajoamisen seurauksena (aluminaatit jäävät liuokseen).

Fluorimenetelmän mukaan rikaste kuumennetaan Na 2:lla ja Na 2 CO 3:lla 700–750 °C:ssa. Tällöin muodostuu natriumtetrafluoroberylaattia:

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

Liukoinen fluorobylaatti uutetaan sitten vedellä ja berylliumhydroksidi saostetaan pH:ssa noin 12.

Metallisen berylliumin eristämiseksi sen oksidi tai hydroksidi muunnetaan ensin kloridiksi tai fluoridiksi. Metalli saadaan elektrolyysillä berylliumkloridien ja alkalisten alkuaineiden sulaista seoksista tai vaikutamalla magnesium berylliumfluoridiin noin 1300 °C:n lämpötilassa:

BeF2 + Mg = MgF2 + Be

Aihioiden ja tuotteiden saamiseksi berylliumista käytetään pääasiassa jauhemetallurgisia menetelmiä.

Beryllium on kuparin, nikkelin, raudan ja muiden seosten seostava lisäaine. Berylliumin kyky lisätä kuparin kovuutta löydettiin vuonna 1926. Kupariseoksia, joissa oli 1–3 % berylliumia, kutsuttiin berylliumpronsseiksi. Nyt tiedetään, että noin 2 % berylliumin lisääminen lisää kuparin lujuutta kuusinkertaiseksi. Lisäksi tällaisilla seoksilla (jotka sisältävät myös tyypillisesti 0,25 % kobolttia) on hyvä sähkönjohtavuus, korkea lujuus ja kulutuskestävyys. Ne ovat ei-magneettisia, korroosionkestäviä ja niillä on lukuisia käyttökohteita lentokoneiden moottoreiden liikkuvissa osissa, tarkkuusinstrumenteissa ja elektroniikan ohjausreleissä. Lisäksi ne eivät aiheuta kipinöitä ja siksi niitä käytetään laajasti öljyteollisuuden käsityökalujen valmistukseen. Nikkeliseosta, joka sisältää 2 % berylliumia, käytetään myös korkean lämpötilan jousiin, puristimiin, palkeisiin ja sähkökoskettimiin. Beryllium-alumiiniseokset, joissa berylliumpitoisuus on 65 %, ovat yhä tärkeämpiä. Niillä on laaja käyttöalue ilmailusta tietokonevalmistukseen.

Berylliumin avulla koneenosien ja mekanismien pinnan laatu paranee. Tätä varten valmis tuote pidetään berylliumjauheessa 900-1000 °C:ssa ja sen pinta on tehty kovemmaksi kuin parhaiden karkaistujen teräslaatujen pinta.

Toinen tärkeä berylliumin käyttöalue on ydinreaktoreissa, koska se on yksi tehokkaimmista neutronien hidastajista ja heijastimista. Sitä käytetään myös röntgenputkien ikkunoiden materiaalina. Beryllium läpäisee röntgensäteitä 17 kertaa paremmin kuin alumiini ja 8 kertaa paremmin kuin Lindemann-lasi.

Radiumin ja berylliumin yhdisteiden seosta on käytetty pitkään kätevänä laboratoriolähteenä ydinreaktiolla syntyneille neutroniille:

9Be + 4He = 12C + 1n

Vuonna 1932 englantilainen fyysikko James Chadwick löysi neutronin käyttämällä tätä seosta.

Berylliummetallin tuotantoa hallitsee Yhdysvallat (Brush Wellman, amerikkalainen yritys, joka sijaitsee Clevelandissa). Kiinassa ja Kazakstanissa on myös berylliummetallin tuotantolaitoksia.

Berylliumin kulutus Yhdysvalloissa, jossa metallia käytetään eniten, vuonna 2000 oli noin 260 tonnia (metallipitoisuuden mukaan), josta 75 % käytettiin kupari-beryllium-seosten muodossa jousien, liittimien ja liittimien valmistukseen. kytkimet, joita käytetään autoissa, lentokoneissa ja tietokoneissa. 1990-luvulla kupari-berylliumseosten hinnat pysyivät vakaina noin 400 dollarissa per kilo berylliumia, ja tämä hintataso jatkuu edelleen.

Roskillin mukaan berylliumin maailmanlaajuinen kysyntä laski jyrkästi vuonna 2001, mikä johtui osittain televiestintälaitteiden markkinoiden supistumisesta, koska ne ovat luultavasti tämän metallin suurin kuluttaja. Roskillin asiantuntijat uskovat kuitenkin, että keskipitkällä aikavälillä tämän laskun kompensoi kupari-berylliumteipin kysynnän kasvu autoelektroniikka- ja tietokonevalmistajilta. Pidemmällä aikavälillä kupari-berylliumseosten kulutuksen odotetaan jatkavan kasvuaan vedenalaisten tietoliikennelaitteiden valmistuksessa sekä öljy- ja kaasuteollisuuden putkien kysynnän, joiden koostumus sisältää berylliumia.

On epätodennäköistä, että berylliummetallin kysyntä kasvaisi merkittävästi, koska vaihtoehtoisten materiaalien hinnat ovat alhaisemmat kuin berylliumin, joka on erittäin kallis metalli. Joten useilla kulutusalueilla grafiitti, teräs, alumiini ja titaani voivat toimia vaihtoehtoisina materiaaleina, ja fosforipronssia voidaan käyttää kupari-beryllium-seosten sijasta.

berylliumyhdisteitä.

Berylliumissa, toisin kuin muissa ryhmän 2 alkuaineissa, ei ole yhdisteitä, joissa on pääosin ionisia sidoksia, samalla tunnetaan siitä lukuisia koordinaatioyhdisteitä sekä organometalliyhdisteitä, joissa usein muodostuu monikeskussidoksia.

Atomin pienestä koosta johtuen berylliumin koordinaatioluku on lähes aina 4, mikä on tärkeää analyyttisen kemian kannalta.

Vedessä olevat berylliumsuolat hydrolysoituvat nopeasti muodostaen useita epämääräisen rakenteen omaavia hydroksokomplekseja. Saostuminen alkaa, kun suhde OH – : Be 2+ > 1. Alkalin lisäys johtaa sakan liukenemiseen.

Berylliumhydridi BeH 2 saatiin ensimmäisen kerran vuonna 1951 pelkistämällä berylliumkloridi LiAlH 4 :llä. Se on amorfinen valkoinen aine. Kun berylliumhydridi kuumennetaan 250 °C:seen, se alkaa vapauttaa vetyä. Tämä yhdiste on kohtalaisen stabiili ilmassa ja vedessä, mutta hapot hajoavat nopeasti. Berylliumhydridi polymeroituu kolmikeskuksen BeHBe-sidosten ansiosta.

Berylliumhalogenidit. Vedettömiä berylliumhalogenideja ei voida saada reaktioilla vesiliuoksissa hydraattien, kuten F2, muodostumisen ja hydrolyysin vuoksi. paras tapa berylliumfluoridin saamiseksi on (NH 4) 2:n lämpöhajoaminen, ja berylliumkloridia saadaan kätevästi oksidista. Tätä varten ne vaikuttavat kloorilla berylliumoksidin ja hiilen seokseen 650–1000 °C:ssa. Berylliumkloridia voidaan myös syntetisoida suoraan korkeassa lämpötilassa klooraamalla metallista berylliumia tai sen karbidia. Samoja reaktioita käytetään vedettömän bromidin ja jodidin saamiseksi.

Berylliumfluoridi on lasimainen materiaali. Sen rakenne koostuu epäjärjestyneestä berylliumatomien (CN 4) verkostosta, jotka on yhdistetty fluoriatomien silloilla ja on samanlainen kuin kvartsilasin rakenne. Yli 270 °C:ssa berylliumfluoridi kiteytyy spontaanisti. Kuten kvartsi, se on alhaisen lämpötilan a-muodossa, joka muuttuu b-muodoksi 227 °C:ssa. Lisäksi voidaan saada kristobaliitin ja tridymiitin muotoja. BeF 2:n ja SiO 2:n rakenteellinen samankaltaisuus ulottuu myös fluoroberylaatteihin (jotka muodostuvat berylliumfluoridin vuorovaikutuksesta alkali- ja ammoniumfluoridien kanssa) ja silikaatteihin.

Berylliumfluoridi on fluororyllaattilasien komponentti ja suolaseos, jota käytetään sulan suolan ydinreaktoreissa.

Berylliumkloridia ja muita berylliumin halogenideja voidaan pitää moniytimisinä komplekseina yhdisteinä, joissa berylliumin koordinaatioluku on 4. Berylliumkloridikiteet sisältävät äärettömiä ketjuja, joissa on silloittavia klooriatomeja

Jopa kiehumispisteessä (550°C) kaasufaasi sisältää noin 20 % Be 2Cl 4 -dimeerimolekyylejä.

Berylliumkloridin ketjurakenne hajoaa helposti heikkojen ligandien, kuten dietyylieetterin, vaikutuksesta, jolloin muodostuu molekyylikomplekseja:

Vahvemmat luovuttajat, kuten vesi tai ammoniakki, antavat ionikomplekseja 2+ (Cl -) 2 . Halogenidi-ionien ylimäärän läsnä ollessa muodostuu halogenidikomplekseja, esimerkiksi 2–.

berylliumoksidi BeO esiintyy luonnossa harvinaisena bromeliittina.

Kalsinoimaton berylliumoksidi on hygroskooppista, adsorboi jopa 34% vedestä ja kalsinoitu 1500 °C:ssa - vain 0,18%. Berylliumoksidi, kalsinoitu korkeintaan 500 ° C:ssa, on helposti vuorovaikutuksessa happojen kanssa, vaikeampi - alkaliliuosten kanssa ja kalsinoitu yli 727 ° C - vain fluorivetyhapon, kuuman väkevän rikkihapon ja alkalisulatteiden kanssa. Berylliumoksidi kestää sulaa litiumia, natriumia, kaliumia, nikkeliä ja rautaa.

Berylliumoksidia saadaan berylliumsulfaatin tai -hydroksidin lämpöhajotuksella yli 800 °C:ssa. Erittäin puhdas tuote muodostuu hajottamalla emäksistä asetaattia yli 600 °C:ssa.

Berylliumoksidilla on erittäin korkea lämmönjohtavuus. 100 °C:ssa se on 209,3 W / (m K), mikä on enemmän kuin mikään ei-metalli ja jopa jotkut metallit. Berylliumoksidi yhdistää korkean sulamispisteen (2507 °C) ja mitättömän alhaisen höyrynpaineen. Se toimii kemiallisesti kestävänä ja tulenkestävänä materiaalina upokkaiden, korkean lämpötilan eristeiden, putkien, termoparien vaippojen ja erikoiskeramiikan valmistukseen. Inertissä ilmakehässä tai tyhjiössä berylliumoksidiupokkaita voidaan käyttää jopa 2000 °C:n lämpötiloissa.

Vaikka berylliumoksidi korvataan usein halvemmalla ja vähemmän myrkyllisellä alumiininitridillä, näissä tapauksissa havaitaan yleensä laitteiden suorituskyvyn heikkenemistä. Pidemmällä aikavälillä berylliumoksidin kulutuksen odotetaan jatkavan tasaista kasvuaan erityisesti tietokoneiden valmistuksessa.

berylliumhydroksidi Be(OH)2 saostuu berylliumsuolojen vesiliuoksista ammoniakin tai natriumhydroksidin kanssa. Sen liukoisuus veteen huoneenlämpötilassa on paljon pienempi kuin sen naapureiden jaksollisessa järjestelmässä ja on vain 3,10 -4 g l -1. Berylliumhydroksidi on amfoteerinen, reagoi sekä happojen että alkalien kanssa muodostaen suoloja, joissa beryllium on osa kationia tai vastaavasti anionia:

Be(OH)2 + 2H3O+ = Be 2+ + 2H2O

Be(OH) 2 + 2OH – = 2–

Berylliumhydroksokarbonaatti- yhdiste, jonka koostumus vaihtelee. Se muodostuu berylliumsuolojen vesiliuosten vuorovaikutuksesta natrium- tai ammoniumkarbonaattien kanssa. Liukoisten karbonaattien ylimäärän vaikutuksesta se muodostaa helposti monimutkaisia ​​yhdisteitä, kuten (NH4)2:ta.

Berylliumkarboksylaatit. Berylliumin ainutlaatuisuus ilmenee stabiilien haihtuvien molekyylioksidikarboksylaattien muodostumisessa, joilla on yleinen kaava , jossa R = H, Me, Et, Pr, Ph jne. Nämä valkoiset kiteiset aineet, joille on tyypillistä emäksinen berylliumasetaatti (R = CH 3 ), liukenevat hyvin orgaanisiin liuottimiin, mukaan lukien alkaanit, ja liukenemattomia veteen ja alempiin alkoholeihin. Niitä voidaan saada yksinkertaisesti keittämällä berylliumhydroksidia tai -oksidia karboksyylihapon kanssa. Tällaisten yhdisteiden rakenne sisältää keskeisen happiatomin, jota ympäröi tetraedrisesti neljä berylliumatomia. Tämän tetraedrin kuudella reunalla on kuusi silloittavaa asetaattiryhmää, jotka on järjestetty siten, että jokaisella berylliumatomilla on neljän happiatomin tetraedrinen ympäristö. Asetaattiyhdiste sulaa 285 °C:ssa ja kiehuu 330 °C:ssa. Se kestää kuumuutta ja hapettumista miedoissa olosuhteissa, se hydrolysoituu hitaasti kuumassa vedessä, mutta hajoaa nopeasti mineraalihappojen vaikutuksesta muodostaen vastaavan berylliumsuolan ja vapaan karboksyylihapon happoa.

Berylliumnitraatti Be(NO 3) 2 esiintyy normaaleissa olosuhteissa tetrahydraatin muodossa. Se liukenee hyvin veteen, hygroskooppinen. 60–100 °C:ssa muodostuu koostumukseltaan vaihtelevaa hydroksonitraattia. Korkeammissa lämpötiloissa se hajoaa berylliumoksidiksi.

Emäksisen nitraatin rakenne on samanlainen kuin karboksylaattien, joissa on silloittavia nitraattiryhmiä. Tämä yhdiste muodostuu liuottamalla berylliumkloridia N 2 O 4:n ja etyyliasetaatin seokseen, jolloin muodostuu kiteistä solvaattia, joka sitten kuumennetaan 50 °C:seen, jolloin saadaan vedetöntä Be(NO 3) 2 -nitraattia, joka hajoaa nopeasti 125 °C N 2 O 4:ksi ja .

Berylliumyhdisteet. Berylliumista tunnetaan lukuisia yhdisteitä, jotka sisältävät beryllium-hiilisidoksia. BeR2-yhdisteet, joissa R on alkyyli, ovat kovalenttisia ja niillä on polymeerinen rakenne. (CH3)2Be-yhdisteellä on ketjurakenne, jossa metyyliryhmien tetraedrinen järjestely berylliumatomin ympärillä. Se sublimoituu helposti kuumennettaessa. Pareittain se esiintyy dimeerinä tai trimeerinä.

