Conținutul articolului

BERILIU(Beriliu) Be este un element chimic din grupa 2 (IIa) din sistemul periodic al lui D.I. Mendeleev. Număr atomic 4, masă atomică relativă 9,01218. Doar un izotop stabil, 9 Be, apare în natură. De asemenea, sunt cunoscuți izotopii radioactivi ai beriliului 7 Be și 10 Be cu timpi de înjumătățire de 53,29 zile și, respectiv, 1,6·106 ani. Stările de oxidare sunt +2 și +1 (acesta din urmă este extrem de instabilă).

Mineralele care conțin beriliu sunt cunoscute încă din antichitate. Unele dintre ele au fost exploatate în Peninsula Sinai încă din secolul al XVII-lea. î.Hr. Numele de beril se găsește în scriitorii antici greci și latini (Beryll). Asemănarea berilului și smaraldului a fost remarcată de Pliniu cel Bătrân: „Berilul, dacă te gândești bine, are aceeași natură ca smaraldul (smaraldul), sau cel puțin foarte asemănător” (Istoria naturală, cartea 37). LA Izbornik Svyatoslav(1073) Beril apare sub numele de Virullion.

Beriliul a fost descoperit în 1798. Cristalograful și mineralogul francez René Just Haüy (1743–1822), remarcând asemănarea durității, densității și aspect cristale verzi-albastru de beril din Limoges și cristale verzi de smarald din Peru, l-au invitat pe chimistul francez Vauquelin Nicolas Louis (1763–1829) să analizeze berilul și smaraldul pentru a vedea dacă sunt chimic identice. Ca urmare, Vauquelin a arătat că ambele minerale conțin nu numai oxizi de aluminiu și siliciu, așa cum se știa înainte, ci și un nou „pământ”, care seamănă foarte mult cu oxidul de aluminiu, dar, spre deosebire de acesta, a reacționat cu carbonatul de amoniu și nu da alaun. Aceste proprietăți au fost folosite de Vauquelin pentru a separa oxizii de aluminiu și un element necunoscut.

Editorii revistei Annakts de Chimie, care a publicat lucrarea lui Vauquelin, au propus denumirea de „glicină” pentru pământul descoperit de acesta, pentru capacitatea acestuia de a forma compuși cu gust dulce. Faimoșii chimiști Martin Heinrich Klaproth (1743-1817) și Anders Ekeberg (Ekeberg Anders) (1767-1813) au considerat acest nume nefericit, deoarece sărurile de ytriu au și un gust dulceag. În lucrările lor, „pământul” descoperit de Vauquelin se numește beril. Cu toate acestea, în literatura științifică a secolului al XIX-lea. pentru un element nou, termenii „gliciu”, „wisterium” sau „gluciniu” au fost folosiți mult timp. în Rusia până la mijlocul secolului al XIX-lea. oxidul acestui element a fost numit „pământ dulce”, „pământ dulce”, „pământ dulce”, iar elementul în sine a fost numit wisterium, glicinit, glicină, pământ dulce

Sub forma unei substanțe simple, elementul descoperit de Vauquelin a fost obținut pentru prima dată de chimistul german Wöhler Friedrich (1800–1882) în 1828, reducând clorura de beriliu cu potasiu:

BeCl 2 + 2K = Be + 2KCl

Independent de el, în același an, beriliul metalic a fost izolat de chimistul francez Bussy Antoine (1794–1882) prin aceeași metodă.

Numele elementului după numele mineralului a devenit general acceptat (latina beryllus din greaca bhrnlloV), dar în Franța beriliul este încă numit glicine.

Sa constatat că masa unui echivalent de beriliu este de aproximativ 4,7 g/mol. Cu toate acestea, asemănarea dintre beriliu și aluminiu a condus la o confuzie semnificativă în ceea ce privește valența și masa atomică a beriliului. Pentru o lungă perioadă de timp, beriliul a fost considerat trivalent cu o masă atomică relativă de 14 (care este aproximativ egală cu de trei ori masa unui echivalent de 3 × 4,7 beriliu). La numai 70 de ani de la descoperirea beriliului, omul de știință rus D.I. Mendeleev a concluzionat că nu există loc pentru un astfel de element în tabelul său periodic, ci un element divalent cu o masă atomică relativă de 9 (aproximativ egală cu dublul masei unui echivalent de beriliu de 2 × 4,7) ușor de plasat între litiu și bor.

Beriliul în natură și extracția sa industrială. Beriliul, ca și vecinii săi, litiu și bor, este relativ neobișnuit în Scoarta terestra, conținutul său este de aproximativ 2·10–4%. Deși beriliul este un element rar, nu este împrăștiat, deoarece face parte din depozitele de suprafață ale berilului din rocile pegmatite, care au cristalizat ultimele în domurile de granit. Există rapoarte despre berili giganți de până la 1 m lungime și cântărind până la câteva tone.

Sunt cunoscute 54 de minerale de beriliu propriu-zis. Cel mai important dintre ele este berilul 3BeO Al 2 O 3 6SiO 2 . Are multe soiuri colorate. Smaraldul conține aproximativ 2% crom, ceea ce îi conferă o culoare verde. Acvamarinul își datorează culoarea albastră impurităților de fier (II). Culoarea roz a vorobyevitei se datorează unui amestec de compuși de mangan (II), iar heliodorul galben auriu este colorat de ioni de fier (III). Mineralele importante din punct de vedere industrial sunt, de asemenea, fenakit 2BeO SiO 2, bertrandita 4BeO 2SiO 2 H 2 O, helvin (Mn,Fe,Zn) 4 3 S.

Resursele naturale mondiale de beriliu sunt estimate la peste 80 de mii de tone (din punct de vedere al conținutului de beriliu), din care aproximativ 65% sunt concentrate în Statele Unite, unde principala materie primă de beriliu este minereul de bertrandite. Rezervele sale dovedite din Statele Unite la zăcământul Spur Mountain (Utah), care este principala sursă mondială de beriliu, se ridicau la sfârșitul anului 2000 la aproximativ 19 mii de tone (din punct de vedere al conținutului de metale). Berilul este foarte rar în SUA. Dintre celelalte țări, China, Rusia și Kazahstan au cele mai mari rezerve de beriliu. În vremea sovietică, beriliul a fost extras în Rusia în zăcămintele Malyshevskoye (regiunea Sverdlovsk), Zavitinsky (regiunea Chita), Ermakovskoye (Buriația), Pogranichnoye (teritoriul Primorsky). Datorită reducerii complexului militar-industrial şi încetării construcţiei centrale nucleare, producția sa a fost oprită la câmpurile Malyshevskoye și Ermakovskoye și redusă semnificativ la zăcămintele Zavitimskoye. În același timp, o parte semnificativă a beriliului extras este vândută în străinătate, în principal în Europa și Japonia.

Potrivit US Geological Survey, producția mondială de beriliu în 2000 a fost caracterizată de următoarele date (t):

Total	356
STATELE UNITE ALE AMERICII	255
RPC	55
Rusia	40
Kazahstan	4
Alte țări	2

Caracterizarea unei substanțe simple și producția industrială de beriliu metalic. În aparență, beriliul este un metal gri-argintiu. Este foarte dur și fragil. Beriliul are două modificări cristaline: a-Be are o rețea hexagonală (ceea ce duce la anizotropia proprietăților); rețeaua b-Be este cubică; temperatura de tranziție este de 1277 ° C. Beriliul se topește la 1287 ° C, fierbe la 2471 ° C.

Acesta este unul dintre cele mai ușoare metale (densitatea este de 1,816 g / cm 3). Are un modul mare de elasticitate, de 4 ori mai mare decât al aluminiului, de 2,5 ori mai mare decât cel al titanului și de o treime față de cel al oțelului. Beriliul are cea mai mare capacitate de căldură dintre toate metalele: 16,44 J/(mol K) pentru a-Be, 30,0 J/(mol K) pentru b-Be.

În ceea ce privește rezistența la coroziune în aerul umed, beriliul, datorită formării unui strat protector de oxid, seamănă cu aluminiul. Probele lustruite cu grijă își păstrează strălucirea pentru o lungă perioadă de timp.

Beriliul metalic este relativ nereactiv la temperatura camerei. Într-o formă compactă, nu reacționează cu apa și vaporii de apă chiar și la o temperatură încinsă și nu este oxidată de aer până la 600 ° C. Când este aprinsă, pulberea de beriliu arde cu o flacără strălucitoare și se formează oxid și nitrură. . Halogenii reacționează cu beriliul la temperaturi de peste 600°C, în timp ce calcogenii necesită temperaturi și mai mari. Amoniacul reacționează cu beriliul la temperaturi peste 1200 ° C pentru a forma nitrură de Be 3 N 2, iar carbonul dă carbură de Be 2 C la 1700 ° C. Beriliul nu reacționează direct cu hidrogenul, iar hidrura de BeH 2 se obține indirect.

Beriliul se dizolvă ușor în soluții apoase diluate de acizi (clorhidric, sulfuric, azotic), dar acidul azotic concentrat la rece pasivează metalul. Reacția beriliului cu soluțiile apoase de alcaline este însoțită de evoluția hidrogenului și formarea hidroxoberilaților:

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

Când se efectuează reacția cu o topitură alcalină la 400-500 ° C, se formează dioxoberilații:

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

Beriliul metal se dizolvă rapid într-o soluție apoasă de NH4HF2. Această reacție este de importanță tehnologică pentru producerea de BeF2 anhidru și purificarea beriliului:

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

Beriliul este izolat din beril prin metoda sulfatului sau fluorului. În primul caz, concentratul este topit la 750°C cu carbonat de sodiu sau de calciu, iar apoi aliajul este tratat cu acid sulfuric fierbinte concentrat. Soluția rezultată de sulfat de beriliu, aluminiu și alte metale este tratată cu sulfat de amoniu. Acest lucru duce la eliberarea majorității aluminiului sub formă de alaun de potasiu. Soluția rămasă este tratată cu un exces de hidroxid de sodiu. Aceasta formează o soluție care conține Na2 și aluminați de sodiu. Când această soluție se fierbe, ca urmare a descompunerii hidroxoberilatului, hidroxidul de beriliu precipită (aluminații rămân în soluție).

Conform metodei fluorurii, concentratul este încălzit cu Na 2 și Na 2 CO 3 la 700–750 ° C. În acest caz, se formează tetrafluoroberilatul de sodiu:

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

Fluorberilatul solubil este apoi levigat cu apă și hidroxidul de beriliu este precipitat la un pH de aproximativ 12.

Pentru a izola beriliul metalic, oxidul sau hidroxidul acestuia este mai întâi transformat în clorură sau fluor. Metalul se obține prin electroliza amestecurilor topite de cloruri de beriliu și elemente alcaline sau prin acțiunea magneziului asupra fluorurii de beriliu la o temperatură de aproximativ 1300 ° C:

BeF2 + Mg = MgF2 + Be

Pentru a obține semifabricate și produse din beriliu se folosesc în principal metode de metalurgie a pulberilor.