R 2 Be -yhdisteet syttyvät itsestään ilmassa ja hiilidioksidiatmosfäärissä, reagoivat kiivaasti veden ja alkoholien kanssa, muodostavat stabiileja komplekseja amiinien, fosfiinien ja eetterien kanssa.

R2Be syntetisoidaan berylliumkloridin vuorovaikutuksella organomagnesiumyhdisteiden kanssa eetterissä tai berylliummetallin kanssa R2Hg:n kanssa. (C6H5)2Be:n ja (C5H5)2Be:n saamiseksi käytetään berylliumkloridin reaktiota alkalisten alkuaineiden vastaavien johdannaisten kanssa.

Oletetaan, että yhdisteet, joiden koostumus on RBeX (X on halogeeni, OR, NH2, H), ovat R2Be. BeX2. Ne ovat vähemmän reaktiivisia, etenkään hiilidioksidi ei vaikuta niihin.

Organoberylliumyhdisteitä käytetään katalyytteinä olefiinien dimeroinnissa ja polymeroinnissa sekä erittäin puhtaan berylliummetallin valmistuksessa.

Berylliumin biologinen rooli.

Beryllium ei ole biologisesti tärkeä kemiallisia alkuaineita. Samaan aikaan lisääntynyt berylliumpitoisuus on terveydelle vaarallista. Berylliumyhdisteet ovat erittäin myrkyllisiä erityisesti pölyn ja savun muodossa, niillä on allergisia ja syöpää aiheuttavia vaikutuksia ja ne ärsyttävät ihoa ja limakalvoja. Jos se joutuu keuhkoihin, se voi aiheuttaa kroonisen sairauden - beryllioosin (keuhkojen vajaatoiminta). Keuhkojen, ihon ja limakalvojen sairaudet voivat ilmaantua 10–15 vuoden kuluttua berylliumaltistuksen päättymisestä.

Uskotaan, että tämän alkuaineen myrkylliset ominaisuudet liittyvät Be(II):n kykyyn korvata Mg(II):ta magnesiumia sisältävissä entsyymeissä sen vahvemman koordinaatiokyvyn ansiosta.

Elena Savinkina

Beryllium on kemiallinen alkuaine, jonka symboli on Be ja atomiluku 4. Se on suhteellisen harvinainen alkuaine universumissa, jota tavataan yleensä suurten atomiytimien fissiotuotteena, jotka törmäävät kosmisiin säteisiin. Tähtien ytimissä beryllium loppuu, kun se sulautuu ja muodostaa suurempia alkuaineita. Se on kaksiarvoinen alkuaine, jota esiintyy luonnossa vain yhdessä muiden mineraalien alkuaineiden kanssa. Merkittäviä berylliumia sisältäviä jalokiviä ovat beryll (akvamariini, smaragdi) ja krysoberyyli. Vapaana alkuaineena beryllium on vahva, kevyt ja hauras teräksenvärinen maa-alkalimetalli. Beryllium parantaa monia fyysiset ominaisuudet muut aineet, kun niitä lisätään seosaineena alumiiniin, kupariin (erityisesti berylliumkupariseokseen), rautaan ja nikkeliin. Beryllium ei muodosta oksideja ennen kuin se saavuttaa erittäin korkeita lämpötiloja. Berylliumkupariseoksesta valmistetut työkalut ovat vahvoja ja kovia, eivätkä ne aiheuta kipinöitä, kun niitä lyödään teräspintaa vasten. Rakenteellisissa sovelluksissa korkean taivutusjäykkyyden, lämpöstabiilisuuden, lämmönjohtavuuden ja alhaisen tiheyden (1,85 kertaa veden tiheys) yhdistelmä tekee berylliummetallista halutun ilmailumateriaalin lentokoneisiin, raketteihin, avaruusaluksiin ja satelliittikomponentteihin. Pienen tiheyden ja atomimassansa ansiosta beryllium on suhteellisen läpinäkyvä röntgensäteille ja muille ionisoivan säteilyn muodoille. siksi se on yleisin lasitusmateriaali röntgenlaitteissa ja hiukkasilmaisinkomponenteissa. Berylliumin ja berylliumoksidin korkea lämmönjohtavuus on johtanut niiden käyttöön lämpötilansäätölaitteissa. Berylliumin kaupallinen käyttö vaatii aina asianmukaista pölyntorjuntalaitteistoa ja teollista valvontaa berylliumia sisältävän hengitettävän pölyn myrkyllisyyden vuoksi, mikä voi aiheuttaa joillakin ihmisillä kroonisen, hengenvaarallisen allergisen sairauden, jota kutsutaan beryllioosiksi.

Ominaisuudet

Fyysiset ominaisuudet

Beryllium on teräksenvärinen kova metalli, joka on hauras huoneenlämpötilassa ja jolla on tiiviisti pakattu kuusikulmainen kiderakenne. Sillä on poikkeuksellinen jäykkyys (Youngin moduuli 287 GPa) ja melko korkea sulamispiste. Berylliumin kimmomoduuli on noin 50 % suurempi kuin teräksen. Tämän moduulin ja suhteellisen alhaisen tiheyden yhdistelmä johtaa berylliumissa epätavallisen suureen äänennopeuteen, noin 12,9 km/s huoneolosuhteissa. Muita berylliumin merkittäviä ominaisuuksia ovat korkea ominaislämpökapasiteetti (1925 J kg-1 K-1) ja lämmönjohtavuus (216 W m-1 K-1), mikä tekee beryllistä metallin, jolla on parhaat lämmönsiirtoominaisuudet massayksikköä kohden. Yhdessä suhteellisen alhaisen lineaarisen lämpölaajenemiskertoimen (11,4 × 10-6 K-1) kanssa nämä ominaisuudet johtavat berylliumin ainutlaatuiseen stabiilisuuteen lämpörasituksen olosuhteissa.

ydinominaisuudet

Luonnossa esiintyvä beryllium kosmogeenisten radioisotooppien vähäistä kontaminaatiota lukuun ottamatta on isotooppisesti puhdasta beryllium-9:ää, jonka ydinspin on 3/2. Berylliumilla on suuri sirontapoikkileikkaus suurienergisille neutroneille, noin 6 baaria yli noin 10 keV:n energioille. Siksi se toimii neutroniheijastimena ja neutronien hidastajana hidastaen tehokkaasti neutroneja lämpöenergia-alueelle alle 0,03 eV, jossa kokonaispoikkileikkaus on vähintään suuruusluokkaa pienempi - tarkka arvo riippuu suuresti puhtaudesta ja koosta materiaalissa olevista kristalliiteista. Berylliumin ainoa alkuisotooppi, 9Be, käy myös läpi (n,2n) neutronireaktion neutronienergialla yli 1,9 MeV, jolloin syntyy 8Be:tä, joka hajoaa lähes välittömästi kahdeksi alfahiukkaseksi. Siten korkeaenergisille neutroneille beryllium on neutronikertoja, joka vapauttaa enemmän neutroneja kuin absorboi. Tämä ydinreaktio:

94Be + N → 2 (42He) + 2n

Neutroneita vapautuu, kun berylliumytimiä iskevät energiset alfahiukkaset, jolloin syntyy ydinreaktio.

94Be + 42He → 126C + N

jossa 42He on alfahiukkanen ja 126C on hiili-12-ydin. Beryllium vapauttaa myös neutroneja, kun sitä pommitetaan gammasäteillä. Näin ollen luonnollinen beryllium, jota pommitetaan sopivasta radioisotoopista alfa- tai gammalla, on useimpien radioaktiivisten isotooppien ydinreaktioneutronilähteiden avainkomponentti vapaiden neutronien laboratoriotuotannossa. Ei suuri määrä tritiumia vapautuu, kun 94Be-ytimet absorboivat matalaenergisiä neutroneja kolmivaiheisessa ydinreaktiossa

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

Huomaa, että 62He:n puoliintumisaika on vain 0,8 sekuntia, β- on elektroni ja 63Li:llä on korkea neutronien absorptiopoikkileikkaus. Tritium on ydinreaktorijätteen kannalta huolestuttava radioisotooppi. Metallina beryllium on läpinäkyvä useimmille röntgen- ja gammasäteilyn aallonpituuksille, mikä tekee siitä hyödyllisen röntgenputkien ja muiden vastaavien laitteiden ulostuloikkunoissa.

Isotoopit ja nukleosynteesi

Sekä stabiileja että epästabiileja berylliumin isotooppeja syntyy tähdissä, mutta radioisotoopit ovat lyhytikäisiä. Uskotaan, että suurin osa maailmankaikkeuden vakaasta berylliumista syntyi alun perin tähtienvälisessä väliaineessa, kun kosmiset säteet aiheuttivat fissiota tähtienvälisestä kaasusta ja pölystä löytyvissä raskaammissa elementeissä. Alkuperäinen beryllium sisältää vain yhden stabiilin isotoopin, 9Be:n, ja siksi beryllium on monoisotooppinen alkuaine. Radioaktiivinen kosmogeeninen 10Be muodostuu maan ilmakehässä hajoamalla happea kosmisten säteiden vaikutuksesta. 10Be kerääntyy maan pinnalle, jossa sen suhteellisen pitkä puoliintumisaika (1,36 miljoonaa vuotta) mahdollistaa tämän alkuaineen pysymisen tässä tilassa pitkään ennen kuin se hajoaa boori-10:ksi. Siten 10Be:n ja sen tytärtuotteiden avulla tutkitaan luonnollista maaperän eroosiota, maanmuodostusta ja lateriittista maaperän kehitystä sekä mitataan auringon aktiivisuuden muutoksia ja jääytimien ikää. 10Be:n tuotanto on kääntäen verrannollinen auringon aktiivisuuteen, koska aurinkotuulen lisääntyminen korkean aurinkoaktiivisuuden aikoina vähentää maapallon saavuttavien galaktisten kosmisten säteiden virtaa. Ydinräjähdykset muodostavat myös 10Be:tä nopeiden neutronien reaktiossa ilmassa olevan hiilidioksidin 13C:n kanssa. Tämä on yksi ydinaselaitosten aiemman toiminnan indikaattoreista. 7Be-isotooppi (puoliintumisaika 53 päivää) on myös kosmogeeninen, ja sen ilmakehässä esiintyy auringonpilkkuihin liittyvää runsautta, joka on samanlainen kuin 10Be. 8Be:n puoliintumisaika on hyvin lyhyt, noin 7 × 10-17 s, mikä myötävaikuttaa sen merkittävään kosmologiseen rooliin, koska berylliumia raskaampia alkuaineita ei voitu tuottaa ydinfuusion avulla alkuräjähdyksessä. Tämä johtuu siitä, että Big Bangin nukleosynteesivaiheessa ei ole riittävästi aikaa tuottaa hiiltä fuusioimalla 4He-ytimiä ja saatavilla olevan beryllium-8:n erittäin alhaisia ​​pitoisuuksia. Brittiläinen tähtitieteilijä Sir Fred Hoyle osoitti ensin, että 8Be- ja 12C-energiatasot mahdollistavat hiilen tuotannon niin kutsutun kolmoisalfa-prosessin kautta heliumia sisältävissä tähdissä, joissa nukleosynteesiaikaa on enemmän. Tämä prosessi mahdollistaa hiilen muodostumisen tähdissä, mutta ei alkuräjähdyksessä. Siten tähtien luoma hiili (hiilen elämän perusta) on komponentti kaasu- ja pölyelementeissä, joita asymptoottiset jättiläishaaratähdet ja supernovat sinkoavat (katso myös Big Bang -nukleosynteesi) sekä kaikkien muiden alkuaineiden luominen. atomiluvut ovat suurempia kuin hiili. Berylliumin 2s-elektroni voi helpottaa kemiallista sitoutumista. Joten kun 7Be hajoaa vangitsemalla L-elektroneja, se tekee sen ottamalla niiden atomikiertoradalta elektroneja, jotka voivat osallistua sitoutumiseen. Tämä aiheuttaa sen, että sen hajoamisnopeus riippuu mitattavassa määrin sen kemiallisesta ympäristöstä - harvinainen tapaus ytimien hajoamisessa. Lyhyinikäisin berylliumin tunnettu isotooppi on 13Be, joka hajoaa neutronisäteilyn vaikutuksesta. Sen puoliintumisaika on 2,7 × 10-21 s. 6Be on myös erittäin lyhytikäinen, ja sen puoliintumisaika on 5,0 × 10-21 s. Eksoottisilla isotoopeilla 11Be ja 14Be tiedetään olevan ydinhalo. Tämä ilmiö voidaan ymmärtää, koska 11Be- ja 14Be-ytimissä on vastaavasti 1 ja 4 neutronia, jotka pyörivät melkein klassisen Fermi-mallin ulkopuolella.

Yleisyys

Auringon berylliumpitoisuus on 0,1 ppb (ppb). Berylliumin pitoisuus maankuoressa on 2–6 miljoonasosaa (ppm). Se on keskittynyt eniten maaperään, 6 ppm. Maan ilmakehästä löytyy pieniä määriä 9Be:tä. Meriveden berylliumpitoisuus on 0,2-0,6 osaa biljoonaa kohden. Juoksevassa vedessä beryllium on kuitenkin runsaampaa ja sen pitoisuus on 0,1 ppm. Berylliumia esiintyy yli 100 mineraalissa, mutta useimmat ovat harvinaisia. Yleisempiä berylliumia sisältäviä mineraaleja ovat: bertrandiitti (Be4Si2O7(OH)2), berylli (Al2Be3Si6O18), krysoberyyli (Al2BeO4) ja fenakiitti (Be2SiO4). Beryylin arvokkaita muotoja ovat akvamariini, punainen berylli ja smaragdi. Korkealaatuisten berylin muotojen vihreä väri liittyy vaihteleviin määriin kromia (noin 2 % smaragdilla). Berylliumin kahta päämalmia, berylliä ja bertraniittia, löytyy Argentiinasta, Brasiliasta, Intiasta, Madagaskarista, Venäjältä ja Yhdysvalloista. Maailman berylliummalmin kokonaisvarannot ovat yli 400 000 tonnia.Beryllium on olennainen osa tupakansavua.

Tuotanto

Berylliumin uuttaminen sen yhdisteistä on vaikea prosessi, koska se on korkea affiniteetti happea kohtaan korkeissa lämpötiloissa ja sen kyky vähentää vettä, kun oksidikalvo poistetaan. Yhdysvallat, Kiina ja Kazakstan ovat ainoat kolme maata, jotka osallistuvat kaupalliseen berylliumin louhintaan. Beryllium uutetaan yleisimmin beryllistä, joka sintrataan käyttämällä uuttoainetta tai sulatetaan liukoiseksi seokseksi. Sintrausprosessissa berylliä sekoitetaan natriumfluorosilikaatin ja soodan kanssa 770 °C:ssa (1420 °F) natriumfluororyllaatin, alumiinioksidin ja piidioksidin muodostamiseksi. Berylliumhydroksidi saostetaan liuoksesta, jossa on natriumfluoroberylaattia ja natriumhydroksidia vedessä. Berylliumin uuttaminen sulamenetelmällä sisältää beryllin jauhamisen jauheeksi ja sen kuumentamisen 1650 °C:seen (3000 °F). Liuos jäähdytetään nopeasti vedellä ja kuumennetaan sitten uudelleen 250-300 °C:seen (482-557 °F) väkevässä rikkihapossa, mikä tuottaa pääasiassa berylliumsulfaattia ja alumiinisulfaattia. Ammoniakin vesiliuosta käytetään sitten alumiinin ja rikin poistamiseen, jolloin jäljelle jää berylliumhydroksidia. Berylliumhydroksidi, joka on valmistettu joko sintraus- tai sulatusmenetelmällä, muunnetaan sitten berylliumfluoridiksi tai berylliumkloridiksi. Fluorin muodostamiseksi ammoniumfluoridin vesiliuosta lisätään berylliumhydroksidiin, jolloin saadaanka, joka kuumennetaan 1000 °C:seen (1830 °F) berylliumfluoridin muodostamiseksi. Fluorin kuumentaminen 900 °C:seen (1 650 °F) magnesiumilla tuottaa hienojakoista berylliumia, ja lisäkuumennus 1 300 °C:seen muodostaa kompaktin metallin. Berylliumhydroksidin kuumentaminen muodostaa oksidin, joka muuttuu berylliumkloridiksi yhdistettynä hiilen ja kloorin kanssa. Sulan berylliumkloridin elektrolyysiä käytetään sitten metallin valmistukseen.

Kemiallisia ominaisuuksia

Berylliumin kemiallinen käyttäytyminen johtuu suurelta osin sen pienistä atomi- ja ionisäteistä. Siten sillä on erittäin korkea ionisaatiopotentiaali ja voimakas polarisaatio yhdistettynä muihin atomiin, joten kaikki sen yhdisteet ovat kovalenttisia. Se on kemiallisesti samanlainen kuin alumiini kuin sen lähinaapurit jaksollisessa taulukossa, koska sillä on sama "varauksen ja säteen" suhde. Berylliumin ympärille muodostuu oksidikerros, joka estää lisäreaktiot ilman kanssa, ellei ainetta lämmitetä yli 1000 °C:een. Sytytettynä beryllium palaa loistavalla tulella muodostaen seoksen berylliumoksidia ja berylliumnitridiä. Beryllium liukenee helposti hapettamattomiin happoihin, kuten HCl:ään ja laimeaan H2SO4:ään, mutta ei typpihappoon tai veteen, koska tässä prosessissa muodostuu oksidia. Tämä on samanlainen kuin alumiinin käyttäytyminen. Beryllium liukenee myös emäksisiin liuoksiin. Berylliumatomilla on elektroninen konfiguraatio 2s2. Kaksi valenssielektronia antavat berylliumille a+2-hapetustilan ja siten kyvyn muodostaa kaksi kovalenttista sidosta; ainoa todiste berylliumin alhaisemmasta valenssista on metallin liukoisuus BeCl2:een. Oktettisäännön vuoksi atomeilla on taipumus löytää valenssi 8 muistuttamaan jalokaasua. Beryllium yrittää saavuttaa koordinaatioluvun 4, koska sen kaksi kovalenttista sidosta täyttävät puolet tästä oktetista. Tetrakoordinaatio sallii berylliumyhdisteiden, kuten fluorin tai kloridin, muodostaa polymeerejä. Tätä ominaisuutta käytetään analyyttisissa menetelmissä, joissa käytetään ligandina EDTA:ta (etyleenidiamiinitetraetikkahappoa). EDTA muodostaa ensisijaisesti oktaedrikomplekseja, mikä poistaa muita kationeja, kuten Al3+, jotka voivat häiritä esimerkiksi Be2+:n ja asetyyliasetonin välille muodostuneen kompleksin liuotinuuttoa. Beryllium(II) muodostaa helposti komplekseja vahvojen luovuttajaligandien, kuten fosfiinioksidien ja arsiinioksidien, kanssa. Näistä komplekseista on tehty laajoja tutkimuksia, jotka osoittavat O-Be-sidoksen stabiilisuuden. Berylliumsuolojen liuokset, kuten berylliumsulfaatti ja berylliumnitraatti, ovat happamia johtuen 2+ 2+ + H2O ⇌ + + H3O + -hydrolyysistä. Muita hydrolyysituotteita ovat trimeeri-ioni 3+. Berylliumhydroksidi, Be (OH) 2, on liukenematon jopa happamiin liuoksiin, joiden pH on alle 6, eli biologisessa pH:ssa. Se on amfoteerinen ja liukenee voimakkaasti emäksisiin liuoksiin. Beryllium muodostaa binäärisiä yhdisteitä monien ei-metallien kanssa. Vedettömät halogenidit tunnetaan F:stä, Cl:stä, Br:stä ja I:stä. BeF2:lla on piidioksidin kaltainen rakenne, jossa on neljä kulmaa jakavaa tetraedria. BeCl2:lla ja BeBr2:lla on ketjurakenteet, joissa on reunatetraedria. Kaikilla berylliumhalogenideilla on lineaarinen monomeerinen molekyylirakenne kaasufaasissa. Berylliumdifluoridi, BeF2, eroaa muista difluorideista. Yleensä beryllium sitoutuu kovalenttisesti, paljon enemmän kuin muut maa-alkalimetallit, ja sen fluoridi on osittain kovalenttinen (vaikkakin ionisempi kuin muut halogenidit). BeF2:lla on paljon yhteistä SiO2:n (kvartsin) kanssa, pääasiassa kovalenttisesti sidotun verkon kanssa. BeF2:ssa on tetraedrisesti koordinoitu metalli ja se muodostaa laseja (vaikeasti kiteytyviä). Kiteisessä muodossaan berylliumfluoridilla on sama huoneenlämpöinen kiderakenne kuin kvartsilla, ja sillä on myös monia korkean lämpötilan rakenteita. Berylliumdifluoridi liukenee hyvin veteen, toisin kuin muut maa-alkalimetallidifluoridit. (Vaikka ne ovat vahvasti ionisia, ne eivät liukene fluoriittirakenteen erityisen vahvan hilaenergian vuoksi). BeF2:lla on kuitenkin paljon pienempi sähkönjohtavuus liuoksessa tai sulatettuna kuin mitä olisi odotettavissa, jos se olisi täysin ioninen. Berylliumoksidi, BeO, on valkoinen, tulenkestävä kiinteä aine, jonka wurtsiittikiderakenne ja lämmönjohtavuus ovat korkeammat kuin joillakin metalleilla. BeO on amfoteerinen. Berylliumsuoloja voidaan saada käsittelemällä Be(OH)2 hapolla. Tunnetaan berylliumsulfidi, selenidi ja telluridi, joilla kaikilla on sfaleriittirakenne. Berylliumnitridi, Be3N2, on korkean sulamispisteen yhdiste, joka hydrolysoituu helposti. Tunnettuja ovat berylliumatsidi, BeN6 ja berylliumfosfidi, Be3P2, jonka rakenne on samanlainen kuin Be3N2. Emäksisellä berylliumnitraatilla ja emäksisellä berylliumasetaatilla on samanlaiset tetraedriset rakenteet, joissa neljä berylliumatomia on koordinoitunut keskusoksidi-ionin kanssa. Tunnetaan useita berylliumborideja, kuten Be5B, Be4B, Be2B, BeB2, BeB6 ja BeB12. Berylliumkarbidi, Be2C, on tulenkestävä tiilenpunainen yhdiste, joka reagoi veden kanssa muodostaen metaania. Berylliumsilikidia ei ole tunnistettu.

Tarina

Berylliumia sisältävä beryllimineraali on ollut käytössä ainakin Egyptin Ptolemaios-dynastian hallituskaudesta lähtien. Ensimmäisellä vuosisadalla jKr. Roomalainen luonnontieteilijä Plinius Vanhin mainitsi tietosanakirjassaan "Natural History" berylin ja smaragdin ("smaragdus") samankaltaisuuden. Kolmannella tai neljännellä vuosisadalla kirjoitettu papyrus Graecus Holmiensis sisältää muistiinpanoja keinotekoisen smaragdin ja berylin valmistamisesta. Martin Heinrich Klaprothin, Thorbern Olof Bergmannin, Franz Karl Achardin ja Johann Jakob Bindheimin varhaiset analyysit smaragdeista ja beryleistä antoivat aina samanlaisia ​​elementtejä, mikä johti virheelliseen johtopäätökseen, että molemmat aineet olivat alumiinisilikaatteja. Minerologi René Just Haüy havaitsi, että molemmat kiteet olivat geometrisesti identtisiä, ja hän pyysi kemisti Louis-Nicolas Vauquelinia suorittamaan kemiallisen analyysin. Vuonna 1798 Institut de Francessa luetussa paperissa Vauquelin kertoi löytäneensä uuden "maan" liuottamalla smaragdi- ja beryllalumiinihydroksidia lisäemäksiin. Annales de Chimie et the Physique -lehden toimittajat nimesivät uuden maan "glusiiniksi" joidenkin sen yhdisteiden makean maun vuoksi. Klaproth piti parempana nimeä "berylliini", koska yttrium muodosti myös makeita suoloja. Wöhler käytti nimeä "beryllium" ensimmäisen kerran vuonna 1828. Friedrich Wöhler oli yksi tutkijoista, joka eristi itsenäisesti berylliumia. Friedrich Wöhler ja Antoine Bussy eristivät itsenäisesti berylliumin vuonna 1828 saattamalla kaliummetallin kemiallisesti reagoimaan berylliumkloridin kanssa seuraavasti:

BeCl2 + 2K → 2KCl+

Alkoholilampun avulla Wöhler lämmitti vuorotellen berylliumkloridia ja kaliumkloridia platinaupokkaassa lankapiirillä. Yllä oleva reaktio tapahtui välittömästi ja sai upokkaan muuttumaan valkoiseksi. Jäähdytettyään ja pestyään saatu harmaa-musta jauhe, tiedemies näki, että aine koostui pienistä hiukkasista, joilla oli tumma metallinen kiilto. Erittäin reaktiivista kaliumia saatiin sen yhdisteiden elektrolyysillä, ja tämä prosessi löydettiin 21 vuotta sitten. Kemiallinen menetelmä, jossa käytettiin kaliumia, tuotti vain pieniä berylliumjyviä, joista oli mahdotonta valaa tai vasaralla metalliharkkoa. Paul Lebon vuonna 1898 suorittama sulan beryllfluoridin ja natriumfluoridin seoksen suora elektrolyysi johti ensimmäisten puhtaiden (99,5 - 99,8 %) berylliumnäytteiden muodostumiseen. Ensimmäinen mainos onnistunut prosessi berylliumtuotannon kehittivät vuonna 1932 Alfred Fonda ja Hans Goldschmidt. Prosessi sisältää berylliumfluoridien ja bariumin seoksen elektrolyysin, mikä saa sulan berylliumin kerääntymään vesijäähdytetylle katodille. Berylliumnäytettä pommitettiin alfasäteillä radiumin hajoamisesta James Chadwickin vuoden 1932 kokeessa, joka paljasti neutronin olemassaolon. Tätä samaa tekniikkaa käytetään yhdessä radioisotooppien luokassa laboratorioneutronilähteitä, jotka tuottavat 30 neutronia jokaista miljoonaa alfahiukkasta kohden. Berylliumin tuotanto nousi pilviin toisen maailmansodan aikana johtuen berylliumin ja kuparin kovien metalliseosten ja loistelamppujen loisteaineiden kasvavasta kysynnästä. Useimmat varhaiset loistelamput käyttivät sinkkiortosilikaattia, jossa oli vaihtelevia määriä berylliumia, joka säteili vihertävää valoa. Pienet magnesiumvolframaattilisäykset paransivat spektrin sinistä päätä antamaan hyväksyttävän valkoisen valon. Berylliumpohjaiset loisteaineet korvattiin halofosfaattiloisteaineilla, kun beryllium osoittautui myrkylliseksi. Beryylifluoridin ja natriumfluoridin seoksen elektrolyysiä käytettiin berylliumin eristämiseen 1800-luvulla. Metallin korkea sulamispiste tekee tästä prosessista energiaintensiivisemmän kuin vastaavat alkalimetallien käsittelyyn käytetyt prosessit. 1900-luvun alussa tutkittiin berylliumin tuotantoa berylliumjodidin lämpöhajoamisen avulla samanlaisen zirkoniumin valmistusprosessin onnistumisen jälkeen, mutta prosessi osoittautui epätaloudelliseksi irtotavaratuotannossa. Puhdasta berylliummetallia oli saatavilla vasta vuonna 1957, vaikka sitä oli käytetty seosmetallina kuparin kovettamiseen paljon aikaisemmin. Berylliumia voidaan saada pelkistämällä berylliumyhdisteitä, kuten berylliumkloridia kalium- tai natriummetallilla. Tällä hetkellä suurin osa berylliumista saadaan pelkistämällä berylliumfluoridia puhdistetulla magnesiumilla. Vuonna 2001 tyhjiövalettujen berylliumharkkojen hinta Yhdysvaltain markkinoilla oli noin 338 dollaria paunalta (745 dollaria kilogrammalta). Vuosina 1998–2008 maailman berylliumin tuotanto laski 343 tonnista 200 tonniin, josta 176 tonnia (88 %) tuli Yhdysvalloista.

Etymologia

Sanan beryllium varhaiset esiasteet voidaan jäljittää moniin kieliin, mukaan lukien latinalainen beryllus; ranskalainen Bery; kreikka βήρυλλος, bērullos, beryll; prakrit veruliya (वॆरुलिय); Pāli veḷuriya (वेलुरिय), veḷiru (भेलिरु) tai viḷar (भिलर्) - "vaalentaa", viitaten vaalean jalokiven semiiin. Alkuperäinen lähde on luultavasti sanskritin sana वैडूर्य (vaiduriya), joka on dravidialaista alkuperää ja saattaa liittyä nykyajan Belurin kaupungin nimeen. Noin 160 vuoden ajan beryllium tunnettiin myös glusiinina tai glusiniumina (mukaan lukien kemiallinen symboli "Gl" tai "G"). Nimi tulee kreikan sanasta makeutta: γλυκυς, berylliumsuolojen makean maun vuoksi.

Sovellukset

säteilyikkunat

Pienen atomiluvun ja erittäin alhaisen röntgenabsorption vuoksi berylliumin vanhin ja edelleen yksi tärkeimmistä käyttötavoista on röntgenputkien säteilyikkunoissa. Berylliumin puhtaudelle asetetaan äärimmäisiä vaatimuksia, jotta vältetään esineiden ilmaantuminen röntgensäteissä. Ohuetta berylliumfoliota käytetään röntgenilmaisimien säteilyikkunoina, ja erittäin alhainen absorptio minimoi synkrotronisäteilylle tyypillisten korkean intensiteetin ja matalaenergisten röntgensäteiden aiheuttamat lämpövaikutukset. Tyhjiötiiviit ikkunat ja sädeputket synkrotronien säteilykokeita varten on valmistettu yksinomaan berylliumista. Erilaisten röntgentutkimusten tieteellisissä asetuksissa (esim. energiaa hajottava röntgenspektroskopia) näyteteline on yleensä valmistettu berylliumista, koska sen lähettämillä röntgensäteillä on paljon pienempi energia (~100 eV) kuin useimpien tutkittujen. materiaaleja. Pieni atomiluku tekee berylliumista myös suhteellisen läpinäkyvän energisille hiukkasille. Siksi sitä käytetään sädeputken rakentamiseen törmäysalueen ympärille hiukkasfysiikan laitoksissa, kuten kaikissa neljässä suuressa hadronitörmäyttimessä (ALICE, ATLAS, CMS, LHCb), Tevatronissa ja SLAC:ssa. Berylliumin alhainen tiheys sallii törmäystuotteiden saavuttaa ympäröivät ilmaisimet ilman merkittävää vuorovaikutusta, sen jäykkyys mahdollistaa sen, että se voi luoda voimakkaan tyhjiön putken sisään minimoimaan vuorovaikutuksen kaasujen kanssa, sen lämpöstabiilius mahdollistaa sen toiminnan normaalisti lämpötiloissa, jotka ovat vain muutaman asteen absoluuttisen nollan yläpuolella, ja sen diamagneettinen luonne estää häiriöitä moninapaisiin magneettijärjestelmiin, joita käytetään ohjaamaan ja fokusoimaan hiukkassäteitä.