Beriliul este un aditiv de aliaj în cupru, nichel, fier și alte aliaje. Capacitatea beriliului de a crește duritatea cuprului a fost descoperită în 1926. Aliajele de cupru cu 1–3% beriliu au fost numite bronzuri de beriliu. Acum se știe că adăugarea a aproximativ 2% beriliu crește rezistența cuprului cu un factor de șase. În plus, astfel de aliaje (care conțin, de asemenea, de obicei 0,25% cobalt) au o conductivitate electrică bună, rezistență ridicată și rezistență la uzură. Sunt nemagnetice, rezistente la coroziune și au numeroase aplicații în părțile mobile ale motoarelor de aeronave, instrumente de precizie, relee de control în electronică. În plus, nu fac scântei și, prin urmare, sunt utilizate pe scară largă pentru fabricarea de unelte de mână în industria petrolului. Aliajul de nichel care conține 2% beriliu este, de asemenea, utilizat pentru arcuri de temperatură ridicată, cleme, burduf și contacte electrice. Aliajele de beriliu-aluminiu, în care conținutul de beriliu ajunge la 65%, devin din ce în ce mai importante. Au o gamă largă de utilizări, de la industria aerospațială până la fabricarea computerelor.

Cu ajutorul beriliului, calitatea suprafeței pieselor și mecanismelor mașinii este îmbunătățită. Pentru a face acest lucru, produsul finit este păstrat în pulbere de beriliu la 900-1000 ° C, iar suprafața sa este făcută mai dura decât cea a celor mai bune calități de oțel călit.

Un alt domeniu important de aplicare a beriliului este în reactoarele nucleare, deoarece este unul dintre cei mai eficienți moderatori și reflectoare de neutroni. De asemenea, este folosit ca material pentru ferestre în tuburile cu raze X. Beriliul transmite razele X de 17 ori mai bine decât aluminiul și de 8 ori mai bine decât sticla Lindemann.

Un amestec de compuși de radiu și beriliu a fost folosit de mult timp ca sursă convenabilă de laborator de neutroni produși printr-o reacție nucleară:

9Be + 4He = 12C + 1n

În 1932, folosind acest amestec, fizicianul englez James Chadwick a descoperit neutronul.

Producția de beriliu metalic este dominată de SUA (Brush Wellman, o firmă americană cu sediul în Cleveland). China și Kazahstanul au, de asemenea, unități de producție de metal beriliu.

Consumul de beriliu în Statele Unite, unde acest metal este cel mai folosit, în anul 2000 a fost de aproximativ 260 de tone (după conținutul de metal), din care 75% a fost folosit sub formă de aliaje de cupru-beriliu pentru fabricarea arcuri, conectori și comutatoare utilizate în mașini, avioane și computere. În anii 1990, prețurile pentru aliajele de cupru-beriliu au rămas stabile la aproximativ 400 USD per kilogram de beriliu, iar acest nivel de preț continuă până în prezent.

Potrivit lui Roskill, cererea mondială de beriliu a scăzut brusc în 2001, în parte din cauza contracției pieței de echipamente de telecomunicații, care este probabil cel mai mare consumator de acest metal. Cu toate acestea, experții Roskill consideră că, pe termen mediu, această scădere va fi compensată de o creștere a cererii de bandă de cupru-beriliu de la producătorii de electronice auto și de calculatoare. Pe termen lung, consumul de aliaje de cupru-beriliu în producția de echipamente de telecomunicații subacvatice este de așteptat să continue, precum și cererea de conducte pentru industria petrolului și gazelor, a căror compoziție conține beriliu.

Este puțin probabil ca cererea de beriliu metal să crească considerabil, deoarece prețurile pentru materialele alternative sunt mai mici decât pentru beriliu, care este un metal foarte scump. Deci, într-o serie de domenii de consum, grafitul, oțelul, aluminiul și titanul pot servi ca materiale alternative, iar bronzul fosforat poate fi folosit în locul aliajelor de cupru-beriliu.

compuși de beriliu.

Beriliul, spre deosebire de alte elemente din grupa 2, nu are compuși cu legături predominant ionice; în același timp, sunt cunoscuți numeroși compuși de coordonare, precum și compuși organometalici în care se formează adesea legături multicentrice.

Datorită dimensiunii mici a atomului, beriliul prezintă aproape întotdeauna un număr de coordonare de 4, ceea ce este important pentru chimia analitică.

Sărurile de beriliu din apă sunt hidrolizate rapid cu formarea unui număr de complexe hidroxo cu o structură nedeterminată. Precipitarea începe când raportul OH – : Be 2+ > 1. Adăugarea ulterioară de alcali duce la dizolvarea precipitatului.

Hidrură de beriliu BeH2 a fost obținut pentru prima dată în 1951 prin reducerea clorurii de beriliu cu LiAlH4. Este o substanță albă amorfă. Când este încălzită la 250 ° C, hidrura de beriliu începe să elibereze hidrogen. Acest compus este moderat stabil în aer și apă, dar este degradat rapid de acizi. Hidrura de beriliu este polimerizată datorită legăturilor BeHBe cu trei centre.

Halogenuri de beriliu. Halogenurile de beriliu anhidre nu pot fi obținute prin reacții în soluții apoase datorită formării de hidrați precum F2 și hidroliză. cel mai bun mod pentru a obține fluorură de beriliu este descompunerea termică a (NH 4) 2, iar clorura de beriliu se obține în mod convenabil din oxid. Pentru a face acest lucru, acţionează cu clor pe un amestec de oxid de beriliu şi carbon la 650–1000 ° C. Clorura de beriliu poate fi, de asemenea, sintetizată prin clorurarea directă la temperatură înaltă a beriliului metalic sau a carburii sale. Aceleași reacții sunt folosite pentru a obține bromură și iodură anhidră.

Fluorura de beriliu este un material sticlos. Structura sa constă dintr-o rețea dezordonată de atomi de beriliu (CN 4) conectați prin punți de atomi de fluor și este similară cu structura sticlei de cuarț. Peste 270°C, fluorura de beriliu cristalizează spontan. Ca și cuarțul, există în forma a de temperatură joasă, care se schimbă în forma b la 227°C. În plus, se pot obține forme de cristobalit și tridimit. Asemănarea structurală dintre BeF2 și SiO2 se extinde și la fluoroberilați (care sunt formați prin interacțiunea fluorurii de beriliu cu fluorurile alcaline și de amoniu) și silicați.

Fluorura de beriliu este o componentă a sticlelor fluoroberilat și a unui amestec de sare utilizat în reactoarele nucleare cu sare topită.

Clorura de beriliu și alte halogenuri pot fi considerate compuși complecși polinucleari în care numărul de coordonare al beriliului este 4. Cristalele de clorură de beriliu conțin lanțuri infinite cu atomi de clor de legătură.

Chiar și la punctul de fierbere (550°C), faza gazoasă conține aproximativ 20% molecule de dimer Be2Cl4.

Structura de lanț a clorurii de beriliu este ușor defalcată de liganzi slabi, cum ar fi eterul dietilic, pentru a forma complexe moleculare:

Donorii mai puternici, cum ar fi apa sau amoniacul, dau complexe ionice 2+ (Cl -) 2 . În prezența unui exces de ioni de halogenură, se formează complexe de halogenură, de exemplu, 2–.

oxid de beriliu BeO apare în mod natural ca bromelit mineral rar.

Oxidul de beriliu necalcinat este higroscopic, absoarbe până la 34% din apă și calcinat la 1500 ° C - doar 0,18%. Oxidul de beriliu, calcinat nu mai mult de 500 ° C, interacționează ușor cu acizii, mai dificil - cu soluții alcaline și calcinat peste 727 ° C - numai cu acid fluorhidric, acid sulfuric concentrat la cald și topituri alcaline. Oxidul de beriliu este rezistent la litiu topit, sodiu, potasiu, nichel și fier.

Oxidul de beriliu se obține prin descompunerea termică a sulfatului sau hidroxidului de beriliu peste 800 ° C. Un produs de puritate ridicată se formează prin descompunerea acetatului bazic la peste 600 ° C.

Oxidul de beriliu are o conductivitate termică foarte mare. La 100 ° C, este 209,3 W / (m K), care este mai mult decât orice nemetale și chiar unele metale. Oxidul de beriliu combină un punct de topire ridicat (2507°C) cu o presiune de vapori neglijabilă sub aceasta. Servește ca material rezistent chimic și refractar pentru fabricarea creuzetelor, izolatoarelor de temperatură înaltă, țevilor, tecilor termocuplurilor, ceramicii speciale. Într-o atmosferă inertă sau vid, creuzetele de oxid de beriliu pot fi utilizate la temperaturi de până la 2000°C.

Deși oxidul de beriliu este adesea înlocuit cu nitrură de aluminiu mai ieftină și mai puțin toxică, degradarea performanței echipamentului este de obicei observată în aceste cazuri. Este de așteptat ca, pe termen lung, consumul de oxid de beriliu să continue să crească constant, în special în producția de computere.

hidroxid de beriliu Be(OH)2 este precipitat din soluții apoase de săruri de beriliu cu amoniac sau hidroxid de sodiu. Solubilitatea sa în apă la temperatura camerei este mult mai mică decât cea a vecinilor săi din sistemul periodic și este de numai 3·10 -4 g l -1. Hidroxidul de beriliu este amfoter, reacționează atât cu acizii, cât și cu alcaline pentru a forma săruri, în care beriliul face parte din cation sau, respectiv, anion:

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

Be(OH) 2 + 2OH – = 2–

Hidroxocarbonat de beriliu- compus de compozitie variabila. Se formează prin interacțiunea soluțiilor apoase de săruri de beriliu cu carbonați de sodiu sau de amoniu. Sub acțiunea unui exces de carbonați solubili, formează cu ușurință compuși complecși precum (NH4)2.

Carboxilații de beriliu. Unicitatea beriliului se manifestă prin formarea de oxid-carboxilați moleculari volatili stabili cu formula generală, unde R = H, Me, Et, Pr, Ph etc. Aceste substanțe cristaline albe, caracterizate prin acetat de beriliu bazic (R = CH3), sunt foarte solubile în solvenți organici, inclusiv alcani, și insolubile în apă și alcooli inferiori. Ele pot fi obținute prin simpla fierbere a hidroxidului sau oxidului de beriliu cu acid carboxilic. Structura unor astfel de compuși conține un atom central de oxigen, înconjurat tetraedric de patru atomi de beriliu. Pe cele șase margini ale acestui tetraedru, există șase grupuri de acetat de punte dispuse în așa fel încât fiecare atom de beriliu să aibă un mediu tetraedric de patru atomi de oxigen. Compusul acetat se topește la 285 ° C și fierbe la 330 ° C. Este rezistent la căldură și oxidare în condiții blânde, este lent hidrolizat de apă fierbinte, dar este descompus rapid de acizi minerali pentru a forma sarea de beriliu corespunzătoare și carboxilic liber. acid.

nitrat de beriliu Be(NO 3) 2 în condiții normale există sub formă de tetrahidrat. Este foarte solubil în apă, higroscopic. La 60–100°C se formează hidroxonitrat de compoziție variabilă. La temperaturi mai ridicate, se descompune în oxid de beriliu.

Azotatul de bază are o structură asemănătoare cu carboxilații cu grupări de nitrați de legătură. Acest compus se formează prin dizolvarea clorurii de beriliu într-un amestec de N 2 O 4 și acetat de etil cu formarea unui solvat cristalin, care este apoi încălzit la 50 ° C pentru a obține azotat de Be(NO 3) 2 anhidru, care se descompune rapid la 125 °C în N 2 O 4 şi .

Compuși de beriliu. Numeroși compuși care conțin legături beriliu-carbon sunt cunoscuți pentru beriliu. Compușii BeR2, în care R este alchil, sunt covalenti și au o structură polimerică. Compusul (CH 3) 2 Be are o structură de lanț cu un aranjament tetraedric de grupări metil în jurul atomului de beriliu. Se sublimeaza usor cand este incalzit. În perechi, există ca dimer sau trimer.

Compușii R 2 Be se aprind spontan în aer și într-o atmosferă de dioxid de carbon, reacționează violent cu apa și alcoolii, dau complecși stabili cu aminele, fosfinele și eterii.

R2Be este sintetizat prin interacțiunea clorurii de beriliu cu compuși organomagnezici din eter sau beriliu metalic cu R2Hg. Pentru a obține (C 6 H 5) 2 Be și (C 5 H 5) 2 Be se folosește reacția clorurii de beriliu cu derivații corespunzători ai elementelor alcaline.

Se presupune că compuşii din compoziţia RBeX (X este halogen, OR, NH2, H) sunt R2Be. BeX2. Sunt mai puțin reactivi, în special, nu sunt afectați de dioxidul de carbon.

Compușii organoberiliului sunt utilizați ca catalizatori pentru dimerizarea și polimerizarea olefinelor, precum și pentru producerea de beriliu metalic de înaltă puritate.

Rolul biologic al beriliului.

Beriliul nu este important din punct de vedere biologic elemente chimice. În același timp, conținutul crescut de beriliu este periculos pentru sănătate. Compușii de beriliu sunt foarte toxici, mai ales sub formă de praf și fum, au efect alergic și cancerigen și irită pielea și mucoasele. Dacă intră în plămâni, poate provoca o boală cronică - berilioză (insuficiență pulmonară). Bolile plămânilor, pielii și mucoaselor pot apărea la 10-15 ani după încetarea expunerii la beriliu.

Se crede că proprietățile toxice ale acestui element sunt asociate cu capacitatea Be(II) de a înlocui Mg(II) în enzimele care conțin magneziu datorită capacității sale mai puternice de coordonare.

Elena Savinkina

Beriliul este un element chimic cu simbolul Be și numărul atomic 4. Este un element relativ rar în univers, de obicei găsit ca produs de fisiune al nucleelor ​​atomice mari care se ciocnesc cu razele cosmice. În nucleele stelelor, beriliul se epuizează pe măsură ce fuzionează și creează elemente mai mari. Este un element divalent care apare în mod natural numai în combinație cu alte elemente din minerale. Pietrele prețioase notabile care conțin beriliu includ berilul (acvamarin, smarald) și crisoberil. Ca element liber, beriliul este un metal alcalino-pământos puternic, ușor și fragil, de culoarea oțelului. Beriliul ameliorează multe proprietăți fizice alte substanțe atunci când sunt adăugate ca element de aliere la aluminiu, cupru (în special aliaj de cupru beriliu), fier și nichel. Beriliul nu formează oxizi până nu atinge temperaturi foarte ridicate. Uneltele fabricate din aliaje de cupru beriliu sunt puternice și dure și nu produc scântei atunci când sunt lovite de o suprafață de oțel. În aplicațiile structurale, combinația dintre rigiditate ridicată la încovoiere, stabilitate termică, conductivitate termică și densitate scăzută (de 1,85 ori mai mare decât cea a apei) face din beriliul metal un material aerospațial de dorit pentru componentele aeronavelor, rachetelor, navelor spațiale și sateliților. Datorită densității reduse și a masei atomice, beriliul este relativ transparent la raze X și la alte forme de radiații ionizante; prin urmare, este cel mai comun material de geam pentru echipamentele cu raze X și componentele detectoarelor de particule. Conductivitatea termică ridicată a beriliului și a oxidului de beriliu a condus la utilizarea lor în dispozitivele de control al temperaturii. Utilizarea comercială a beriliului necesită echipamente adecvate de control al prafului și controale industriale în orice moment, din cauza toxicității prafului de inhalare care conține beriliu, care poate provoca o boală alergică cronică, care pune viața în pericol la unele persoane, numită berilioză.

Caracteristici

Proprietăți fizice

Beriliul este un metal dur de culoarea oțelului care este fragil la temperatura camerei și are o structură cristalină hexagonală strânsă. Are o rigiditate excepțională (modulul Young 287 GPa) și un punct de topire destul de ridicat. Modulul de elasticitate al beriliului este cu aproximativ 50% mai mare decât cel al oțelului. Combinația dintre acest modul și densitatea relativ scăzută are ca rezultat o viteză neobișnuit de mare a sunetului în beriliu - aproximativ 12,9 km/s în condiții de cameră. Alte proprietăți semnificative ale beriliului sunt căldura specifică ridicată (1925 J kg-1 K-1) și conductivitatea termică (216 W m-1 K-1), care fac din beriliu un metal cu cele mai bune caracteristici de transfer de căldură pe unitate de masă. Combinate cu un coeficient relativ scăzut de dilatare termică liniară (11,4 × 10-6 K-1), aceste caracteristici au ca rezultat stabilitatea unică a beriliului sub stres termic.

proprietăți nucleare

Beriliul natural, cu excepția unei ușoare contaminari cu radioizotopi cosmogeni, este beriliu-9 izotopic pur, care are un spin nuclear de 3/2. Beriliul are o secțiune transversală mare de împrăștiere pentru neutroni de înaltă energie, aproximativ 6 bari pentru energii peste aproximativ 10 keV. Prin urmare, funcționează ca reflector de neutroni și moderator de neutroni, încetinind efectiv neutronii la un interval de energie termică sub 0,03 eV, unde secțiunea transversală totală este cu cel puțin un ordin de mărime mai mică - valoarea exactă depinde foarte mult de puritate și dimensiune. a cristalitelor din material. Singurul izotop primordial al beriliului, 9Be, suferă, de asemenea, o reacție cu neutroni (n,2n) cu energii neutronice mai mari de 1,9 MeV, producând 8Be, care se rupe aproape imediat în două particule alfa. Astfel, pentru neutronii de mare energie, beriliul este un multiplicator de neutroni care eliberează mai mulți neutroni decât absoarbe. Această reacție nucleară:

94Be + N → 2 (42He) + 2n

Neutronii sunt eliberați atunci când nucleii de beriliu sunt loviți de particule energetice alfa, producând o reacție nucleară.

94Be + 42He → 126C + N

unde 42He este particula alfa și 126C este nucleul de carbon-12. Beriliul eliberează, de asemenea, neutroni atunci când este bombardat cu raze gamma. Astfel, beriliul natural, bombardat cu alfa sau gamma dintr-un radioizotop adecvat, este o componentă cheie a majorității surselor de neutroni de reacție nucleară cu izotop radioactiv pentru producția de laborator de neutroni liberi. Nu un numar mare de tritiul este eliberat atunci când nucleele 94Be absorb neutroni de energie joasă într-o reacție nucleară în trei etape

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

Rețineți că 62He are un timp de înjumătățire de numai 0,8 secunde, β- este un electron și 63Li are o secțiune transversală de absorbție mare a neutronilor. Tritiul este un radioizotop de îngrijorare în ceea ce privește deșeurile din reactorul nuclear. Ca metal, beriliul este transparent la majoritatea lungimilor de undă de raze X și gama, ceea ce îl face util pentru ferestrele de ieșire ale tuburilor de raze X și ale altor dispozitive similare.

Izotopi și nucleosinteză

Atât izotopii stabili, cât și cei instabili ai beriliului sunt creați în stele, dar izotopii radio sunt de scurtă durată. Se crede că cea mai mare parte a beriliului stabil din univers a fost creat inițial în mediul interstelar atunci când razele cosmice au indus fisiunea în elementele mai grele găsite în gazul și praful interstelar. Beriliul primordial conține un singur izotop stabil, 9Be și, prin urmare, beriliul este un element monoizotopic. 10Be cosmogen radioactiv se formează în atmosfera Pământului prin divizarea oxigenului de către razele cosmice. 10Be se acumulează la suprafața solului, unde timpul de înjumătățire relativ lung (1,36 milioane de ani) permite acestui element să rămână în această stare mult timp înainte de a se degrada în bor-10. Astfel, 10Be și produșii săi descendenți sunt utilizați pentru a studia eroziunea naturală a solului, formarea solului și dezvoltarea solurilor lateritice și pentru a măsura modificările activității solare și vârsta nucleelor ​​de gheață. Producția de 10Be este invers proporțională cu activitatea solară, deoarece o creștere a vântului solar în perioadele de activitate solară ridicată reduce fluxul razelor cosmice galactice care ajung pe Pământ. Exploziile nucleare formează, de asemenea, 10Be prin reacția neutronilor rapizi cu 13C din dioxidul de carbon din aer. Acesta este unul dintre indicatorii activității anterioare la instalațiile de arme nucleare. Izotopul 7Be (timp de înjumătățire 53 de zile) este, de asemenea, cosmogenic și prezintă abundență atmosferică legată de petele solare similară cu 10Be. 8Be are un timp de înjumătățire foarte scurt, aproximativ 7 × 10-17 s, ceea ce contribuie la rolul său cosmologic semnificativ, deoarece elementele mai grele decât beriliul nu au putut fi produse prin fuziunea nucleară în Big Bang. Acest lucru se datorează lipsei de timp suficient în timpul fazei de nucleosinteză Big Bang pentru a produce carbon prin fuziunea nucleelor ​​de 4He și concentrații foarte scăzute de beriliu-8 disponibil. Astronomul britanic Sir Fred Hoyle a fost primul care a arătat că nivelurile de energie 8Be și 12C fac posibilă obținerea de carbon prin așa-numitul proces alfa triplu în stelele care conțin heliu, unde este disponibil mai mult timp de nucleosinteză. Acest proces permite ca carbonul să fie produs în stele, dar nu în Big Bang. Astfel, carbonul creat de stele (baza vieții carbonului) este o componentă a elementelor de gaz și praf ejectate de stelele și supernovele gigantice asimptotice (vezi și nucleosinteza Big Bang), precum și crearea tuturor celorlalte elemente cu numere atomice. mai mare decât carbonul. Electronii 2s ai beriliului pot facilita legăturile chimice. Deci, atunci când 7Be se descompune prin captarea electronilor L, o face prin luarea de electroni din orbitalii lor atomici care pot participa la legături. Acest lucru face ca rata sa de dezintegrare să depindă într-un grad măsurabil de mediul său chimic - o apariție rară în dezintegrarea nucleelor. Cel mai scurt izotop de beriliu cunoscut este 13Be, care se descompune din cauza radiației neutronice. Are un timp de înjumătățire de 2,7×10-21 s. 6Be are, de asemenea, o viață foarte scurtă, cu un timp de înjumătățire de 5,0×10-21 s. Se știe că izotopii exotici 11Be și 14Be au un halou nuclear. Acest fenomen poate fi înțeles, deoarece nucleele 11Be și 14Be au 1, respectiv 4 neutroni, care se rotesc aproape în afara modelului clasic Fermi.