Mekaaniset sovellukset

Berylliummetallia käytetään jäykkyyden, pienen massan ja mittavakauden ansiosta laajalla lämpötila-alueella kevyissä rakenneosissa puolustus- ja ilmailuteollisuudessa nopeissa lentokoneissa, ohjatuissa ohjuksissa, avaruusaluksissa ja satelliiteissa. Useat nestemäisen polttoaineen raketit ovat käyttäneet puhdasta berylliumrakettisuuttimia. Berylliumjauhetta on itsekin tutkittu rakettipolttoaineena, mutta tällaista käyttöä ei ole koskaan tapahtunut. Pieni määrä äärimmäisen korkealaatuisia polkupyörän runkoja on rakennettu berylliumia käyttämällä. Vuosina 1998–2000 McLaren Formula One -tiimi käytti Mercedes-Benz-moottoreita, joissa oli berylliumalumiiniseoksesta valmistettuja mäntiä. Berylliummoottorikomponenttien käyttö kiellettiin Scuderia Ferrarin protestin seurauksena. Noin 2,0 % berylliumin sekoittaminen kupariin johti berylliumkupariksi kutsuttuun seokseen, joka on kuusi kertaa vahvempi kuin kupari yksin. Berylliumlejeeringeillä on lukuisia sovelluksia johtuen niiden yhdistelmästä joustavuus, korkea sähkö- ja lämmönjohtavuus, korkea lujuus ja kovuus, ei-magneettiset ominaisuudet sekä hyvä korroosionkestävyys ja vetolujuus. Näitä sovelluksia ovat kipinöimättömät instrumentit, joita käytetään syttyvien kaasujen (berylliumnikkeli) lähellä, jousissa ja kalvoissa (berylliumnikkeli ja berylliumrauta), joita käytetään kirurgisissa instrumenteissa ja korkean lämpötilan laitteissa. Alle 50 ppm berylliumia seostettuna nestemäisen magnesiumin kanssa parantaa merkittävästi hapettumiskestävyyttä ja vähentää syttyvyyttä. Berylliumin korkea elastinen jäykkyys on johtanut sen laajaan käyttöön tarkkuusmittauslaitteissa, esimerkiksi inertiaohjausjärjestelmissä ja optisten järjestelmien tukimekanismeissa. Beryllium-kupariseoksia käytettiin myös kovettimena "Jason-aseissa", joita käytettiin maalin poistamiseen laivojen rungoista. Berylliumia on käytetty myös korkean suorituskyvyn kasettipatruunoiden konsoleissa, joissa sen äärimmäinen jäykkyys ja alhainen tiheys mahdollistivat 1 gramman seurantapainon, mutta silti seurataan korkeataajuisia kanavia minimaalisella säröllä. Berylliumin varhainen pääkäyttö on sotilaslentokoneiden jarruissa sen kovuuden, korkean sulamispisteen ja poikkeuksellisen lämmönpoistokyvyn vuoksi. Ympäristösyistä beryllium on korvattu muilla materiaaleilla. Kustannusten vähentämiseksi beryllium voidaan seostaa huomattavalla määrällä alumiinia, jolloin saadaan AlBeMet (tuotenimi) -seos. Tämä seos on halvempaa kuin puhdas beryllium, mutta säilyttää monet berylliumin hyödylliset ominaisuudet.

Peilit

Berylliumpeilit ovat erityisen kiinnostavia. Suuripintaisia, usein hunajakennorakenteisia peilejä käytetään esimerkiksi meteorologisissa satelliiteissa, joissa pieni massa ja pitkäaikainen tilavakaus ovat kriittisiä tekijöitä. Pienempiä berylliumpeilejä käytetään optisissa ohjausjärjestelmissä ja palonhallintajärjestelmissä, kuten saksalaisissa tankeissa Leopard 1 ja Leopard 2. Nämä järjestelmät vaativat erittäin nopeaa peililiikettä, mikä edellyttää myös pientä massaa ja suurta jäykkyyttä. Tyypillisesti berylliumpeilissä on kova nikkelipinnoite, joka on helpompi kiillottaa ohuemmaksi optiseksi pinnoitteeksi kuin beryllium. Joissakin sovelluksissa berylliumaihio kuitenkin kiillotetaan ilman pinnoitetta. Tämä pätee erityisesti kryogeenisiin sovelluksiin, joissa lämpölaajenemisen epäsovitus voi johtaa pinnoitteen vääntymiseen. James Webbin avaruusteleskoopin peileissä on 18 kuusikulmaista berylliumsegmenttiä. Koska tämän kaukoputken lämpötila on 33 K, peili on valmistettu kullatusta berylliumista, joka kestää äärimmäistä kylmää paremmin kuin lasi. Beryllium kutistuu ja muotoutuu vähemmän kuin lasi ja pysyy tasaisempana näissä lämpötiloissa. Samasta syystä Spitzer-avaruusteleskoopin optiikka on rakennettu kokonaan berylliummetallista.

Magneettiset sovellukset

Beryllium on ei-magneettinen. Siksi meri- tai sotilasryhmät käyttävät berylliumpohjaisista materiaaleista valmistettuja työkaluja sotatarvikkeiden tuhoamiseen merimiinoissa tai niiden lähellä, koska näissä miinoissa on yleensä magneettisulakkeita. Niitä löytyy myös korjaus- ja rakennusmateriaaleista magneettikuvauslaitteiden (MRI) lähellä syntyvien suurten magneettikenttien vuoksi. Radioviestinnän ja suuritehoisten (yleensä sotilaallisten) tutkien alalla berylliumkäsityökaluja käytetään erittäin magneettisten klystronien, magnetronien, liikkuvan aallon putkien jne. virittämiseen, joita käytetään tuottamaan korkeita mikroaaltotehotasoja lähettimissä.

Ydinvoimasovellukset

Ohuita levyjä tai berylliumkalvoja käytetään joskus ydinasesuunnitelmissa plutoniumkaivojen uloimpana kerroksena halkeamiskelpoisen materiaalin ympärille sijoitettujen fuusiopommien primäärivaiheissa. Nämä berylliumkerrokset ovat hyviä "työntäjiä" plutonium-239:n törmäykselle sekä hyviä neutroniheijastimia, aivan kuten berylliumydinreaktoreissa. Berylliumia käytetään myös laajalti joissakin neutronilähteissä laboratoriolaitteissa, jotka vaativat suhteellisen vähän neutroneja (ydinreaktorin tai hiukkaskiihdyttimen neutronigeneraattorin sijaan). Tätä varten beryllium-9:ää pommitetaan energeettisillä alfa-hiukkasilla radioisotoopista, kuten polonium-210, radium-226, plutonium-238 tai americium-241. Tapahtuvassa ydinreaktiossa berylliumydin muuttuu hiili-12:ksi, vapautuu yksi vapaa neutroni, joka liikkuu suunnilleen samaan suuntaan kuin alfahiukkanen. Tällaisia ​​varhaisia ​​atomipommeja käytettiin berylliumtyyppisissä neutronilähteissä, joita kutsuttiin "siili"-tyyppisiksi neutroni-initiaattoreiksi. Neutronilähteitä, joissa berylliumia pommitetaan gammahajoavasta radioisotoopista tulevalla gammasäteilyllä, käytetään myös laboratorioneutronien luomiseen. Berylliumia käytetään myös polttoaineen valmistukseen CANDU-reaktoreihin. Polttokennoissa on pieniä resistiivisiä lisäosia, jotka on juotettu polttoainekuoreen induktiojuottoprosessilla käyttäen Be:tä juotosaineena. Laakeripehmusteet juotetaan estämään polttoainenippua joutumasta kosketuksiin nousuputken kanssa, ja elementtien väliset välilevyt juotetaan estämään elementtien koskettaminen. Berylliumia käytetään myös yhteiseurooppalaisessa Toruksessa, ja sitä tullaan käyttämään kehittyneemmässä ITERissä plasman kanssa törmäävien komponenttien tutkimiseen. Berylliumia on ehdotettu myös ydinpolttoainesauvojen verhousmateriaaliksi sen hyvän mekaanisten, kemiallisten ja ydinominaisuuksien yhdistelmän vuoksi. Beryylifluoridi on yksi FLiBe-eutektisen suolaseoksen ainesosista, jota käytetään liuottimena, hidastimena ja jäähdytysaineena monissa hypoteettisissa sulan suolareaktorirakenteissa, mukaan lukien nestefluoriditoriumreaktori (LFTR).

Akustiikka

Berylliumin pieni paino ja korkea jäykkyys tekevät siitä hyödyllisen diskanttikaiutinmateriaalina. Koska beryllium on kallista (monesti kalliimpaa kuin titaani), vaikea muodostaa sen haurauden vuoksi ja myrkyllistä, jos sitä käytetään väärin, berylliumdiskanttikaiuttimia käytetään vain korkealuokkaisissa kodeissa, ammattiäänijärjestelmissä ja yleisäänentoistosovelluksissa. Joidenkin korkealaatuisten tuotteiden on virheellisesti väitetty olevan valmistettu tästä materiaalista. Joissakin korkealaatuisissa fonografipatruunoissa käytettiin berylliumulokkeita parantamaan seurantaa vähentämällä massaa.

Elektroniikka

Beryllium on p-tyypin seostusaine III-V yhdistepuolijohteissa. Sitä käytetään laajalti materiaaleissa, kuten GaAs, AlGaAs, InGaAs ja InAlAs, jotka on kasvatettu molekyylisuihkuepitaksilla (MBE). Ristivalssattu berylliumlevy on erinomainen rakennetuki painetuille piirilevyille pinta-asennustekniikassa. Kriittisissä elektroniikkasovelluksissa beryllium on sekä rakenteellinen tuki että jäähdytyselementti. Tämä sovellus vaatii myös lämpölaajenemiskertoimen, joka sopii hyvin alumiinioksidi- ja polyimidisubstraattien kanssa. Beryllium-berylliumoksidi "E-Materials" -koostumukset on suunniteltu erityisesti näitä elektronisia sovelluksia varten, ja niillä on lisäetuna, että lämpölaajenemiskerroin voidaan sovittaa erilaisiin substraattimateriaaleihin. Berylliumoksidi on hyödyllinen monissa sovelluksissa, jotka edellyttävät sähköeristeen ja erinomaisen lämmönjohtimen yhdistettyjä ominaisuuksia, joilla on korkea lujuus ja kovuus ja erittäin korkea sulamispiste. Berylliumoksidia käytetään usein eristimen taustalevynä suuritehoisissa transistoreissa RF-lähettimissä tietoliikennettä varten. Berylliumoksidin käyttöä tutkitaan myös uraanipohjaisten ydinpolttoainepellettien lämmönjohtavuuden lisäämiseen. Berylliumyhdisteitä käytettiin loistelampuissa, mutta tämä käyttö lopetettiin berylliumtaudin vuoksi, joka kehittyi näitä putkia valmistaneiden työntekijöiden keskuudessa.

terveydenhuolto

Työsuojelu ja terveys

Beryllium on turvallisuusriski tätä elementtiä käsitteleville työntekijöille. Altistuminen berylliumille työpaikalla voi johtaa immunologiseen herkistymisreaktioon ja voi ajan myötä aiheuttaa kroonisen berylliumtaudin. Yhdysvaltain National Institute for Occupational Safety and Health (NIOSH) tutkii näitä vaikutuksia yhteistyössä suuren berylliumtuotteiden valmistajan kanssa. Näiden tutkimusten tavoitteena on ehkäistä herkistymistä kehittämällä parempi ymmärrys työprosesseista ja altistumisesta, jotka voivat aiheuttaa työntekijöille mahdollisen riskin, sekä kehittää tehokkaita toimenpiteitä, jotka vähentävät berylliumin haitallisten terveysvaikutusten riskiä. Työturvallisuus- ja terveyslaitos tekee myös geenitutkimusta herkistymiskysymyksistä riippumatta tästä yhteistyöstä. Työturvallisuus- ja työterveyslaitos Analyyttisten menetelmien käsikirja sisältää menetelmiä työperäisen berylliumaltistuksen mittaamiseksi.

Varotoimenpiteet

Keskimääräinen ihmiskeho sisältää noin 35 mikrogrammaa berylliumia, jota ei pidetä haitallisena. Beryllium on kemiallisesti samanlainen kuin magnesium, ja siksi se voi syrjäyttää sen entsyymeistä ja aiheuttaa niiden toimintahäiriöitä. Koska Be2+ on erittäin varautunut ja pieni ioni, se pääsee helposti moniin kudoksiin ja soluihin, joissa se kohdistuu spesifisesti soluytimiin ja estää monia entsyymejä, mukaan lukien DNA-synteesiin käytetyt entsyymit. Sen myrkyllisyyttä pahentaa se, että elimistöllä ei ole keinoja hallita berylliumtasoja, ja kun beryllium on joutunut kehoon, sitä ei voida poistaa. Krooninen beryllioosi on keuhko- ja systeeminen granulomatoottinen sairaus, jonka aiheuttaa berylliumin saastuttaman pölyn tai höyryjen hengittäminen; joko nauttimalla suuri määrä berylliumia lyhyen aikaa tai pieni määrä pitkään. Tämän taudin oireiden kehittyminen voi kestää jopa viisi vuotta; noin kolmasosa beryllioosipotilaista kuolee, ja eloonjääneet pysyvät vammaisina. Kansainvälinen syöväntutkimuslaitos (IARC) luettelee berylliumyhdisteet ja berylliumin luokan 1 syöpää aiheuttaviksi aineiksi. Yhdysvalloissa työturvallisuus- ja terveysvirasto (OSHA) on asettanut sallitun altistumisen rajan (PEL) berylliumille työpaikalla painotettuna. keskimääräinen aika (TWA) on 0,002 mg/m3 ja vakio altistumisraja 0,005 mg/m3 30 minuutin ajan huippuhuippurajan ollessa 0,025 mg/m3. Työturvallisuus- ja työterveyslaitos (NIOSH) on asettanut suositeltavaksi altistusrajaksi (REL) vakioarvoksi 0,0005 mg/m3. IDLH-arvo (hengelle ja terveydelle välittömästi vaarallinen määrä) on 4 mg/m3. Hienoksi jauhetun berylliumin myrkyllisyys (pöly tai jauhe, jota esiintyy enimmäkseen teollisissa ympäristöissä, joissa berylliumia tuotetaan tai käsitellään) on hyvin dokumentoitu. Kiinteä berylliummetalli ei aiheuta samoja vaaroja kuin aerosolipöly, mutta kaikki fyysisen kosketuksen vaarat on dokumentoitu huonosti. Valmiita berylliumtuotteita käsitteleviä työntekijöitä kehotetaan yleensä käsittelemään niitä käsineissä sekä varotoimenpiteenä että siksi, että monet, elleivät useimmat, berylliumsovellukset eivät siedä ihokosketuksen jäämiä, kuten sormenjälkiä. Lyhytaikainen berylliumtauti kemiallisen keuhkotulehduksen muodossa esiteltiin ensimmäisen kerran Euroopassa vuonna 1933 ja Yhdysvalloissa vuonna 1943. Tutkimus osoitti, että noin 5 % loistelampputehtaiden työntekijöistä vuonna 1949 Yhdysvalloissa kärsi berylliumiin liittyvistä sairauksista. Krooninen beryllioosi on monella tapaa samanlainen kuin sarkoidoosi, ja erotusdiagnoosi on usein vaikeaa. Beryllium oli joidenkin ydinaseiden kehittämisen varhaisten työntekijöiden, kuten Herbert L. Andersonin, kuolinsyy. Berylliumia löytyy kivihiilikuonasta. Kun tästä kuonasta valmistetaan hiomareaktori mustesuihkumaalille ja kun sen pinnalle muodostuu ruostetta, beryllium voi muodostua haitallisten vaikutusten lähteeksi.