Prevalența

Soarele are o concentrație de beriliu de 0,1 părți per miliard (ppb). Beriliul are o concentrație de 2 până la 6 părți per milion (ppm) în scoarța terestră. Este cel mai concentrat în sol, 6 ppm. Urme de 9Be se găsesc în atmosfera Pământului. Concentrația de beriliu în apa de mare este de 0,2-0,6 părți per trilion. Cu toate acestea, în apa curgătoare, beriliul este mai abundent și are o concentrație de 0,1 ppm. Beriliul se găsește în peste 100 de minerale, dar cele mai multe sunt rare. Mineralele mai comune care conțin beriliu includ: bertrandite (Be4Si2O7(OH)2), beril (Al2Be3Si6O18), crisoberil (Al2BeO4) și fenakit (Be2SiO4). Formele prețioase de beril sunt acvamarinul, berilul roșu și smaraldul. Culoarea verde în formele de înaltă calitate de beril este asociată cu cantități variate de crom (aproximativ 2% pentru smarald). Cele două minereuri principale de beriliu, beril și bertranită, se găsesc în Argentina, Brazilia, India, Madagascar, Rusia și Statele Unite. Rezervele mondiale totale de minereu de beriliu sunt de peste 400.000 de tone.Beriliul este o parte integrantă a fumului de tutun.

Productie

Extracția beriliului din compușii săi este un proces dificil datorită afinității sale mari pentru oxigen la temperaturi ridicate și a capacității sale de a reduce apa atunci când pelicula de oxid este îndepărtată. Statele Unite, China și Kazahstan sunt singurele trei țări implicate în exploatarea comercială a beriliului. Beriliul este extras cel mai frecvent din berilul mineral, care este fie sinterizat folosind un extractant, fie topit într-un amestec solubil. Procesul de sinterizare implică amestecarea berilului cu fluorosilicat de sodiu și sodă la 770 °C (1420 °F) pentru a forma fluoroberilatul de sodiu, alumină și silice. Hidroxidul de beriliu este precipitat dintr-o soluție de fluoroberilat de sodiu și hidroxid de sodiu în apă. Extracția beriliului prin metoda topiturii implică măcinarea berilului într-o pulbere și încălzirea lui la 1650 ° C (3000 ° F). Soluția este răcită rapid cu apă și apoi reîncălzită la 250-300 °C (482-557 °F) în acid sulfuric concentrat, producând în principal sulfat de beriliu și sulfat de aluminiu. Apoi, amoniacul apos este folosit pentru a îndepărta aluminiul și sulful, lăsând hidroxid de beriliu. Hidroxidul de beriliu, creat fie prin metoda sinterului, fie prin topire, este apoi transformat în fluorură de beriliu sau clorură de beriliu. Pentru a forma fluorură, se adaugă fluorură de amoniu apoasă la hidroxidul de beriliu pentru a da un precipitat de tetrafluoroberilat de amoniu, care este încălzit la 1000 °C (1830 °F) pentru a forma fluorură de beriliu. Încălzirea fluorului la 900 °C (1,650 °F) cu magneziu produce beriliu fin divizat, iar încălzirea suplimentară la 1300 °C (2,370 °F) creează un metal compact. Încălzirea hidroxidului de beriliu formează un oxid, care este transformat în clorură de beriliu atunci când este combinat cu carbon și clor. Electroliza clorurii de beriliu topită este apoi utilizată pentru a produce metalul.

Proprietăți chimice

Comportamentul chimic al beriliului este în mare parte rezultatul razelor sale atomice și ionice mici. Astfel, are un potențial de ionizare foarte mare și o polarizare puternică atunci când este combinat cu alți atomi, astfel încât toți compușii săi sunt covalenți. Este mai asemănător din punct de vedere chimic cu aluminiul decât vecinii săi apropiați din tabelul periodic, datorită faptului că are același raport „încărcare la rază”. În jurul beriliului se formează un strat de oxid, care previne reacțiile ulterioare cu aerul, cu excepția cazului în care substanța este încălzită peste 1000 °C. Când este aprins, beriliul arde cu un foc strălucitor, formând un amestec de oxid de beriliu și nitrură de beriliu. Beriliul se dizolvă ușor în acizi neoxidanți, cum ar fi HCI și H2SO4 diluat, dar nu în acid azotic sau apă, deoarece se formează un oxid în acest proces. Acest lucru este similar cu comportamentul aluminiului. Beriliul se dizolvă și în soluții alcaline. Atomul de beriliu are configurația electronică 2s2. Cei doi electroni de valență conferă beriliului starea de oxidare a+2 și, prin urmare, capacitatea de a forma două legături covalente; singura dovadă pentru valența inferioară a beriliului este solubilitatea metalului în BeCl2. Din cauza regulii octetului, atomii tind să găsească o valență de 8 pentru a semăna cu un gaz nobil. Beriliul încearcă să atingă un număr de coordonare de 4, deoarece cele două legături covalente ale sale umplu jumătate din acel octet. Tetracoordinarea permite compușilor de beriliu, cum ar fi fluorura sau clorura, să formeze polimeri. Această caracteristică este utilizată în metodele analitice folosind EDTA (acid etilendiaminotetraacetic) ca ligand. EDTA formează de preferință complexe octaedrice, eliminând astfel alți cationi, cum ar fi Al3+, care pot interfera, de exemplu, cu extracția cu solvent a complexului format între Be2+ și acetilacetonă. Beriliul (II) formează cu ușurință complexe cu liganzi puternici donatori, cum ar fi oxizii de fosfină și oxizii de arzină. Au fost efectuate studii ample asupra acestor complexe, care arată stabilitatea legăturii O-Be. Soluțiile de săruri de beriliu, cum ar fi sulfatul de beriliu și nitratul de beriliu, sunt acide datorită hidrolizei 2+ 2+ + H2O ⇌ + + H3O + Alți produși de hidroliză includ ionul trimeric 3+. Hidroxidul de beriliu, Be(OH)2, este insolubil chiar și în soluții acide cu pH mai mic de 6, adică la pH biologic. Este amfoter și se dizolvă în soluții puternic alcaline. Beriliul formează compuși binari cu multe nemetale. Halogenurile anhidre sunt cunoscute pentru F, Cl, Br și I. BeF2 are o structură asemănătoare silicei cu patru tetraedre care împart colțurile. BeCl2 și BeBr2 au structuri în lanț cu tetraedri de margine. Toate halogenurile de beriliu au o structură moleculară monomerică liniară în faza gazoasă. Difluorura de beriliu, BeF2, este diferită de alte difluoruri. În general, beriliul tinde să se lege covalent, mult mai mult decât alte metale alcalino-pământoase, iar fluorura sa este parțial covalentă (deși mai ionică decât celelalte halogenuri ale sale). BeF2 are multe în comun cu SiO2 (cuarț), în principal cu o rețea legată covalent. BeF2 are un metal coordonat tetraedric și formează pahare (greu de cristalizat). În forma sa cristalină, fluorura de beriliu are aceeași structură cristalină la temperatura camerei ca și cuarțul și, de asemenea, are multe structuri de temperatură înaltă. Difluorura de beriliu este foarte solubilă în apă, spre deosebire de alte difluoruri de metale alcalino-pământoase. (Deși sunt puternic ionice, ele nu se dizolvă datorită energiei reticulare deosebit de puternice a structurii fluoritului). Cu toate acestea, BeF2 are o conductivitate electrică mult mai mică atunci când este în soluție sau este topit decât ar fi de așteptat dacă ar fi complet ionic. Oxidul de beriliu, BeO, este un solid alb refractar care are o structură cristalină de wurtzită și o conductivitate termică mai mare decât unele metale. BeO este amfoter. Sărurile de beriliu pot fi obţinute prin tratarea Be(OH)2 cu acid. Sunt cunoscute sulfura de beriliu, seleniura și telurura, toate având structură de sfalerit. Nitrura de beriliu, Be3N2, este un compus cu punct de topire ridicat care se hidrolizează ușor. Sunt cunoscute azida de beriliu, BeN6, și fosfura de beriliu, Be3P2, care are o structură similară cu Be3N2. Nitratul de beriliu bazic și acetatul de beriliu bazic au structuri tetraedrice similare cu patru atomi de beriliu coordonați cu ionul de oxid central. Sunt cunoscute un număr de boruri de beriliu, cum ar fi Be5B, Be4B, Be2B, BeB2, BeB6 și BeB12. Carbura de beriliu, Be2C, este un compus refractar roșu cărămidă care reacționează cu apa pentru a produce metan. Siliciul de beriliu nu a fost identificat.

Poveste

Berilul mineral, care conține beriliu, a fost folosit cel puțin încă de la domnia dinastiei Ptolemaice din Egipt. În secolul I d.Hr. Naturalistul roman Pliniu cel Bătrân a menționat în enciclopedia sa „Istoria naturală” asemănarea dintre beril și smarald („smaragdus”). Papirusul Graecus Holmiensis, scris în secolul al III-lea sau al IV-lea d.Hr., conține note despre cum se prepară smarald artificial și beril. Analizele timpurii ale smaraldelor și berilului de către Martin Heinrich Klaproth, Thorbern Olof Bergmann, Franz Karl Achard și Johann Jakob Bindheim au oferit întotdeauna elemente similare, ducând la concluzia eronată că ambele substanțe erau silicați de aluminiu. Mineralogul René Just Haüy a descoperit că ambele cristale erau identice din punct de vedere geometric și i-a cerut chimistului Louis-Nicolas Vauquelin să efectueze o analiză chimică. Într-o lucrare din 1798 citită la Institut de France, Vauquelin a raportat că a găsit un nou „pământ” prin dizolvarea smaraldului și a hidroxidului de aluminiu de beril în alcalii suplimentare. Editorii Annales de Chimie et the Physique au numit noul pământ „glucină” din cauza gustului dulce al unora dintre compușii săi. Klaproth a preferat denumirea de „berilină” datorită faptului că ytriul a format și săruri dulci. Numele „beriliu” a fost folosit pentru prima dată de Wöhler în 1828. Friedrich Wöhler a fost unul dintre oamenii de știință care au izolat în mod independent beriliul. Friedrich Wöhler și Antoine Bussy au izolat independent beriliul în 1828 prin reacția chimică a potasiului metalic cu clorură de beriliu, după cum urmează:

BeCl2 + 2K → 2KCl +

Folosind o lampă cu alcool, Wöhler a încălzit straturi alternative de clorură de beriliu și clorură de potasiu într-un creuzet de platină cu un circuit de sârmă. Reacția de mai sus a avut loc imediat și a făcut ca creuzetul să devină alb. După răcirea și spălarea pulberii de culoare gri-negru rezultată, omul de știință a văzut că substanța consta din particule mici cu o strălucire metalică închisă. Potasiul foarte reactiv a fost obținut prin electroliza compușilor săi, iar acest proces a fost descoperit în urmă cu 21 de ani. Metoda chimică, folosind potasiul, producea numai boabe mici de beriliu, din care era imposibil să turnați sau să ciocăniți un lingou de metal. Electroliza directă a unui amestec topit de fluorură de beril și fluorură de sodiu de către Paul Lebo în 1898 a condus la formarea primelor probe pure (99,5 - 99,8%) de beriliu. Prima reclama proces de succes Producția de beriliu a fost dezvoltată în 1932 de Alfred Fonda și Hans Goldschmidt. Procesul implică electroliza unui amestec de fluoruri de beriliu și bariu, ceea ce face ca beriliul topit să se colecteze pe un catod răcit cu apă. O mostră de beriliu a fost bombardată cu raze alfa de la degradarea radiului în experimentul lui James Chadwick din 1932, care a dezvăluit existența neutronului. Aceeași tehnică este folosită într-o clasă de surse de neutroni de laborator bazate pe radioizotopi, care produc 30 de neutroni pentru fiecare milion de particule alfa. Producția de beriliu a crescut vertiginos în timpul celui de-al Doilea Război Mondial din cauza cererii tot mai mari de aliaje dure de beriliu și cupru și de fosfor pentru lămpi fluorescente. Majoritatea lămpilor fluorescente timpurii foloseau ortosilicat de zinc cu cantități diferite de beriliu, care emitea o lumină verzuie. Mici adaosuri de tungstat de magneziu au îmbunătățit capătul albastru al spectrului pentru a oferi o lumină albă acceptabilă. Fosforii pe bază de beriliu au fost înlocuiți cu fosfori halofosfat după ce beriliul s-a dovedit a fi toxic. Electroliza unui amestec de fluorură de beril și fluorură de sodiu a fost folosită pentru a izola beriliu în timpul secolului al XIX-lea. Punctul de topire ridicat al metalului face ca acest proces să consume mai multă energie decât procesele corespunzătoare utilizate pentru metalele alcaline. La începutul secolului al XX-lea, producția de beriliu prin descompunerea termică a iodurii de beriliu a fost explorată după succesul unui proces similar de producere a zirconiului, dar procesul s-a dovedit neeconomic pentru producția în vrac. Beriliul metalic pur nu a fost ușor disponibil până în 1957, deși fusese folosit ca metal de aliere pentru a întări cuprul mult mai devreme. Beriliul poate fi obținut prin reducerea compușilor de beriliu precum clorura de beriliu cu potasiu sau sodiu metalic. În prezent, cea mai mare parte a beriliului se obține prin reducerea fluorurii de beriliu cu magneziu purificat. În 2001, prețul lingourilor de beriliu turnate în vid pe piața americană era de aproximativ 338 USD per liră (745 USD pe kilogram). Între 1998 și 2008, producția mondială de beriliu a scăzut de la 343 de tone la 200 de tone, din care 176 de tone (88%) au venit din Statele Unite.

Etimologie

Precursorii timpurii ai cuvântului beriliu pot fi urmăriți în multe limbi, inclusiv în latină Beryllus; French Bery; grecesc βήρυλλος, bērullos, beril; Prakrit veruliya (वॆरुलिय); Pāli veḷuriya (वेलुरिय), veḷiru (भेलिरु) sau viḷar (भिलर्) - „a deveni palid”, cu referire la piatra semiprețioasă de beril palid. Sursa originală este probabil cuvântul sanscrit वैडूर्य (vaiduriya), care este de origine dravidiană și poate fi legat de numele orașului modern Belur. Timp de aproximativ 160 de ani, beriliul a fost cunoscut și sub numele de glucină sau gluciniu (cu simbolul chimic însoțitor „Gl” sau „G”). Numele provine de la cuvântul grecesc pentru dulceață: γλυκυς, datorită gustului dulce al sărurilor de beriliu.

Aplicații

ferestre de radiații

Datorită numărului său atomic scăzut și absorbției foarte scăzute pentru raze X, cea mai veche și încă una dintre cele mai importante utilizări pentru beriliu este în ferestrele de radiație pentru tuburile de raze X. Sunt impuse cerințe extreme cu privire la puritatea beriliului pentru a evita apariția artefactelor în raze X. Folia subțire de beriliu este folosită ca ferestre de radiații pentru detectoarele de raze X, iar absorbția extrem de scăzută minimizează efectele de încălzire cauzate de razele X de intensitate mare, cu energie scăzută, caracteristice radiației sincrotron. Ferestrele etanșe la vid și tuburile cu raze pentru experimentele cu radiații la sincrotroni sunt fabricate exclusiv din beriliu. În configurațiile științifice pentru diferite studii cu raze X (de exemplu, spectroscopie cu raze X cu dispersie de energie), suportul de probă este de obicei realizat din beriliu, deoarece razele X emise au energii mult mai mici (~100 eV) decât cele mai studiate. materiale. Numărul atomic scăzut face, de asemenea, beriliul relativ transparent pentru particulele energetice. Prin urmare, este folosit pentru a construi un tub cu raze în jurul regiunii de coliziune în instalațiile de fizică a particulelor, cum ar fi toate cele patru detectoare experimentale majore de la Large Hadron Collider (ALICE, ATLAS, CMS, LHCb), Tevatron și SLAC. Densitatea scăzută a beriliului permite ca produsele de coliziune să ajungă la detectoarele din jur fără o interacțiune semnificativă, rigiditatea acestuia îi permite să creeze un vid puternic în interiorul tubului pentru a minimiza interacțiunea cu gazele, stabilitatea sa termică îi permite să funcționeze normal la temperaturi de doar câteva grade peste zero absolut, iar natura sa diamagnetică previne interferența cu sistemele magnetice multipolare complexe utilizate pentru controlul și focalizarea fasciculelor de particule.

Aplicatii mecanice

Datorită rigidității, masei reduse și stabilității dimensionale pe o gamă largă de temperaturi, beriliul metalului este utilizat pentru componente structurale ușoare în industria de apărare și aerospațială pe avioane de mare viteză, rachete ghidate, nave spațiale și sateliți. Mai multe rachete cu combustibil lichid au folosit duze pentru rachete din beriliu pur. Pulberea de beriliu a fost în sine studiată ca combustibil pentru rachete, dar această utilizare nu a avut loc niciodată. Un număr mic de cadre de biciclete de calitate extremă au fost construite folosind beriliu. Din 1998 până în 2000, echipa McLaren Formula 1 a folosit motoare Mercedes-Benz cu pistoane din aliaj de aluminiu beriliu. Utilizarea componentelor motorului din beriliu a fost interzisă în urma unui protest al Scuderiei Ferrari. Amestecând aproximativ 2,0% beriliu în cupru a rezultat într-un aliaj numit cupru beriliu, care este de șase ori mai puternic decât cuprul singur. Aliajele de beriliu au numeroase aplicații datorită combinației lor de elasticitate, conductivitate electrică și termică ridicată, rezistență și duritate ridicată, proprietăți nemagnetice și rezistență bună la coroziune și rezistență la tenacitate. Aceste aplicații includ instrumente care nu produc scântei utilizate în apropierea gazelor inflamabile (nichel de beriliu), în arcuri și diafragme (nichel de beriliu și fier de beriliu) utilizate în instrumentele chirurgicale și dispozitivele de înaltă temperatură. Mai puțin de 50 ppm de beriliu aliat cu magneziu lichid are ca rezultat o îmbunătățire semnificativă a rezistenței la oxidare și o inflamabilitate redusă. Rigiditatea elastică ridicată a beriliului a condus la utilizarea sa pe scară largă în instrumentele de măsurare de precizie, cum ar fi sistemele de ghidare inerțială și mecanismele de sprijin pentru sistemele optice. Aliajele de beriliu-cupru au fost folosite și ca întăritor în „tunurile Jason”, care au fost folosite pentru a îndepărta vopseaua de pe corpurile navelor. Beriliul a fost folosit și pentru console în cartușe de înaltă performanță, unde rigiditatea sa extremă și densitatea scăzută au permis ca greutatea de urmărire să fie de până la 1 gram, totuși urmărind canalele de înaltă frecvență cu distorsiuni minime. O utilizare majoră timpurie a beriliului este în frânele aeronavelor militare datorită durității, punctului de topire ridicat și capacității excepționale de disipare a căldurii. Din cauza problemelor de mediu, beriliul a fost înlocuit cu alte materiale. Pentru a reduce costurile, beriliul poate fi dopat cu o cantitate semnificativă de aluminiu, rezultând un aliaj AlBeMet (denumire comercială). Acest amestec este mai ieftin decât beriliul pur, păstrând în același timp multe dintre proprietățile benefice ale beriliului.

Oglinzi

Oglinzile din beriliu prezintă un interes deosebit. Oglinzile cu suprafață mare, adesea cu o structură de susținere în fagure, sunt utilizate, de exemplu, în sateliții meteorologici unde masa scăzută și stabilitatea spațială pe termen lung sunt factori critici. Oglinzile mai mici din beriliu sunt folosite în sistemele optice de ghidare și în sistemele de control al incendiului, cum ar fi tancurile germane Leopard 1 și Leopard 2. Aceste sisteme necesită o mișcare foarte rapidă a oglinzii, ceea ce necesită, de asemenea, masă redusă și rigiditate ridicată. De obicei, o oglindă din beriliu are un strat de nichel dur care este mai ușor de lustruit până la un strat optic mai subțire decât beriliul. Cu toate acestea, în unele aplicații, semifabricatul de beriliu este lustruit fără nicio acoperire. Acest lucru este aplicabil în special aplicațiilor criogenice în care nepotrivirea expansiunii termice poate duce la deformarea acoperirii. Telescopul spațial James Webb va avea 18 segmente hexagonale de beriliu în oglinzile sale. Deoarece acest telescop se va confrunta cu o temperatură de 33 K, oglinda este realizată din beriliu placat cu aur, care poate suporta frigul extrem mai bine decât sticla. Beriliul se micșorează și se deformează mai puțin decât sticla și rămâne mai uniform la aceste temperaturi. Din același motiv, optica telescopului spațial Spitzer este construită în întregime din beriliu metal.

Aplicații magnetice

Beriliul este nemagnetic. Prin urmare, uneltele realizate din materiale pe bază de beriliu sunt folosite de echipele maritime sau militare pentru a distruge munițiile pentru a lucra pe sau în apropierea minelor navale, deoarece aceste mine au de obicei siguranțe magnetice. Ele se găsesc, de asemenea, în materialele de reparații și de construcție în apropierea dispozitivelor de imagistică prin rezonanță magnetică (RMN) datorită câmpurilor magnetice mari generate. În domeniul comunicațiilor radio și al radarelor de mare putere (de obicei militare), uneltele de mână cu beriliu sunt folosite pentru a regla klystroni, magnetroni, tuburi cu unde calatorii, etc., care sunt folosite pentru a genera niveluri mari de putere a microundelor în transmițătoare.