BERYLLIUM, Be (lat. Beryllium * a. berillium; n. Beryllium; f. beryllium; ja. berilio), on Mendeleevin jaksollisen järjestelmän ryhmän II kemiallinen alkuaine, atominumero 4, atomimassa 9,0122. Siinä on yksi vakaa isotooppi 9 Be. Ranskalainen kemisti L. Vauquelin löysi sen vuonna 1798 BeO-oksidin muodossa, joka oli eristetty. Berylliummetallin hankkivat itsenäisesti vuonna 1828 saksalainen kemisti F. Wöhler ja ranskalainen kemisti A. Bussy.

Berylliumin ominaisuudet

Beryllium on vaalea, vaaleanharmaa metalli. a-Be:n (269-1254 °C) kiderakenne on kuusikulmainen; R-Be (1254-1284 °C) - vartalokeskeinen, kuutiomainen. 1844 kg/m3, sulamispiste 1287°C, kiehumispiste 2507°C. Sen lämpökapasiteetti on kaikista metalleista suurin, 1,80 kJ/kg. K, korkea lämmönjohtavuus 178 W/m. K 50°C, pieni sähkövastus (3,6-4,5). 10 ohmia. m 20 °C:ssa; lineaarinen lämpölaajenemiskerroin 10,3-13,1 . 10-6 astetta -1 (25-100°С). Beryllium on hauras metalli; isku 10-50 kJ/m 2 . Berylliumilla on pieni lämpöneutronien sieppauspoikkileikkaus.

Berylliumin kemialliset ominaisuudet

Beryllium on tyypillinen amfoteerinen alkuaine, jolla on korkea kemiallinen aktiivisuus; kompakti beryllium on vakaa ilmassa BeO-kalvon muodostumisen vuoksi; berylin hapetusaste on +2.

Berylliumyhdisteet

Kuumennettaessa se yhdistyy halogeenien ja muiden ei-metallien kanssa. Se muodostaa BeO-oksidia hapen kanssa, Be 3 N 2 -nitridia typen kanssa, Be 2 C -karbidia c:n kanssa, BeS-sulfidia c:n kanssa. Liukenee emäksiin (jossa muodostuu hydrooksoryllaatteja) ja useimpiin happoihin. Korkeissa lämpötiloissa beryllium reagoi useimpien metallien kanssa muodostaen beryllidejä. Sula beryllium on vuorovaikutuksessa oksidien, nitridien, sulfidien ja karbidien kanssa. Berylliumyhdisteistä BeO, Be(OH) 2 ovat teollisesti merkittävimpiä fluororyllaatit, kuten Na 2 BeF 4 ym. Haihtuvat berylliumyhdisteet ja berylliumia ja sen yhdisteitä sisältävä pöly ovat myrkyllisiä.

Beryllium on harvinainen (clarke 6,10 -4%), tyypillisesti litofiilinen alkuaine, joka on tyypillistä happamille ja emäksisille kiville. 55 luontaisesta mineraalista 50 % berylliumista kuuluu silikaatteihin ja berylliumsilikaatteihin, 24 % fosfaatteihin, 10 % oksideihin ja loput,. Ionisaatiopotentiaalien läheisyys määrää berylliumin ja sinkin affiniteetin emäksinen ympäristö, jotta ne ovat samanaikaisesti joissakin, ja ovat myös osa samaa mineraalia -. Neutraalissa ja happamassa väliaineessa berylliumin ja sinkin kulkeutumisreitit eroavat jyrkästi. Berylliumin jonkin verran leviämistä kiviin määrää sen kemiallinen samankaltaisuus Al:n ja Si:n kanssa. Nämä alkuaineet ovat erityisen läheisiä tetraedrisinä BeO 4 6-, AlO 4 5- ja SiO 4 4- ryhminä. Graniiteissa berylliumilla on suurempi affiniteetti ja emäksisessä kivessä. Koska Al 3+ IV:n korvaaminen Be 2+ IV:llä on energeettisesti edullisempaa kuin Si 4+ IV:n Be 2+ IV:llä, berylliumin isomorfinen dispersio alkalisissa kivissä on pääsääntöisesti suurempi kuin happamissa. Berylliumin geokemiallinen kulkeutuminen liittyy, jonka kanssa se muodostaa erittäin stabiileja komplekseja BeF 4 2-, BeF 3 1-, BeF 2 0, BeF 1+. Lämpötilan ja alkalisuuden noustessa nämä kompleksit hydrolysoituvat helposti yhdisteiksi Be(OH)F0, Be(OH)2F1-, joiden muodossa beryllium kulkeutuu.

Katso tärkeimmät berylliumesiintymien geneettiset tyypit ja rikastusjärjestelmät Art. berylliummalmit. Teollisuudessa metallista berylliumia saadaan lämpöpelkistämällä BeF 2 magnesiumilla, erittäin puhdasta berylliumia saadaan sulattamalla uudelleen tyhjiössä ja tyhjötislauksella.

Berylliumin käyttö

Berylliumia ja sen yhdisteitä käytetään konepajateollisuudessa (yli 70 % metallien kokonaiskulutuksesta) seosaineena Cu-, Ni-, Zn-, Al-, Pb- ja muihin ei-rautametalliin perustuviin metalliseoksiin. Ydinteknologiassa Be:tä ja BeO:ta käytetään neutroniheijastimina ja -moderaattoreina sekä neutronilähteenä. Matala tiheys, suuri lujuus ja lämmönkestävyys, korkea kimmokerroin ja hyvä lämmönjohtavuus mahdollistavat berylliumin ja sen seosten käytön rakennemateriaalina lentokoneissa, raketeissa ja avaruusteknologiaa. Berylliumin ja berylliumoksidin seokset täyttävät lujuus- ja korroosionkestävyysvaatimukset polttoaineen päällystemateriaaleina. Berylliumia käytetään röntgenputkiikkunoiden valmistukseen, kiinteän diffuusiokerroksen levittämiseen teräksen pinnalle (berylisointi) sekä rakettipolttoaineen lisäaineena. Be:n ja BeO:n kuluttajia ovat myös sähkötekniikka ja radioelektroniikka; BeO:ta käytetään puolijohdelaitteiden koteloiden, jäähdytyslevyjen ja eristeiden materiaalina. Berylliumoksidia käytetään upokkaiden ja erikoiskeramiikan valmistukseen korkean tulenkestävyytensä ja inertiteettinsä vuoksi useimpia sulaneita metalleja ja suoloja kohtaan.

Beryllium (latinaksi Beryllium, merkitty symbolilla Be) on alkuaine, jonka atominumero on 4 ja atomimassa 9,01218. Se on osa toisen ryhmän pääalaryhmää, Dmitri Ivanovitš Mendelejevin kemiallisten alkuaineiden jaksollisen järjestelmän toista jaksoa. Normaaleissa olosuhteissa beryllium on hauras ja kevyt (sen tiheys on 1,846 g/cm3), tarpeeksi kiinteä metalli vaalean harmaa.

Luonnossa tätä alkuainetta on vain yksi stabiili isotooppi - 9Be, muut luonnossa esiintyvät alkuaineen numero neljä isotoopit ovat radioaktiivisia - 7Be (puoliintumisaika 53 päivää), 10Be (puoliintumisaika 2,5 106 vuotta). 8Be-isotooppi puuttuu luonnosta, koska se on erittäin epävakaa ja sen puoliintumisaika on 10–18 sekuntia. Mielenkiintoista on, että beryllium on jaksollisen järjestelmän ainoa elementti, jolla on vain yksi stabiili isotooppi parillisessa luvussa.

Beryllium on ollut ihmiskunnan tiedossa muinaisista ajoista lähtien berylliumia sisältävinä mineraaleina - yli vuosituhannen ajan ihmiset ovat etsineet ja kehittäneet akvamariinien, smaragdien ja berylin esiintymiä. Joten esimerkiksi viitataan siihen, että jopa faaraoiden aikana smaragdikaivoksia kehitettiin Arabian autiomaassa. Kuitenkin vasta 1700-luvun lopulla oli mahdollista "nähdä" uusi elementti berylin houkuttelevan ulkonäön takana. Uutena alkuaineena ranskalainen kemisti Louis Vauquelin löysi berylliumin beryllimaan (BeO-oksidin) muodossa vuonna 1798. Metallista berylliumia (jauheen muodossa) metallisen kaliumin vaikutuksesta berylliumkloridiin saatiin ensimmäisen kerran vuonna 1828 Friedrich Wöhler ja Antoine Bussy toisistaan ​​riippumatta, mutta metalli sisälsi kuitenkin erittäin suuren määrän epäpuhtauksia. Puhdas beryllium eristettiin vasta vuonna 1898 natriumberylliumfluoridin elektrolyysillä, P. Lebo.

Huolimatta siitä, että alkuaine löydettiin 1700-luvun lopulla, beryllium löysi todellista käyttöä vasta 1900-luvun 40-luvulla. Elementtiä 4 käytetään seosaineena kuparissa, nikkelissä, magnesiumissa, raudassa ja monissa muissa seoksissa. Berylliumpronssit ovat erittäin kestäviä ja niitä käytetään jousien ja muiden kriittisten osien valmistukseen. Korroosionkestävyyden, lujuuden ja elastisuuden osalta beryllium-nikkeliseokset ovat verrattavissa korkealaatuisiin ruostumattomiin teräksiin ja joskus jopa ylittävät ne. Berylliumseoksia käytetään laajasti avaruus-, raketti- ja lentotekniikassa. Beryllium on yksi parhaista neutronien hidastajista ja heijastimista korkean lämpötilan ydinreaktoreissa. Elementtiä nro 4 käytetään myös muilla modernin tekniikan alueilla, kuten radioelektroniikassa, kaivosteollisuudessa ja röntgentekniikassa. Berylliumyhdisteitä on myös käytetty laajasti. Esimerkiksi tämän metallin oksidia, BeO:ta, käytetään lasin valmistuksessa, induktiouunien vuorauksessa. Jotkut berylliumyhdisteet toimivat katalyytteinä useissa kemiallisissa prosesseissa. Tulevaisuudessa berylliumia pidetään korkeaenergisenä rakettipolttoaineena, koska sen palaessa vapautuu valtava määrä lämpöä (15 000 kcal/kg).

Berylliumia löytyy monien kasvien ja eläinten kudoksista. Vaikka tutkijat eivät ole vielä saaneet selville tämän alkuaineen biologista merkitystä, on todettu, että se osallistuu magnesiumin ja fosforin vaihtoon luukudoksessa. Kun berylliumsuolojen pitoisuus kehossa on lisääntynyt, berylliumrahitti alkaa kehittyä, mikä johtaa luiden heikkenemiseen ja tuhoutumiseen. Useimmat alkuaineen numero neljä yhdisteet ovat myrkyllisiä. Monet niistä voivat aiheuttaa ihotulehdusta ja beryllioosia, joka on erityinen berylliumin ja sen yhdisteiden hengittämisen aiheuttama sairaus.

Biologiset ominaisuudet

Berylliumin biologista roolia on tutkittu huonosti, on vain osoitettu, että tämä alkuaine osallistuu magnesiumin (Mg) ja fosforin (P) vaihtoon luukudoksessa ja sillä on tietty rooli kehon immuunijärjestelmän ylläpitämisessä. Berylliumia on jatkuvasti läsnä kasvien, eläinten ja ihmisten kudoksissa. Neljännen alkuaineen pitoisuus kasvikudoksissa riippuu suoraan sen prosenttiosuudesta maaperässä, jossa berylliumpitoisuus vaihtelee välillä 2∙10-4-1,10-3 %, kun taas kasvintuhka sisältää noin 2∙10-4 %. tämä elementti. Eläimillä beryllium on jakautunut kaikkiin elimiin ja kudoksiin, alkuaineen numero neljä pitoisuus luutuhkassa vaihtelee välillä 5∙10-4-7∙10-3 %. Lähes puolet eläinten imemästä berylliumista erittyy virtsaan, kolmasosa imeytyy luihin ja noin 8 % keskittyy maksaan ja munuaisiin. Ylimääräinen beryllium eläinten ruokavaliossa johtaa fosforihappo-ionien sitoutumiseen suolistossa sulamattomaan berylliumfosfaattiin. Tämän seurauksena fosforin puute, berylliumrahittia, jota ei voida parantaa D-vitamiinilla, esiintyy eläimillä biogeokemiallisissa provinsseissa, joissa on runsaasti berylliumia. Samaan aikaan beryllium on täysin vaaraton kasveille.