Aplicații nucleare

Foile subțiri, sau foliile de beriliu, sunt uneori folosite în proiectele de arme nucleare ca stratul exterior al gropilor de plutoniu în etapele primare ale bombelor de fuziune plasate în jurul materialului fisionabil. Aceste straturi de beriliu sunt bune „împingătoare” pentru implozia plutoniului-239, precum și reflectoare de neutroni bune, la fel ca în reactoarele nucleare cu beriliu. Beriliul este, de asemenea, utilizat pe scară largă în unele surse de neutroni în dispozitivele de laborator care necesită relativ puțini neutroni (în loc de a utiliza un reactor nuclear sau un generator de neutroni accelerator de particule). În acest scop, beriliul-9 este bombardat cu particule alfa energetice de la un radioizotop cum ar fi poloniu-210, radiu-226, plutoniu-238 sau americiu-241. În reacția nucleară care are loc, nucleul de beriliu se transformă în carbon-12, este emis un neutron liber, mișcându-se aproximativ în aceeași direcție ca și particula alfa. Astfel de bombe atomice timpurii au fost folosite în surse de neutroni de tip beriliu numite inițiatori de neutroni de tip „arici”. Sursele de neutroni în care beriliul este bombardat cu radiații gamma de la un radioizotop cu descompunere gamma sunt, de asemenea, folosite pentru a crea neutroni de laborator. Beriliul este, de asemenea, folosit pentru a produce combustibil pentru reactoarele CANDU. Pilele de combustie au mici anexe rezistive lipite pe placarea combustibilului folosind un proces de lipire prin inducție folosind Be ca material de lipire de umplutură. Plăcuțele de rulment sunt lipite pentru a preveni contactul fasciculului de combustibil cu conducta de ridicare, iar plăcuțele distanțiere dintre elemente sunt lipite pentru a preveni contactul cu elementul. Beriliul este folosit și la Torus, un laborator european comun de cercetare a fuziunii nucleare, și va fi folosit în ITER, mai avansat, pentru a studia componentele care se ciocnesc cu plasma. Beriliul a fost, de asemenea, propus ca material de acoperire pentru barele de combustibil nuclear datorită combinației sale bune de proprietăți mecanice, chimice și nucleare. Fluorura de beril este una dintre sărurile constitutive ale amestecului de sare eutectică FLiBe, care este utilizată ca solvent, moderator și agent de răcire în multe modele ipotetice de reactoare cu sare topită, inclusiv reactorul cu fluorură lichidă de toriu (LFTR).

Acustică

Greutatea redusă a beriliului și rigiditatea ridicată îl fac util ca material pentru tweeter. Deoarece beriliul este scump (de multe ori mai scump decât titanul), greu de format din cauza fragilității sale și toxic dacă sunt utilizate greșit, tweeterele cu beriliu sunt folosite doar în case de ultimă generație, sisteme audio profesionale și aplicații de adresare publică. Unele produse de înaltă calitate au fost susținute în mod fals că sunt fabricate din acest material. Unele cartușe de fonograf de înaltă calitate au folosit cantilever din beriliu pentru a îmbunătăți urmărirea prin reducerea masei.

Electronică

Beriliul este un dopant de tip p în semiconductori compuși III-V. Este utilizat pe scară largă în materiale precum GaAs, AlGaAs, InGaAs și InAlAs crescute prin epitaxie cu fascicul molecular (MBE). Foaia de beriliu laminată în cruce este un suport structural excelent pentru plăcile de circuite imprimate în tehnologia de montare la suprafață. În aplicațiile electronice critice, beriliul este atât un suport structural, cât și un radiator. Această aplicație necesită, de asemenea, un coeficient de dilatare termică care este bine potrivit cu substraturile de alumină și poliimidă. Compozițiile „E-Materials” de oxid de beriliu-beriliu au fost dezvoltate special pentru aceste aplicații electronice și au avantajul suplimentar că coeficientul de dilatare termică poate fi adaptat la diferite materiale de substrat. Oxidul de beriliu este util pentru multe aplicații care necesită proprietățile combinate ale unui izolator electric și un conductor termic excelent, cu rezistență și duritate ridicate și un punct de topire foarte ridicat. Oxidul de beriliu este adesea folosit ca placă de suport izolatoare în tranzistoarele de mare putere din transmițătoarele RF pentru telecomunicații. Oxidul de beriliu este, de asemenea, studiat pentru utilizare în creșterea conductibilității termice a peletelor de combustibil nuclear pe bază de uraniu. Compușii de beriliu au fost utilizați în lămpile fluorescente, dar această utilizare a fost întreruptă din cauza bolii beriliului care s-a dezvoltat în rândul lucrătorilor care au făcut aceste tuburi.

sănătate

Securitatea și sănătatea în muncă

Beriliul prezintă o problemă de siguranță pentru lucrătorii care manipulează acest element. Expunerea la beriliu la locul de muncă poate duce la o reacție de sensibilizare imunologică și, în timp, poate provoca boala cronică de beriliu. Institutul Național pentru Securitate și Sănătate Ocupațională (NIOSH) din SUA investighează aceste efecte în colaborare cu un producător important de produse din beriliu. Scopul acestor studii este de a preveni sensibilizarea prin dezvoltarea unei mai bune înțelegeri a proceselor de muncă și a expunerilor care pot prezenta un risc potențial pentru lucrători și de a dezvolta intervenții eficiente care vor reduce riscul de efecte adverse asupra sănătății cauzate de beriliu. Institutul Național pentru Securitate și Sănătate în Muncă desfășoară și cercetări genetice pe probleme de sensibilizare, independent de această colaborare. Manualul de Metode Analitice Institutul Național pentru Securitate și Sănătate în Muncă conține metode de măsurare a expunerii profesionale la beriliu.

Masuri de precautie

Corpul uman mediu conține aproximativ 35 de micrograme de beriliu, o cantitate care nu este considerată dăunătoare. Beriliul este similar din punct de vedere chimic cu magneziul și, prin urmare, îl poate îndepărta de enzime, provocând funcționarea defectuoasă a acestora. Deoarece Be2+ este un ion foarte încărcat și mic, poate pătrunde cu ușurință în multe țesuturi și celule, unde vizează în mod specific nucleele celulare, inhibând multe enzime, inclusiv cele utilizate pentru sinteza ADN-ului. Toxicitatea sa este exacerbată de faptul că organismul nu are mijloace de a controla nivelul de beriliu, iar odată ajuns în organism, beriliul nu poate fi îndepărtat. Berilioza cronică este o boală granulomatoasă pulmonară și sistemică cauzată de inhalarea de praf sau fum contaminați cu beriliu; fie prin ingerarea unei cantități mari de beriliu pentru o perioadă scurtă de timp, fie a unei cantități mici pentru o perioadă lungă de timp. Poate dura până la cinci ani pentru ca simptomele acestei boli să apară; aproximativ o treime dintre pacienții care suferă de berilioză mor, iar supraviețuitorii rămân cu handicap. Agenția Internațională de Cercetare a Cancerului (IARC) listează compușii de beriliu și beriliul ca agenți cancerigeni de Categoria 1. În SUA, Ocupational Safety and Health Administration (OSHA) a stabilit o limită de expunere permisă (PEL) pentru beriliu la locul de muncă cu o pondere timp mediu (TWA) de 0,002 mg/m3 și o limită de expunere constantă de 0,005 mg/m3 timp de 30 de minute cu o limită maximă de vârf de 0,025 mg/m3. Institutul Național pentru Securitate și Sănătate în Muncă (NIOSH) a stabilit o limită de expunere recomandată (REL) la o valoare constantă de 0,0005 mg/m3. Valoarea IDLH (cantitate imediat periculoasă pentru viață și sănătate) este de 4 mg/m3. Toxicitatea beriliului măcinat fin (praf sau pulbere, care se găsește mai ales în mediile industriale în care beriliul este produs sau procesat) este foarte bine documentată. Beriliul metalic solid nu prezintă aceleași pericole ca și praful de aerosoli, dar orice pericol de contact fizic este prost documentat. Lucrătorii care manipulează produse finite din beriliu sunt, în general, sfătuiți să le manipuleze cu mănuși, atât ca măsură de precauție, cât și pentru că multe, dacă nu majoritatea, utilizările de beriliu nu pot tolera reziduurile de contact cu pielea, cum ar fi amprentele digitale. O boală de scurtă durată a beriliului sub formă de pneumonită chimică a fost introdusă pentru prima dată în Europa în 1933 și în Statele Unite în 1943. Un sondaj a arătat că aproximativ 5% dintre lucrătorii din fabricile care produceau lămpi fluorescente în 1949 din Statele Unite sufereau de boli legate de beriliu. Berillioza cronică este similară în multe privințe cu sarcoidoza, iar diagnosticul diferențial este adesea dificil. Beriliul a fost cauza morții pentru unii dintre primii lucrători în dezvoltarea armelor nucleare, cum ar fi Herbert L. Anderson. Beriliul poate fi găsit în zgura de cărbune. Când această zgură este folosită pentru a face un reactor abraziv pentru vopsea cu jet de cerneală și când se formează rugina pe suprafața sa, beriliul poate deveni o sursă de efecte nocive.

BERILIU, Be (lat. Beriliu * a. beriliu; n. Beriliu; f. beriliu; și. beriliu), este un element chimic din grupa II a sistemului periodic Mendeleev, număr atomic 4, masă atomică 9,0122. Are un izotop stabil 9 Be. A fost descoperit în 1798 de chimistul francez L. Vauquelin sub formă de oxid de BeO izolat din. Beriliul metal a fost obținut independent în 1828 de chimistul german F. Wöhler și chimistul francez A. Bussy.

Proprietățile beriliului

Beriliul este un metal deschis, de culoare gri deschis. Structura cristalină a lui a-Be (269-1254°C) este hexagonală; R-Be (1254-1284 ° C) - centrat pe corp, cubic. 1844 kg/m3, punct de topire 1287°C, punct de fierbere 2507°C. Are cea mai mare capacitate termică dintre toate metalele, 1,80 kJ/kg. K, conductivitate termică ridicată 178 W/m. K la 50°C, rezistivitate electrică scăzută (3,6-4,5) . 10 ohmi. m la 20°C; coeficient de dilatare liniară termică 10,3-13,1 . 10 -6 grade -1 (25-100°С). Beriliul este un metal fragil; șoc 10-50 kJ/m 2 . Beriliul are o secțiune transversală mică de captare a neutronilor termici.

Proprietățile chimice ale beriliului

Beriliul este un element amfoter tipic cu activitate chimică ridicată; beriliul compact este stabil în aer datorită formării unei pelicule de BeO; starea de oxidare a berilului este +2.

Compuși de beriliu

Când este încălzit, se combină cu halogeni și alte nemetale. Formează oxid de BeO cu oxigen, nitrură de Be 3 N 2 cu azot, carbură de Be 2 C cu c, sulfură de BeS cu c. Solubil în alcalii (cu formarea de hidrooxoberilați) și majoritatea acizilor. La temperaturi ridicate, beriliul reacţionează cu majoritatea metalelor pentru a forma berilide. Beriliul topit interacționează cu oxizi, nitruri, sulfuri, carburi. Dintre compușii beriliului, BeO, Be(OH) 2 , fluoroberilații, cum ar fi Na 2 BeF 4 și alții, sunt de cea mai mare importanță industrială.Compușii volatili de beriliu și praful care conțin beriliu și compușii săi sunt toxici.

Beriliul este un element rar (clarke 6,10 -4%), tipic litofil, caracteristic rocilor acide și alcaline. Din cele 55 de minerale native, beriliul 50% aparține silicaților și silicaților de beriliu, 24% fosfaților, 10% oxizilor, restul. Apropierea potențialelor de ionizare determină afinitatea beriliului și zincului în mediu alcalin, astfel încât acestea sunt simultan în unele, și fac, de asemenea, parte din același mineral -. În mediile neutre și acide, căile de migrare ale beriliului și zincului diferă brusc. O anumită dispersie a beriliului în roci este determinată de asemănarea sa chimică cu Al și Si. Aceste elemente sunt deosebit de apropiate sub formă de grupări tetraedrice de BeO46-, AlO45- şi SiO44-. În granite, o afinitate mai mare a beriliului față de și în rocile alcaline - la. Întrucât înlocuirea Al 3+ IV cu Be 2+ IV este energetic mai favorabilă decât Si 4+ IV cu Be 2+ IV, împrăștierea izomorfă a beriliului în rocile alcaline este, de regulă, mai mare decât în ​​cele acide. Migrarea geochimică a beriliului este asociată cu , cu care formează complexe foarte stabile BeF 4 2- , BeF 3 1- , BeF 2 0 , BeF 1+ . Odată cu creșterea temperaturii și alcalinității, acești complecși sunt ușor hidrolizați la compușii Be(OH)F 0 , Be(OH) 2 F 1- , sub forma cărora migrează beriliul.

Pentru principalele tipuri genetice de depozite de beriliu și scheme de îmbogățire, a se vedea art. minereuri de beriliu. În industrie, beriliul metalic se obține prin reducerea termică a BeF 2 cu magneziu, beriliul de înaltă puritate se obține prin retopire în vid și distilare în vid.

Aplicarea beriliului

Beriliul și compușii săi sunt utilizați în inginerie (peste 70% din consumul total de metal) ca adiție de aliere la aliajele pe bază de Cu, Ni, Zn, Al, Pb și alte metale neferoase. În tehnologia nucleară, Be și BeO sunt folosite ca reflectoare și moderatori de neutroni, precum și ca sursă de neutroni. Densitatea scăzută, rezistența ridicată și rezistența la căldură, modulul ridicat de elasticitate și o conductivitate termică bună fac posibilă utilizarea beriliului și a aliajelor sale ca material structural în avioane, rachete și tehnologie spațială. Aliajele de beriliu și oxid de beriliu îndeplinesc cerințele de rezistență și rezistență la coroziune ca materiale de acoperire a combustibilului. Beriliul este folosit pentru a face ferestre cu tuburi cu raze X, pentru a aplica un strat de difuzie solid pe suprafața oțelului (berilizare) și ca aditiv pentru combustibilul pentru rachete. Consumatorii Be și BeO sunt, de asemenea, ingineria electrică și electronica radio; BeO este folosit ca material pentru carcase, radiatoare și izolatori ai dispozitivelor semiconductoare. Datorită refractarității și inerției sale ridicate față de majoritatea metalelor și sărurilor topite, oxidul de beriliu este utilizat pentru fabricarea creuzetelor și a ceramicii speciale.

Beriliul (în latină Beriliu, notat cu simbolul Be) este un element cu număr atomic 4 și masă atomică 9,01218. Este un element al subgrupului principal al celui de-al doilea grup, a doua perioadă a tabelului periodic al elementelor chimice al lui Dmitri Ivanovici Mendeleev. În condiții normale, beriliul este fragil și ușor (densitatea sa este de 1,846 g/cm3), suficient metal solid gri deschis.

În natură, există un singur izotop stabil al acestui element - 9Be, alți izotopi naturali ai elementului numărul patru sunt radioactivi - 7Be (timp de înjumătățire 53 zile), 10Be (timp de înjumătățire 2,5 106 ani). Izotopul 8Be este absent în natură deoarece este extrem de instabil și are un timp de înjumătățire de 10-18 secunde. Interesant este că beriliul este singurul element al sistemului periodic care are un singur izotop stabil la un număr par.

Beriliul a fost cunoscut omenirii din cele mai vechi timpuri ca minerale care conțin beriliu - de mai bine de un mileniu oamenii au căutat și au dezvoltat zăcăminte de acvamarine, smaralde și beril. Așadar, de exemplu, există referiri la faptul că, chiar și pe vremea faraonilor, în deșertul arab s-au dezvoltat minele de smarald. Cu toate acestea, abia la sfârșitul secolului al XVIII-lea a fost posibil să „vedeți” un nou element din spatele aspectului atractiv al berilului. Ca element nou, beriliul a fost descoperit sub formă de pământ de beril (oxid de BeO) de către chimistul francez Louis Vauquelin în 1798. Beriliul metalic (sub formă de pulbere) a fost obținut pentru prima dată prin acțiunea potasiului metalic asupra clorurii de beriliu în 1828 de către Friedrich Wöhler și Antoine Bussy, independent unul de celălalt, dar metalul conținea o cantitate foarte mare de impurități. Beriliul pur a fost izolat abia în 1898 prin electroliza fluorurii de sodiu beriliu, de către P. Lebo.

În ciuda faptului că elementul a fost descoperit la sfârșitul secolului al XVIII-lea, beriliul și-a găsit o utilizare reală abia în anii 40 ai secolului al XX-lea. Elementul #4 este folosit ca adiție de aliaj în cupru, nichel, magneziu, fier și multe alte aliaje. Bronzurile de beriliu sunt foarte durabile și sunt folosite pentru a face arcuri și alte piese critice. În ceea ce privește rezistența la coroziune, rezistența și elasticitatea, aliajele de beriliu-nichel sunt comparabile și uneori chiar depășesc oțelurile inoxidabile de înaltă calitate. Aliajele de beriliu sunt utilizate pe scară largă în tehnologia spațială, a rachetelor și a aviației. Beriliul este unul dintre cei mai buni moderatori și reflectoare de neutroni din reactoarele nucleare de înaltă temperatură. Elementul nr. 4 este, de asemenea, utilizat în alte domenii ale tehnologiei moderne, inclusiv electronica radio, minerit și tehnologia cu raze X. Compușii de beriliu au găsit, de asemenea, o aplicare largă. De exemplu, oxidul acestui metal, BeO, este utilizat la fabricarea sticlei, căptușeala cuptoarelor cu inducție. Unii compuși de beriliu acționează ca catalizatori într-un număr de procese chimice. În viitor, beriliul este considerat un combustibil pentru rachete de mare energie, deoarece arderea sa eliberează o cantitate enormă de căldură (15.000 kcal/kg).

Beriliul se găsește în țesuturile multor plante și animale. Deși oamenii de știință nu au aflat încă semnificația biologică a acestui element, s-a stabilit că acesta participă la schimbul de magneziu și fosfor în țesutul osos. Cu un conținut crescut de săruri de beriliu în organism, rahitismul de beriliu începe să se dezvolte, ceea ce duce la slăbirea și distrugerea oaselor. Majoritatea compușilor elementului numărul patru sunt otrăvitori. Multe dintre ele pot provoca procese inflamatorii la nivelul pielii și berilioza, o boală specifică cauzată de inhalarea beriliului și a compușilor acestuia.

Proprietăți biologice

Rolul biologic al beriliului a fost slab studiat; s-a stabilit doar că acest element este implicat în schimbul de magneziu (Mg) și fosfor (P) în țesutul osos și joacă un anumit rol în menținerea stării imunitare a organismului. Beriliul este prezent în mod constant în țesuturile plantelor, animalelor și oamenilor. Concentrația celui de-al patrulea element în țesuturile plantelor depinde direct de procentul acestuia în sol, în care conținutul de beriliu variază de la 2∙10-4 la 1∙10-3%, în timp ce cenușa de plante conține aproximativ 2∙10-4% din acest element. La animale, beriliul este distribuit în toate organele și țesuturile, conținutul elementului numărul patru din cenușa osoasă variază de la 5∙10-4 la 7∙10-3%. Aproape jumătate din beriliul absorbit de animale este excretat prin urină, o treime este absorbit de oase, iar aproximativ 8% este concentrat în ficat și rinichi. Un exces de beriliu în dieta animalelor duce la legarea ionilor de acid fosforic din intestin la fosfatul de beriliu indigerabil. Ca urmare, există o lipsă de fosfor, rahitismul cu beriliu, care nu poate fi vindecat cu vitamina D, apare la animalele din provinciile biogeochimice bogate în beriliu. În același timp, beriliul este complet inofensiv pentru plante.

Conținutul de beriliu din corpul unei persoane medii (greutate corporală 70 kg) este de 0,036 mg. Se estimează că aportul zilnic al acestui element în corpul uman este de aproximativ 0,01 mg. Beriliul intră în corpul uman, atât cu alimente, cât și prin plămâni. La intrarea în tractul gastrointestinal într-o formă solubilă, beriliul interacționează cu fosfații și formează Be3(PO4)2 practic insolubil sau se leagă de proteinele celulelor epiteliale în proteinați puternici. Din acest motiv, absorbabilitatea elementului numărul patru în tractul gastrointestinal este mică (4-10% din volumul de intrare). În plus, un factor semnificativ care afectează digestibilitatea beriliului în tractul gastrointestinal este aciditatea sucului gastric. Al patrulea element al sistemului periodic este prezent în mod constant în sânge, țesuturi osoase și musculare (0,001-0,003 µg/g) și într-un număr de alte organe. S-a constatat că beriliul se poate acumula în ficat, rinichi, limfă, plămâni, oase și miocard. Metalul este excretat în principal cu urina (aproximativ 90%). S-a stabilit că mecanismul de acțiune al beriliului în corpul uman este similar cu efectul asupra corpului animalelor - chiar și o cantitate mică din acest metal în compoziția oaselor duce la înmuierea acestora. În plus, sărurile de beriliu la o concentrație de 1 μmol/l sunt capabile să inhibe activitatea unui număr de enzime (fosfatază alcalină, adenozin trifosfatază). Compușii volatili și solubili ai beriliului, precum și praful care conțin beriliu și compușii săi, sunt foarte toxici, au un efect alergic și cancerigen, irită pielea și mucoasele, provoacă dermatoză, conjunctivită, rinofaringită și alte boli ale pielii și mucoaselor. , boli ale plămânilor și bronhiilor - traheobronșită , pneumonie și tumori pulmonare. Prezența sa în aerul atmosferic duce la o boală respiratorie profesională severă - berilioză (pneumonită chimică). La inhalarea pe termen scurt a concentrațiilor mari de compuși solubili ai beriliului, apare berilioza acută, care este o iritație a tractului respirator, uneori însoțită de edem pulmonar și sufocare. Există, de asemenea, o varietate cronică de berillioză. Se caracterizează prin simptome mai puțin severe, dar tulburări mari ale funcțiilor întregului organism. Trebuie remarcat faptul că aceste boli pot apărea la 10-15 ani de la încetarea contactului cu beriliul!