Keskivertoihmisen (paino 70 kg) kehon berylliumpitoisuus on 0,036 mg. On arvioitu, että tämän alkuaineen päivittäinen saanti ihmiskehossa on noin 0,01 mg. Beryllium pääsee ihmiskehoon sekä ruuan mukana että keuhkojen kautta. Päästyessään ruuansulatuskanavaan liukoisessa muodossa beryllium vuorovaikuttaa fosfaattien kanssa ja muodostaa käytännössä liukenematonta Be3(PO4)2:ta tai sitoutuu epiteelisolujen proteiineihin vahvoiksi proteinaateiksi. Tästä syystä alkuaineen numero neljä imeytyvyys maha-suolikanavassa on pieni (4-10 % sisääntulevasta tilavuudesta). Lisäksi merkittävä tekijä, joka vaikuttaa berylliumin sulavuuteen maha-suolikanavassa, on mahanesteen happamuus. Periodisen järjestelmän neljäs elementti on jatkuvasti läsnä veressä, luu- ja lihaskudoksissa (0,001-0,003 µg/g) ja useissa muissa elimissä. Todettiin, että beryllium voi kertyä maksaan, munuaisiin, imusolmukkeisiin, keuhkoihin, luihin ja sydänlihakseen. Metalli erittyy pääasiassa virtsan mukana (noin 90 %). On todettu, että berylliumin vaikutusmekanismi ihmiskehossa on samanlainen kuin vaikutus eläinten kehoon - jopa pieni määrä tätä metallia luiden koostumuksessa johtaa niiden pehmenemiseen. Lisäksi berylliumsuolat, joiden pitoisuus on 1 μmol/l, pystyvät estämään useiden entsyymien (alkalinen fosfataasi, adenosiinitrifosfataasi) toimintaa. Berylliumin haihtuvat ja liukenevat yhdisteet sekä berylliumia ja sen yhdisteitä sisältävä pöly ovat erittäin myrkyllisiä, allergisia ja syöpää aiheuttavia vaikutuksia, ärsyttävät ihoa ja limakalvoja, aiheuttavat ihottumaa, sidekalvotulehdusta, nenänielutulehdusta ja muita ihon ja limakalvojen sairauksia , keuhkosairaudet ja keuhkoputket - trakeobronkiitti, keuhkokuume ja keuhkokasvaimet. Sen esiintyminen ilmakehän ilmassa johtaa vakavaan ammatilliseen hengitystiesairauksiin - beryllioosiin (kemiallinen keuhkotulehdus). Liukoisten berylliumyhdisteiden korkeiden pitoisuuksien lyhytaikainen hengittäminen aiheuttaa akuuttia beryllioosia, joka on hengitysteiden ärsytystä, johon joskus liittyy keuhkopöhö ja tukehtuminen. On myös kroonista beryllioosia. Sille on ominaista lievemmät oireet, mutta suuret häiriöt koko organismin toiminnassa. On huomattava, että nämä sairaudet voivat ilmaantua 10-15 vuoden kuluttua kosketuksesta berylliumin kanssa!

On todettu, että berylliumyhdisteiden poistuminen kehosta (erityisesti lymfoidijärjestelmän elimistä, jonne ne kerääntyvät) on erittäin hidasta, yli 10 vuodessa. Tästä syystä beryllioosin hoidossa käytetään useimmiten kemiallisia yhdisteitä, jotka sitovat beryllium-ioneja ja edistävät niiden nopeaa erittymistä kehosta. Ilman berylliumpitoisuuden sallitut rajat ovat hyvin pienet - vain 0,001 mg / m3, in juomavesi 0,0002 mg/l.

Suuri joukko tutkijoita uskoo, että berylliumin 10Be ja 7Be isotoopit eivät muodostu maan suolistossa, kuten muissa alkuaineissa, vaan ilmakehässä - kosmisten säteiden vaikutuksesta typen ja hapen ytimiin. . Tämän teorian vahvistuksena voidaan pitää näiden isotooppien epäpuhtauksien havaitsemista sateessa, lumessa, ilmassa, meteoriiteissa ja meren sedimenteissä. Lisäksi 10Be:n kokonaismäärä ilmakehässä, vesialtaissa (mukaan lukien pohjasedimentit) ja maaperässä on noin 800 tonnia. Ilmakehästä (25 kilometrin korkeudessa) peräisin olevat 10Be-atomit saapuvat sateen mukana valtamereen ja asettuvat pohjalle. 10Be on keskittynyt merilietteisiin ja fossiilisiin luihin, jotka imevät metallia luonnollisista vesistä. Näin ollen, kun tiedetään 10Be:n pitoisuus pohjasta otetussa näytteessä ja tämän isotoopin puoliintumisaika, on mahdollista laskea minkä tahansa merenpohjan kerroksen ikä. Teoriassa tämän pitäisi koskea myös orgaanisten jäänteiden iän määrittämistä. Maailmankuulu ja yleisesti hyväksytty radiohiilimenetelmä ei sovellu näytteiden iän määrittämiseen välillä 105-108 vuotta (kyseessä on 14C:n ja pitkäikäisten isotooppien 40K, 82Rb, puoliintumisaikojen suuri ero, 232th, 235U ja 238U). 10Be pystyy täyttämään tämän aukon.

Toinen berylliumradioisotooppi, 7Be, "elää" paljon enemmän lyhyt elämä(Sen puoliintumisaika on vain 53 päivää). Tästä syystä sen määrä maan päällä mitataan grammoina, ja soveltamisala on rajoitettu useisiin erityistarkoituksiin: meteorologiassa tämän isotoopin pitoisuutta tutkimalla määritetään aikaväli ilmamassojen liikkeen alkamisesta; kemiassa 7Be:tä käytetään radioaktiivisena merkkiaineena; lääketieteessä - tutkia mahdollisuuksia torjua itse berylliumin myrkyllisyyttä.

Elinvar-seosta (nikkeli, beryllium, volframi) käytetään Sveitsissä kellojousien valmistukseen. Näihin sveitsiläisiin lähteisiin liittyy muuten omituinen episodi toisen maailmansodan historiasta. Ala Natsi-Saksa eristettiin kaikista tärkeimmistä berylliumraaka-aineiden lähteistä, ja melkein koko tämän arvokkaan strategisen metallin maailmantuotanto oli Yhdysvaltojen käsissä. Saksan johto päätti käyttää neutraalia Sveitsiä berylliumpronssin salakuljetukseen - pian amerikkalaiset yritykset saivat sveitsiläisiltä "kellosepiltä" tilauksen sellaiselle määrälle, joka riittäisi kellojousiin ympäri maailmaa viideksisadaksi vuodeksi. Luonnollisesti tällainen heikosti verhottu valhe saatiin kiinni, ja tilausta ei täytetty, mutta berylliumpronssijouset ilmestyivät uusimmissa fasistisen armeijan palveluksessa oleviin nopean tulipalon lentokonekivääreihin.

Huolimatta siitä, että beryllium on myrkyllinen kemiallinen alkuaine ja monet sen yhdisteistä ovat myrkyllisiä, tämä metalli löydettiin yhdestä hyvin kuuluisasta parantavasta aineesta. Vuonna 1964 Neuvostoliiton kemistien ryhmä Tadžikistanin SSR:n tiedeakatemian varapresidentin, kemian tohtori K. T. Poroshinin johdolla suoritti kemiallisen analyysin muinaisesta parantavasta aineesta "mumijo". Kuten käy ilmi, tämä tavara monimutkainen koostumus, ja monien muumioon sisältyvien alkuaineiden joukossa on myös berylliumia.

Osoittautuu, että keinotekoisia smaragdeja on paljon vaikeampaa saada kuin useimpia muita jalokiviä. Tosiasia on, että beryli on monimutkainen monimutkainen yhdiste. Ja silti tutkijat pystyivät jäljittelemään luonnollisia olosuhteita, joissa mineraali "syntyy": prosessi tapahtuu erittäin korkeassa paineessa (150 tuhatta ilmakehää) ja korkeassa lämpötilassa (1550 ° C). Keinotekoisia smaragdeja voidaan käyttää elektroniikassa.

Pietarin kaivosmuseossa on mielenkiintoinen näyttely - puolitoistametrinen beryllikide. Se on mielenkiintoinen paitsi vaikuttavan kokonsa, myös historiansa vuoksi. Saartotalvella 1942 saksalainen lentokoneen kuori lävisti rakennuksen katon ja räjähti pääsalissa. Sirpaleet vaurioittivat mineraalia pahoin, ja näytti siltä, ​​ettei se koskaan löydä paikkaa museon näyttelyssä. Monien vuosien huolellisen taiteen restauroijan työn jälkeen kivi kuitenkin palautettiin alkuperäiseen muotoonsa. Nyt vain kaksi ruostunutta orgaanista lasilevyyn upotettua sirpaletta ja tästä näyttelystä kertova selittävä levy muistuttaa tapauksesta.

Berylliumilla on paljon ainutlaatuisia ominaisuuksia, joista yksi on hämmästyttävä "äänensiirtokyky". Kuten tiedät, ilmassa äänen nopeus on 340 metriä sekunnissa, vedessä - 1490 metriä sekunnissa. Berylliumissa ääni rikkoo kaikki ennätykset, ylittäen 12 500 metriä sekunnissa!

Berylliumin nimi tulee mineraalin nimestä - beryll (muinaiskreikkalainen βήρυλλος, beryllos), tämä nimi puolestaan ​​tulee Belurin (Velloru) kaupungin nimestä Etelä-Intiassa, lähellä Madrasia. Intiassa on muinaisista ajoista lähtien tunnettu runsaasti smaragdeja (eri berylliä).

Historioitsijat kirjoittavat, että Rooman keisari Nero rakasti katsella gladiaattorien taistelua sirkuksessa suuren vihreän smaragdikristalin läpi. Ja vaikka hänen sytyttämä Rooma paloi, hän ihaili raivoavaa tulta, katsoi sitä smaragdinsa läpi, ja tulen värit sulautuivat kiven vihreään väriin tummiin, pahaenteisiin kieliin.

Tarina

Berylliumia kutsutaan oikeutetusti tulevaisuuden metalliksi, mutta sen historia ulottuu vuosisatojen taakse. Alkuainetta numero neljä sisältävät mineraalit ovat olleet ihmiselle jalokivinä tuttuja tuhansia vuosia – jo pitkään ihmiset ovat etsineet ja kehittäneet akvamariinien, smaragdien ja berylin esiintymiä. Jotkut niistä louhittiin muinaisen Egyptin alueella jo 1600-luvulla eKr. e. Elottomassa Nubian autiomaassa - kuningatar Kleopatran rikkaissa smaragdikaivoksissa - orjat louhivat kauniita vihreitä kiteitä henkensä kustannuksella. Jalokivet kuljetettiin asuntovaunuilla Punaisenmeren rannoille, josta ne putosivat Euroopan, Lähi-idän ja maiden hallitsijoiden palatseihin. Kaukoitä- Bysantin keisarit, persialaiset shaakit, kiinalaiset pakettiautot, intialaiset rajat. Nimi beryll löytyy kreikkalaisista ja roomalaisista (berylli) muinaisista kirjailijoista. Plinius Vanhin pani merkille berylin ja smaragdin samankaltaisuuden luonnonhistoriassaan: "Berylillä, jos ajattelee sitä, on sama luonne kuin smaragdilla (smaragdilla) tai ainakin hyvin samankaltainen." Jopa Venäjällä, kaukana Nubiasta, tämä jalokivi tunnettiin - Svjatoslavin Izbornikissa berylli mainitaan nimellä "virullion".

Jalokiviin piilotettua metallia ei kuitenkaan löytynyt pitkään aikaan. Tämä tosiasia ei ole yllättävää - jopa nykyaikaisella tiedemiehellä, joka on aseistettu uusimmilla laitteilla, joilla hän voi soveltaa mitä tahansa tutkimusmenetelmää (radiokemiallisesta spektrianalyysiin), on melko vaikea havaita berylliumia. Tosiasia on, että tämä metalli muistuttaa monilta ominaisuuksiltaan alumiinia ja sen yhdisteitä, jotka piiloutuvat selkänsä takana oleviin mineraaleihin. Kuvittele vaikeudet, joita varhaiset tutkimusmatkailijat kohtasivat 1700-luvulla! Monet tutkijat ovat yrittäneet analysoida berylliä, mutta kukaan ei ole pystynyt havaitsemaan sen sisältämää uutta metallia. Jopa seitsemänkymmentä vuotta löydön jälkeen berylliumin ja alumiinin samankaltaisuus aiheutti paljon ongelmia itselleen D. I. Mendeleeville - juuri sen samankaltaisuuden vuoksi 13. alkuaineen kanssa berylliumia pidettiin kolmiarvoisena metallina, jonka atomimassa oli 13,5, joten sen paikan taulukossa tulee olla hiilen ja typen välissä. Tämä tilanne aiheutti kuitenkin ilmeisen hämmennyksen alkuaineiden ominaisuuksien säännölliseen muutokseen ja asetti kyseenalaiseksi jaksollisen lain oikeellisuuden. Dmitry Ivanovich, vakuuttunut siitä, että hän oli oikeassa, vaati, että berylliumin atomipaino määritettiin väärin ja että alkuaine ei ollut kolme, vaan kaksiarvoinen, jolla on magnesian ominaisuuksia. Tällä tavalla väittäen Mendelejev sijoitti berylliumin toiseen ryhmään ja antoi sille atomipainon 9. Niin tapahtui, että melko pian hänen entiset vastustajansa - ruotsalaiset kemistit Lare Friederik Nilsson ja Otto - vahvistivat kaikki suuren venäläisen kemistin oletukset. Peterson, jotka olivat aiemmin lujasti vakuuttuneita berylliumin kolmiarvoisuudesta. Heidän huolellisen tutkimuksensa osoittivat, että tämän alkuaineen atomipaino on 9,1. Joten, kiitos berylliumin - "häiriöntekijän" periodisessa järjestelmässä - yksi tärkeimmistä kemiallisista laeista voitti.

Palatkaamme kuitenkin tämän metallin löytämisen tosiasiaan. Ranskalainen kristallografi ja mineralogi René Just Gayuy, joka vertasi näytteitä vihertävänsinisistä beryllikiteistä Limogesista ja vihreistä smaragdikiteistä Perusta, havaitsi niiden kovuuden, tiheyden ja ulkonäön samankaltaisuuden. Tästä kiinnostuneena hän ehdotti ranskalaiselle kemistille Nicolas Louis Vauquelinille, että näiden mineraalien kemiallinen identiteetti analysoitaisiin. Vauquelinin kokeiden tulokset olivat hämmästyttäviä - kemisti havaitsi, että molemmat mineraalit sisältävät paitsi alumiinin ja piin oksideja, kuten aiemmin tiedettiin, myös uutta "maata", joka muistutti suuresti alumiinioksidia, mutta toisin kuin se reagoi ammoniumkarbonaattia eikä antanut alunaa. Käyttämällä tätä eroa Vauquelin erotti alumiinioksidit ja tuntemattoman alkuaineen. 15. helmikuuta 1798 Ranskan tiedeakatemian kokouksessa Vauquelin teki sensaatiomaisen ilmoituksen, että beryllissä ja smaragdissa oli uusi "maa", joka eroaa ominaisuuksiltaan alumiinioksidista tai alumiinioksidista. Vauquelin ehdotti avoimen alkuaineen kutsumista "wisteria" sen suolojen makean maun vuoksi (kreikaksi "glycos" - makea), mutta kuuluisat kemistit Martin Heinrich Klaproth ja Anders Ekeberg pitivät tätä nimeä epäonnistuneena, koska yttriumsuolat ovat myös makean makuisia. . Näiden tutkijoiden töissä Vauquelinin löytämää "maata" kutsutaan berylliksi. Kuitenkin 1800-luvun tieteellisessä kirjallisuudessa uutta alkuainetta kutsutaan "glycium", "wisterium" tai "glucinium". Venäjällä 1800-luvun puoliväliin asti tämän alkuaineen oksidia kutsuttiin "sweet earth", "sweet earth", "sweet earth" ja itse elementtiä kutsuttiin wisteriumiksi, glysiniittiksi, glysiumiksi, makeaksi maaksi. Nyt tämä nimi säilyy vain Ranskassa. On mielenkiintoista huomata, että jo vuonna 1814 harkovilainen professori F. I. Giese ehdotti, että elementtiä numero neljä kutsuttaisiin berylliumiksi.

Vauquelinin löytämän alkuaineen yksinkertaisen aineen muodossa hankki ensimmäisenä saksalainen kemisti Friedrich Wöhler vuonna 1828 pelkistämällä berylliumkloridia kaliumilla. Hänestä riippumatta ranskalainen kemisti Antoine Bussy eristi samana vuonna berylliummetallin samalla menetelmällä. Tuloksena oleva jauhemainen beryllium sisälsi kuitenkin suuren määrän epäpuhtauksia, vain seitsemän vuosikymmentä myöhemmin ranskalainen P. Lebo pystyi saamaan puhdasta metallista berylliumia sulaiden suolojen elektrolyysillä.

Luonnossa oleminen

Beryllium on tyypillisesti harvinainen alkuaine, tämän metallin keskimääräinen pitoisuus maankuoressa (clarke) vaihtelee eri arvioiden mukaan 6∙10-4 %:sta 2∙10-4 %:iin. Tutkijat selittävät niin alhaisen esiintyvyyden berylliumin kyvyllä olla vuorovaikutuksessa korkeaenergisten protonien ja neutronien kanssa. Tätä teoriaa tukee se tosiasia, että auringon ja tähtien ilmakehässä on vähän berylliumia ja tähtienvälinen avaruus, jossa ydinreaktioiden olosuhteet ovat epäsuotuisat, sen määrä kasvaa jyrkästi. Samanaikaisesti beryllium ei ole hivenaine, koska se on osa pegmatiittikivien beryllin pintakertymiä, jotka muodostuivat viimeisinä graniittikupoliin. Tämän tosiasian vahvistavat löydöt graniittipegmatiiteista (jotka muuten löytyvät kaikista maista) jättiläisberyllejä - metristä yhdeksään metriin pitkiä ja useita tonneja painavia. Suurin osa magmakivissä olevasta alkuaineesta neljä liittyy plagioklaaseihin, joissa beryllium korvaa piitä. Sen korkeimmat pitoisuudet ovat kuitenkin tyypillisiä joillekin tummanvärisille mineraaleille ja muskoviitille (kymmeniä, harvemmin satoja grammoja per tonni). Jos beryllium hajoaa lähes kokonaan emäksisiin kiviin, niin happamien kivien muodostumisen aikana se voi kertyä postmagmaattisiin tuotteisiin - pegmatiitteihin ja pneumatoliittis-hydrotermisiin kappaleisiin. Happamissa pegmatiittikivissä merkittävien berylliumpitoisuuksien muodostuminen liittyy albitisaatio- ja muskovitisaatioprosesseihin. Pegmatiiteissa beryllium muodostaa omia mineraalejaan, mutta osa siitä (noin 10 %) löytyy isomorfisessa muodossa kiviä muodostavissa ja vähäisissä mineraaleissa (kvartsi, kiille, mikrokliini, albiitti). Alkalisissa pegmatiiteissa berylliumia on pieniä määriä harvinaisten mineraalien koostumuksessa: chkaloviitti, eudidyymi, analsiimi ja leukofaani, jossa se sisältyy anioniseen ryhmään. Postmagmaattiset liuokset kuljettavat berylliumia ulos magmasta fluoria sisältävien emanaatioiden ja monimutkaisten yhdisteiden muodossa yhdessä volframin, tinan, molybdeenin ja litiumin kanssa.

Berylliumin omien mineraalien lukumäärästä ei ole yksiselitteistä mielipidettä, mutta on tarkasti todettu, että niitä on yli kolmekymmentä, mutta vain kuutta niistä pidetään enemmän tai vähemmän yleisinä. Tärkein niistä on berylli 3BeO Al2O3 6SiO2, jolla on monia värivaihtoehtoja. Joten esimerkiksi smaragdi sisältää noin 2% kromia, mikä antaa sille vihreän värin, ja varpusen vaaleanpunainen väri johtuu mangaani (II) -yhdisteiden sekoituksesta. Akvamariini johtuu sinisestä väristään rauta(II)-epäpuhtauksista, ja kullankeltaista heliodora värjäävät rauta(III)-ionit. Tunnetaan myös muita beryllilajikkeita, jotka eroavat väriltään (tummansininen, vaaleanpunainen, punainen, vaaleansininen, väritön jne.). Beryylin lisäksi fenakiitti 2BeO SiO2, bertrandiitti 4BeO 2SiO2 H2O, helviini (Mn,Fe,Zn)43S, krysoberyyli ja danaliitti katsotaan teollisesti tärkeiksi berylliumin mineraaleiksi.

Meriveden berylliumpitoisuus on erittäin alhainen - 6∙10-7 mg/l. Berylliumoksidit ja -hydroksidit ovat lähes veteen liukenemattomia, joten sitä esiintyy pohjavedessä pääasiassa suspensioina (usein monimutkaisina yhdisteinä, eloperäinen aine) ja vain osittain liuenneessa tilassa. Näistä syistä berylliumpitoisuus luonnonvesissä on alhainen - jäämien tasolla (0,01-0,07 µg/l). Happamissa vesissä berylliumpitoisuus on korkeampi, emäksisessä pienempi. Lisääntynyt fluorin ja orgaanisen aineen pitoisuus vedessä edistää berylliumin kertymistä, ja kalsiumin läsnäolo päinvastoin estää sen kertymistä.

Maailman berylliumin luonnonvarat ovat arviolta yli 80 tuhatta tonnia (berylliumpitoisuudella mitattuna), josta noin 65 % on keskittynyt Yhdysvaltoihin, jossa berylliumin pääraaka-aine on bertrandiittimalmi. Muista maista suurimmat berylliumvarannot ovat Kiinassa, Venäjällä ja Kazakstanissa. Lisäksi Neuvostoliiton aikana beryllium alueella moderni Venäjä lisää louhittiin - Malyshevskoje (Sverdlovskin alue), Zavitinskoje (Chitan alue), Ermakovskoje (Burjatia), Pogranichnoye (Primorsky Territory) esiintymät. Sotilas-teollisen kompleksin supistamisen ja uusien ydinvoimaloiden rakentamisohjelmien rajoittamisen jälkeen berylliumin tuotanto kuitenkin väheni jyrkästi, minkä vuoksi kehitys pysähtyi Malyshevskoje- ja Ermakovskoje-esiintymissä ja väheni merkittävästi Zavitimskojessa. talletukset. Lisäksi suurin osa louhitusta berylliumista myydään ulkomaille, tämän metallin pääasialliset kuluttajat ovat Eurooppa ja Japani.

Sovellus

Koska puhdasta berylliumia saatiin vasta 1800-luvun lopulla, se ei löytänyt arvokasta sovellusta pitkään aikaan. Siksi useat 1900-luvun alun hakuteokset ja tietosanakirjat sanoivat berylliumista: "Sillä ei ole käytännön sovellusta." Kesti aikaa, että elementin numero neljä ainutlaatuiset ominaisuudet saatiin käyttöön – aikaa teknologian nykytason kehittymiseen. Ja jos XX vuosisadan 30-luvulla Neuvostoliiton akateemikko A.E. Fersman kutsui berylliumia tulevaisuuden metalliksi, mutta nyt sitä voidaan oikeutetusti kutsua nykyisyyden metalliksi.

Valtava määrä berylliumia kulutetaan seosaineena erilaisiin alumiiniin, nikkeliin, magnesiumiin, kupariin ja muihin metalleihin perustuviin seoksiin. Tämä lisäaine tarjoaa korkean kovuuden, hyvän sähkönjohtavuuden, lämmönjohtavuuden ja metalliseosten lujuuden sekä näistä seoksista valmistettujen tuotteiden pintojen korroosionkestävyyden. Tunnetuimmat ja tekniikassa käytetyt ovat berylliumpronssit (USA:ssa 80-luvulla jopa 80 % tuotettu beryllium) - kuparin ja berylliumin seokset. Niistä valmistetaan monia tuotteita, jotka vaativat suurta lujuutta, hyvää väsymis- ja korroosionkestävyyttä, elastisuuden säilymistä merkittävällä lämpötila-alueella, korkeaa sähkö- ja lämmönjohtavuutta. Yksi tämän seoksen kuluttajista on lentoteollisuus - nykyaikaisessa raskaassa lentokoneessa arvioidaan olevan yli tuhat osaa berylliumpronssista. Berylliumpronssi on elastisten ominaisuuksiensa ansiosta erinomainen jousimateriaali. Tästä materiaalista valmistetut jouset ovat käytännössä väsymättömiä: ne kestävät jopa 20 miljoonaa kuormitusjaksoa, kun taas tavalliset hiiliteräsjouset rikkoutuvat 800-850 kierroksen jälkeen. Lisäksi berylliumpronssit eivät kimaltele osuessaan metalliin tai kiveen, tästä syystä niitä käytetään räjähdysainetyössä käytettävien erikoistyökalujen valmistukseen - kaivoksissa, jauhetehtaissa, öljyvarikoissa. Berylliumin lisäaineet jalostavat muita seoksia, esimerkiksi magnesium- ja alumiinipohjaisia: erittäin pienet berylliummäärät (riittävän 0,005 %) vähentävät huomattavasti magnesiumseosten palamisen ja hapettumisen hävikkiä sulatuksen ja valun aikana. Yhtä mielenkiintoisia ominaisuuksia on beryllideillä - berylliumin intermetallisilla yhdisteillä tantaalin, niobiumin, zirkoniumin ja muiden tulenkestävien metallien kanssa. Nämä yhdisteet ovat poikkeuksellisen kovia ja hapettumista kestäviä ja voivat kestää yli kymmenen tuntia 1650 °C:ssa. Lupaavana pidetään berylliumseoksia litiumin kanssa - ne ovat vettä kevyempiä.

On mahdollista lisätä muiden metallien jäykkyyttä, lujuutta ja lämmönkestävyyttä lisäämättä berylliumia seokseen. Tällaisissa tapauksissa käytetään beryllointia - teräsosan pinnan kyllästäminen berylliumilla diffuusiolla. Sen jälkeen osan pinta peitetään kiinteällä kemiallisella berylliumyhdisteellä raudan ja hiilen kanssa. Vain 0,15...0,4 mm paksu tämä kestävä suojapinnoite tekee osista lämpöä ja merivettä ja typpihappoa kestäviä.

Pienen atomimassan, pienen termisen neutronien sieppauspoikkileikkauksen (0,009 barnia atomia kohti), suuren sirontapoikkileikkauksen ja riittävän säteilynkestävyyden yhdistelmä tekee berylliumista yhden parhaista materiaaleista ydinreaktoreiden neutronien hidastimien ja heijastimien valmistukseen. Hidastimien ja heijastimien valmistus berylliumista ja sen oksidista mahdollistaa reaktorien AZ:n merkittävän pienentämisen, käyttölämpötilan nostamisen ja ydinpolttoaineen tehokkaamman käytön. Röntgenputkien ikkunat on valmistettu berylliumista, jossa käytetään sen suurta röntgensäteilyn läpäisevyyttä (17 kertaa suurempi kuin alumiinin). Seoksissa joidenkin α-radioaktiivisten nuklidien (radium, polonium, aktinium, plutonium) kanssa berylliumia käytetään ampullineutronilähteissä, koska sillä on voimakkaan neutronipäästön ominaisuus, kun sitä pommitetaan α-hiukkasilla.

Berylliumia ja joitakin sen yhdisteitä (nestemäisen ammoniakin liuoksena, berylliumhydridin muodossa, berylliumboorihydridin liuoksena nestemäisessä ammoniakissa) pidetään lupaavana kiinteänä rakettipolttoaineena, jolla on suurimmat ominaisimpulssit. Berylliumyhdisteet ovat löytäneet yhtä paljon käyttöä kuin itse metalli: lasertekniikassa berylliumaluminaattia käytetään kiinteän olomuodon emitterien (sauvat, levyt) valmistuksessa. Berylliumboorihydridiä ja hienojakoista berylliumjauhetta, joka on kyllästetty nestemäisellä hapella tai fluorioksidilla, käytetään joskus erityisen voimakkaina räjähteinä (HE). Berylliumfluoridia käytetään ydintekniikassa pienten neutronivirtojen ohjaamiseen käytettävän lasin sulattamiseen. Berylliumoksidilla on monia arvokkaita ominaisuuksia - korkean tulenkestävyyden (sulamispiste 2570 ° C), merkittävän kemiallisen kestävyyden ja korkean lämmönjohtavuuden vuoksi tätä materiaalia käytetään induktiouunien vuoraukseen, upokkaiden valmistukseen erilaisten metallien ja metalliseosten sulattamiseen. Berylliumoksidi on pääasiallinen materiaali ydinreaktorien polttoaine-elementtien (polttoainesauvojen) päällystämiseen. Loppujen lopuksi juuri näissä kuorissa neutronivuon tiheys on erityisen korkea ja korkein lämpötila, suurimmat jännitykset ja kaikki korroosion olosuhteet. Koska uraani on korroosionkestävää eikä tarpeeksi vahvaa, se on suojattava erityisillä kuorilla, yleensä berylliumoksidilta.

Tuotanto

Berylliumin uuttaminen sen luonnollisista mineraaleista (pääasiassa beryllistä) on monimutkainen ja kallis prosessi, joka koostuu useista vaiheista. Lisäksi suurin vaikeus on erottaa elementti numero neljä ominaisuuksiltaan samankaltaisesta vakiokumppanista - alumiinista. Tällaista erottamista varten on useita menetelmiä. Esimerkiksi yksi tapa on se, että berylliumoksiasetaatilla Be4O(CH3COO)6, toisin kuin alumiinioksiasetaatilla +CH3COO–, on molekyylirakenne ja se sublimoituu helposti kuumennettaessa. Teollisuudessa käytetään kuitenkin muita menetelmiä berylliumin puhdistamiseen alumiinista.

Ensimmäinen on sulfaattierotusmenetelmä, joka koostuu konsentraatin sintraamisesta 750 °C:n lämpötilassa natriumkarbonaatilla Na2CO3 (sooda) tai kalsium CaCO3:lla (liitu), minkä jälkeen sintraus käsitellään väkevällä kuumalla rikkihapolla H2SO4. Syntyneestä beryllium-, alumiini- ja muiden alkuperäisen malmirikasteen sisältämien alkuaineiden sulfaattiliuoksesta alumiini erotetaan alumiiniammoniumalunaksi ammoniumsulfaatin (NH4)2SO4 vaikutuksesta, jäljelle jäänyt liuos käsitellään ylimäärällä natriumhydroksidi NaOH. Tämän seurauksena muodostuu liuos, joka sisältää Na2:ta ja natriumaluminaatteja. Lisäksi, kun tätä liuosta keitetään, hydroksobyrylaatin hajoamisen seurauksena berylliumhydroksidi Be (OH) 2 saostuu ja aluminaatit jäävät liuokseen. Berylliumhydroksidi puhdistetaan epäpuhtauksista uuttamalla tributyylifosfaatilla.

Sulfaattimenetelmää käytetään myös berylliumin uuttamiseen toisesta berylliummineraalista, bertrandiitista. Samalla kun rikkihappoliuos uutetaan petrolilla, joka sisältää dietyyliheksyylifosforihappoa. Orgaaninen fraktio käsitellään (NH4)2CO3:n vesiliuoksella ja raudan ja alumiinin hydroksidit ja hydroksokarbonaatit saostetaan, kun taas beryllium jää liuokseen (NH4)2:n muodossa, joka hajoaa kvantitatiivisesti, kun liuos kuumennetaan 95 °C:seen. °C, muodostaen 2BeCO3∙Be(OH )2:n sakan. Kun jälkimmäinen kalsinoidaan 165 °C:ssa, saadaan berylliumhydroksidia.

Toinen menetelmä Be:n ja Al:n erottamiseksi on fluoridi. Tekniikka tätä menetelmää on seuraava: konsentraatti (murskattu berylli) sintrataan (noin 750 °C:n lämpötilassa) natriumheksafluorosilikaatilla Na2SiF6:

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

Fuusion seurauksena muodostuu kryoliitti Na3AlF6 - veteen huonosti liukeneva yhdiste sekä veteen liukeneva natriumfluororyllaatti Na2, joka sitten liuotetaan vedellä. Be(OH)2 saostuu saadusta liuoksesta natriumhydroksidin NaOH:n vaikutuksesta, jonka kalsinoinnin yhteydessä muodostuu BeO:ta. Joskus berylliumhydroksidia puhdistetaan edelleen liuottamalla se rikkihappoon kelaattoreiden läsnä ollessa ja saostamalla sitten ammoniakilla. Natriumhydroksidin vaikutuksesta jäljelle jääneeseen NaF:ää sisältävään liuokseen lisätään Fe2(SO4)3:a jälkimmäisen hyödyntämiseksi ja Na3 saostuu, jota käytetään myös berylin hajottamiseen korvaten osittain Na2:n.

Edellä mainittujen erotusmenetelmien lisäksi tunnetaan myös tämä beryllin käsittelymenetelmä. Alkuperäinen mineraali sulatetaan ensin K2CO3-kaliumin kanssa. Tässä tapauksessa muodostuu beryllaatti K2BeO2 ja kaliumaluminaatti KAlO2:

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

Vedellä liuotuksen jälkeen saatu liuos tehdään happamaksi rikkihapolla. Tämän seurauksena piihappo saostuu. Suodoksesta saostuu edelleen kaliumalunaa, jonka jälkeen kationeista jää liuokseen vain Be2+-ioneja.

Tunnetaan myös berylin avautuminen kloorauksella tai fosgeenin vaikutuksella. Jatkokäsittely suoritetaan BeF2:n tai BeCl2:n saamiseksi.

BeC12-kloridia tai BeF2-fluoridia saadaan tavalla tai toisella saadusta BeO-oksidista tai berylliumhydroksidista Be (OH)2. Fluori pelkistetään berylliummetalliksi magnesiumilla 925-1325 °C:ssa:

BeF2 + Mg → MgF2 + Be

BeCl2:n ja NaCl:n seoksen sulalle suoritetaan elektrolyysi 350 °C:n lämpötilassa. Aikaisemmin beryllium saatiin elektrolyysillä bariumfluorobryllaatti Ba:n sulasta:

Ba → BaF2 + Be + F2

Menetelmällä tai toisella saatu metalli sulatetaan tyhjiössä. Beryllium puhdistetaan 99,98 %:n puhtauteen tyhjötislauksella, pieninä määrinä muovi berylliumia, joka sisältää enintään 10-4 % epäpuhtauksia, saadaan vyöhykesulattamalla. Joskus puhdistukseen käytetään elektrolyyttistä raffinointia.

Aihioiden ja tuotteiden saamiseksi berylliumista käytetään pääasiassa jauhemetallurgisia menetelmiä (koska korkealaatuisten valukappaleiden valmistaminen tästä hauraasta metallista on vaikeaa). Tässä tapauksessa inertissä ilmakehässä beryllium jauhetaan jauheeksi ja kuumapuristetaan tyhjiössä 1140-1180 °C:ssa. Putket, tangot ja muut berylliumprofiilit valmistetaan suulakepuristamalla lämpötilassa 800-1050 °C (kuumaekstruusio) tai 400-500 °C:ssa (lämmin ekstruusio). Berylliumlevyjä saadaan valssaamalla kuumapuristettuja aihioita tai suulakepuristettuja nauhoja 760-840 °C:ssa. Myös muita käsittelytyyppejä käytetään - taonta, leimaaminen, piirtäminen.

Fyysiset ominaisuudet

Beryllium on hauras, mutta samalla erittäin kova, vaaleanharmaa metalli, jolla on metallinen kiilto. Berylliumilla on kaksi kiteistä muunnelmaa: α-berylliumilla (alhaisen lämpötilan modifikaatio) on Mg-tyyppinen kuusikulmainen tiiviisti pakattu hila (joka johtaa ominaisuuksien anisotropiaan), jonka parametrit a = 0,22866 nm, c = 0,35833 nm, z = 2; β-berylliumilla (korkean lämpötilan modifikaatio) on Fe-tyyppinen kuutiomainen runkokeskeinen hila, jonka a = 0,25515 nm. Siirtymälämpötila α-modifikaatiosta β-modifikaatioon on noin 1277 °C. Alkuaineen numero neljä (tsula) sulamispiste on 1 285 °C, kiehumispiste (tboil) 2470 °C. Beryllium on yksi kevyimmistä alkuaineista, sen tiheys kiinteässä tilassa on vain 1,816 g/cm3, vaikka sellainenkin kevytmetalli alumiinina (tiheys 2,7 g/cm3), lähes puolitoista kertaa raskaampaa kuin beryllium. Lisäksi nestemäisessä tilassa berylliumin tiheys on vielä pienempi (1287 °C:ssa tiheys on 1,690 g/cm3). Berylliumilla on kaikista metalleista suurin lämpökapasiteetti - 1,80 kJ / (kg K) tai 0,43 kcal / (kg ° C), korkea lämmönjohtavuus - 178 W / (m K) tai 0,45 cal / (cm sek ° C) lämpötila 50 °C, pieni sähkövastus - 3,6-4,5 μOhm cm huoneenlämpötilassa; berylliumin lineaarinen laajenemiskerroin 10,3-131 (25-100 °C).

Kuten useimpien muidenkin alkuaineiden, monet berylliumin fysikaalisista ominaisuuksista riippuvat metallin laadusta ja rakenteesta ja muuttuvat huomattavasti lämpötilan mukaan. Esimerkiksi pienetkin määrät vieraita epäpuhtauksia haurastavat voimakkaasti berylliumia. Berylliumin mekaaniset ominaisuudet riippuvat metallin puhtaudesta, raekoosta ja koostumuksesta, jotka määräytyvät käsittelyn luonteen mukaan. Beryllium on huonosti koneistettu ja vaatii kovametallityökalujen käyttöä. Verrattuna muihin kevyisiin materiaaleihin, berylliumilla on ainutlaatuinen yhdistelmä fysikaalisia ja mekaanisia ominaisuuksia. Ominaislujuuden ja jäykkyyden suhteen se ylittää kaikki muut metallit ja säilyttää nämä edut 500-600 °C:n lämpötiloihin asti. Berylliumin pituussuuntainen kimmomoduuli (Youngin moduuli) on 300 Gn/m2 tai 3,104 kgf/mm2 (4 kertaa korkeampi kuin alumiinin, 2,5 kertaa korkeampi kuin vastaava parametri titaanilla ja kolmanneksen korkeampi kuin teräksen). Berylliumin vetolujuus on 200-550 MN/m2 (20-55 kgf/mm2), venymä 0,2-2%. Painekäsittely johtaa berylliumkiteiden tiettyyn uudelleensuuntautumiseen, jonka seurauksena tapahtuu anisotropiaa ja ominaisuuksien merkittävä paraneminen tulee mahdolliseksi. Vetolujuus vetosuunnassa saavuttaa 400-800 MN/m2 (40-80 kgf/mm2), myötöraja on 250-600 MN/m2 (25-60 kgf/mm2) ja suhteellinen venymä on jopa 4 -12 %. Mekaaniset ominaisuudet piirustukseen nähden kohtisuorassa suunnassa eivät melkein muutu. Kuten aiemmin mainittiin - beryllium on hauras metalli - sen iskulujuus on 10-50 kJ / m2 (0,1-0,5 kgf m / cm2). Berylliumin siirtymälämpötila hauraasta tilasta muoviseen on 200-400 °C. Berylliumin Brinell-kovuus on 1060-1320 MPa. Berylliumille on ominaista korkeat ydinominaisuudet - pienin tehokas termisen neutronien sieppauspoikkileikkaus metalleista ja suurin sirontapoikkileikkaus niille.

Valtava määrä etuja, beryllium on edelleen useita haittoja. Ensinnäkin tämä on tämän metallin korkea hinta, joka liittyy raaka-aineiden niukkuuteen ja sen käsittelyn monimutkaisuuteen, ja toiseksi berylliumilla on erittäin alhainen kylmähauraus. Teknisen berylliumin iskulujuus on alle 5 J/cm2. Ja kuitenkin, berylliumin teknisten etujen ainutlaatuinen yhdistelmä tekee siitä välttämättömän materiaalin useilla aloilla.

Kemiallisia ominaisuuksia

Kemiallisissa yhdisteissä beryllium on kaksiarvoinen (ulomman elektronikerroksen konfiguraatio on 2s2). Kemiallisilta ominaisuuksiltaan beryllium on suurelta osin samanlainen kuin alumiini, joka on jaksollisen järjestelmän kolmannessa jaksossa ja kolmannessa ryhmässä, eli oikealla ja alapuolella beryllium. Tämä ilmiö, jota kutsutaan diagonaaliseksi samankaltaiseksi, havaitaan myös joissakin muissa alkuaineissa, esimerkiksi boori on monilta kemiallisilta ominaisuuksiltaan samanlainen kuin pii. Berylliumin ja alumiinin ominaisuuksien läheisyys selittyy kationivarauksen lähes identtisellä suhteella sen säteeseen Be2+- ja Al3+-ioneille. Elementti numero neljä on tyypillisesti amfoteerinen - sillä on sekä metallisia että ei-metallisia ominaisuuksia, mutta metalliset ominaisuudet ovat vallitsevia. Kompakti metallinen beryllium on kemiallisesti inaktiivinen huoneenlämpötilassa - se ei hapetu ilmassa (600 °C:n lämpötilaan asti), ei ole vuorovaikutuksessa kuuman ja kylmän veden kanssa eikä myöskään vesihöyryn kanssa, koska se muodostaa suojakalvon sen pinnalla berylliumoksidia BeO, joka antaa berylliumille himmeän värin. Kuitenkin, kun se kuumennetaan yli 800 °C:n lämpötilaan, se hapettuu nopeasti. Berylliumoksidi BeO esiintyy luonnossa harvinaisena mineraalina, bromeliittina. Beryllium liukenee helposti kloorivetyhappoon (HCl), laimeaan rikkihappoon (H2SO4), fluorivetyhappoihin, reagoi heikosti väkevän rikkihapon ja laimeiden typpihappojen kanssa kuumennettaessa (HNO3) eikä reagoi väkevän typpihapon kanssa - jälkimmäisessä tapauksessa happo passivoi metallia. Alkalien vesiliuoksissa beryllium liukenee myös vedyn vapautumisen ja hydroksoberylaattien muodostumisen myötä:

Be + 2NaOH + 2H2O → Na2 + H2

Kun reaktio suoritetaan alkalisulatteen kanssa 400-500 °C:ssa, muodostuu dioksoberylaatteja:

Be + 2NaOH → Na2BeO2 + H2

Berylliummetalli liukenee nopeasti ammoniumbifluoridin NH4HF2 vesiliuokseen. Tämä reaktio on teknologisesti tärkeä vedettömän BeF2:n tuotannossa ja berylliumin puhdistuksessa:

Be + 2NH4HF2 → (NH4)2 + H2

Kun beryllium on vuorovaikutuksessa typen ja ammoniakin kanssa 500-900 °C:ssa, saadaan Be3N2-nitridi. Huoneenlämmössä beryllium reagoi fluorin kanssa ja kuumennettaessa muiden halogeenien kanssa (muodostavat halogenideja, kuten BeHal2) ja rikkivedyn kanssa. Berylliumhalogenideista tärkeimmät ovat sen fluoridi (BeF2) ja kloridi (BeCl2), joita käytetään berylliummalmien käsittelyssä. Hiilen kanssa 1 700-2 100 ° C:ssa beryllium muodostaa Be2C-karbidia, fosforin ollessa yli 750 °C - Be3P2-fosfidia. Yli 700 °C:n tyhjiössä beryllium pelkistää KOH:n, 270 °C:ssa - BaO, 1075 °C:ssa - MgO, 1400 °C:ssa - TiO2:n vastaaviksi metalleiksi ja 270 °C:ssa - SiCl4:n Si:ksi. Beryllium ei käytännössä reagoi vedyn kanssa koko lämpötila-alueella, mutta pelkistämällä berylliumkloridia epäsuorasti LiAlH4:lla saatiin berylliumhydridiä (BeH2), tämä aine on stabiili 240 °C:seen asti, sitten kuumennettaessa se alkaa vapautua. vety. Korkeissa lämpötiloissa alkuaine #4 reagoi useimpien metallien kanssa muodostaen beryllidejä. Nestemäisessä tilassa beryllium liukenee moniin metalleihin (Zn, Al, Fe, Co, Cu, Ni jne.), magnesiumia lukuun ottamatta. Beryllium muodostaa eutektisia seoksia alumiinin ja piin kanssa. Alkuaine numero neljä muodostaa kiinteitä liuoksia vain muutaman metallin kanssa, liukenevin seoksiin, joissa on kupari (2,75 paino-%), kromi (1,7 %) ja nikkeli (2,7 %). Liukoisuus heikkenee suuresti lämpötilan laskeessa, minkä seurauksena berylliumia sisältävät seokset pystyvät saostumaan. Epäpuhtausalkuaineiden liukoisuus berylliumiin on erittäin alhainen.

Hienojakoinen berylliumjauhe palaa rikki-, seleeni- ja telluurihöyryissä. Sytytettynä ilmakehän ilmassa berylliumjauhe palaa kirkkaalla liekillä ja muodostuu oksideja ja nitridejä. Sula beryllium reagoi useimpien oksidien, nitridien, sulfidien ja karbidien kanssa. Ainoa sopiva upokasmateriaali berylliumin sulattamiseen on berylliumoksidi.

Berylliumsuolat ovat erittäin hygroskooppisia ja muutamaa poikkeusta lukuun ottamatta (fosfaatti, karbonaatti) liukenevat hyvin veteen; niiden vesiliuokset ovat happamia hydrolyysin vuoksi. Tunnetaan useita monimutkaisia ​​organoberyyliyhdisteitä, joista joidenkin hydrolyysi ja hapettuminen etenevät räjähdysmäisesti.