S-a stabilit că îndepărtarea compușilor de beriliu din organism (în special din organele sistemului limfoid, unde se acumulează) este extrem de lentă, de peste 10 ani. Din acest motiv, pentru tratamentul beriliozei, cel mai des sunt utilizați compuși chimici care leagă ionii de beriliu și contribuie la excreția rapidă a acestora din organism. Limitele permise pentru conținutul de beriliu din aer sunt foarte mici - doar 0,001 mg / m3, în bând apă 0,0002 mg/l.

Un număr mare de oameni de știință consideră că izotopii beriliului 10Be și 7Be nu se formează în intestinele pământului, ca în alte elemente, ci în atmosferă - ca urmare a acțiunii razelor cosmice asupra nucleelor ​​de azot și oxigen. . Confirmarea acestei teorii poate fi considerată detectarea impurităților acestor izotopi în ploaie, zăpadă, aer, meteoriți și sedimente marine. Mai mult, cantitatea totală de 10Be din atmosferă, bazine de apă (inclusiv sedimente de fund) și sol este de aproximativ 800 de tone. Originari din atmosfera (la o altitudine de 25 de kilometri), atomii 10Be, impreuna cu precipitatiile, patrund in ocean si se aseaza pe fund. 10Be este concentrat în nămolurile marine și oasele fosile, care absorb metalul din apele naturale. Astfel, cunoscând concentrația de 10Be dintr-o probă prelevată din fund și timpul de înjumătățire al acestui izotop, este posibil să se calculeze vârsta oricărui strat de pe fundul oceanului. Teoretic, acest lucru ar trebui să se aplice și pentru determinarea vârstei resturilor organice. Metoda radiocarbonului, renumită în întreaga lume și general acceptată, nu este potrivită pentru determinarea vârstei probelor în intervalul 105-108 ani (este vorba despre diferența mare dintre timpii de înjumătățire al 14C și izotopii cu viață lungă 40K, 82Rb, 232Th, 235U și 238U). 10Be este capabil să umple acest gol.

Un alt radioizotop de beriliu, 7Be, „trăiește” mult mai mult viata scurta(Are un timp de înjumătățire de numai 53 de zile). Din acest motiv, cantitatea sa pe Pământ se măsoară în grame, iar domeniul de aplicare este limitat la mai multe scopuri specifice: în meteorologie, prin examinarea concentrației acestui izotop, se determină intervalul de timp de la începutul mișcării maselor de aer; în chimie, 7Be este folosit ca trasor radioactiv; în medicină - pentru a studia posibilitățile de combatere a toxicității beriliului în sine.

Aliajul Elinvar (nichel, beriliu, wolfram) este folosit în Elveția pentru a face arcuri de ceas. Apropo, cu aceste izvoare elvețiene se leagă un episod curios din istoria celui de-al Doilea Război Mondial. Industrie Germania nazista a fost izolat de toate sursele majore de materii prime de beriliu, aproape întreaga producție mondială a acestui valoros metal strategic era în mâinile Statelor Unite. Conducerea germană a decis să folosească Elveția neutră pentru contrabanda cu bronz de beriliu - în curând firmele americane au primit o comandă de la „ceasornicarii” elvețieni pentru o astfel de cantitate care ar fi suficientă pentru arcuri de ceas din întreaga lume pentru cinci sute de ani de acum încolo. Desigur, o minciună atât de slab deghizată a fost prinsă, iar ordinul nu a fost îndeplinit, totuși, arcuri din bronz beriliu au apărut în cele mai recente mărci de mitraliere de avioane cu foc rapid care au intrat în serviciu cu armata fascistă.

În ciuda faptului că beriliul este un element chimic toxic și mulți dintre compușii săi sunt otrăvitori, acest metal a fost găsit într-un agent de vindecare foarte faimos. În 1964, un grup de chimiști sovietici condus de vicepreședintele Academiei de Științe a RSS Tadjik, doctorul în științe chimice K. T. Poroshin a efectuat o analiză chimică a agentului de vindecare antic „mumijo”. După cum se dovedește, aceste lucruri compoziție complexă, iar printre multele elemente conținute de mumie se numără și beriliul.

Se pare că este mult mai dificil să obții smaralde artificiale decât majoritatea celorlalte pietre prețioase. Faptul este că berilul este un compus complex complex. Și totuși, oamenii de știință au reușit să imite condițiile naturale în care mineralul „se naște”: procesul are loc la presiune foarte mare (150 de mii de atmosfere) și temperatură ridicată (1550 ° C). Smaraldele artificiale pot fi folosite în electronică.

Muzeul Minierului din Sankt Petersburg are o expoziție interesantă - un cristal de beril de un metru și jumătate. Este interesant nu numai pentru dimensiunea impresionantă, ci și pentru istoria sa. În iarna blocadei din 1942, un obuz de avion german a străpuns acoperișul clădirii și a explodat în sala principală. Fragmentele au deteriorat grav mineralul și părea că nu își va găsi niciodată loc în expoziția muzeului. Cu toate acestea, după mulți ani de muncă minuțioasă a restauratorilor de artă, piatra a fost restaurată la forma sa originală. Acum, doar două fragmente ruginite încorporate într-o farfurie de sticlă organică și o placă explicativă care povestește despre această expoziție amintesc de acel caz.

Beriliul are o mulțime de calități unice, dintre care una este o capacitate uimitoare de „transmitere a sunetului”. După cum știți, în aer viteza sunetului este de 340 de metri pe secundă, în apă - 1490 de metri pe secundă. În beriliu, sunetul bate toate recordurile, depășind 12.500 de metri într-o secundă!

Numele de beriliu provine de la numele mineralului - beril (greaca veche βήρυλλος, beryllos), la rândul său, acest nume provine de la numele orașului Belur (Velloru) din sudul Indiei, nu departe de Madras. Din cele mai vechi timpuri, în India au fost cunoscute depozite bogate de smaralde (o varietate de beril).

Istoricii scriu că împăratului roman Nero îi plăcea să vadă cum gladiatori luptă în circ printr-un cristal mare de smarald verde. Și chiar și când Roma, incendiată de el, ardea, el a admirat focul năprasnic, uitându-se la el prin smaraldul său, iar culorile focului s-au contopit cu culoarea verde a pietrei în limbi întunecate și de rău augur.

Poveste

Beriliul este numit pe bună dreptate metalul viitorului, dar istoria sa merge înapoi cu secole. Mineralele care conțin elementul numărul patru sunt cunoscute omului ca pietre prețioase de câteva mii de ani - de mult timp oamenii au căutat și au dezvoltat zăcăminte de acvamarine, smaralde și beril. Unele dintre ele au fost exploatate pe teritoriul Egiptului Antic încă din secolul al XVII-lea î.Hr. e. În deșertul nubian fără viață - în minele bogate de smarald ale reginei Cleopatra - sclavii au extras frumoase cristale verzi cu prețul vieții. Pietrele prețioase au fost livrate cu caravane pe malul Mării Roșii, de unde au căzut în palatele conducătorilor țărilor din Europa, Orientul Mijlociu și Orientul îndepărtat- Împărați bizantini, șahuri persane, dube chinezești, raja indieni. Numele de beril se găsește în autorii antici greci și romani (beril). Asemănarea dintre beril și smarald a fost observată de Pliniu cel Bătrân în Istoria sa naturală: „Berilul, dacă te gândești bine, are aceeași natură ca smaraldul (smarald), sau cel puțin foarte asemănător.” Chiar și în Rusia, departe de Nubia, această piatră prețioasă era cunoscută - în Izbornik lui Svyatoslav, berilul este notat sub numele de „virullion”.

Cu toate acestea, metalul ascuns în pietre prețioase nu a putut fi găsit mult timp. Un astfel de fapt nu este surprinzător - chiar și pentru un om de știință modern care este înarmat cu cele mai noi echipamente cu care poate aplica orice metodă de cercetare (de la analiză radiochimică la analiză spectrală), este destul de dificil să detectezi beriliul. Cert este că acest metal, în multe dintre proprietățile sale, seamănă cu aluminiul și compușii săi, ascunzându-se în mineralele la spatele lor. Imaginează-ți dificultățile cu care se confruntau primii exploratori în secolul al XVIII-lea! Mulți oameni de știință au încercat să analizeze berilul, dar nimeni nu a reușit să detecteze noul metal pe care îl conține. Chiar și la șaptezeci de ani de la descoperire, asemănarea beriliului și a aluminiului a cauzat o mulțime de probleme lui D. I. Mendeleev însuși - tocmai datorită asemănării sale cu al treisprezecelea element, beriliul a fost considerat un metal trivalent cu o masă atomică de 13,5, prin urmare, locul său în tabel ar trebui să fie între carbon și azot. Totuși, această situație a introdus o confuzie evidentă în schimbarea regulată a proprietăților elementelor și a pus la îndoială corectitudinea Legii periodice. Dmitri Ivanovici, convins că are dreptate, a insistat că greutatea atomică a beriliului a fost determinată incorect și că elementul nu era trei, ci divalent, având proprietăți magneziene. Argumentând în acest fel, Mendeleev a plasat beriliul în al doilea grup, atribuindu-i o greutate atomică de 9. S-a întâmplat că destul de curând toate presupunerile marelui chimist rus au fost confirmate de foștii săi adversari, chimiștii suedezi Lare Friederik Nilsson și Otto. Peterson, care anterior erau ferm convinși de trivalența beriliului. Cercetarea lor atentă a arătat că greutatea atomică a acestui element este de 9,1. Așadar, datorită beriliului - un „făcător de probleme” în sistemul periodic - una dintre cele mai importante legi chimice a triumfat.

Cu toate acestea, să revenim la faptul descoperirii acestui metal. Cristalograful și mineralogul francez René Just Gayuy, comparând mostre de cristale verzi-albastru de beril din Limoges și cristale verzi de smarald din Peru, a remarcat asemănarea durității, densității și aspectului lor. Intrigat de acest lucru, el i-a sugerat chimistului francez Nicolas Louis Vauquelin ca aceste minerale să fie analizate pentru identitatea chimică. Rezultatele experimentelor lui Vauquelin au fost uimitoare - chimistul a descoperit că ambele minerale conțin nu numai oxizi de aluminiu și siliciu, așa cum se știa înainte, ci și un nou „pământ”, care semăna foarte mult cu oxidul de aluminiu, dar, spre deosebire de acesta, a reacționat cu carbonat de amoniu și nu a dat alaun. Folosind această diferență, Vauquelin a separat oxizii de aluminiu și un element necunoscut. La 15 februarie 1798, la o reuniune a Academiei Franceze de Științe, Vauquelin a făcut un anunț senzațional că berilul și smaraldul conțineau un nou „pământ”, diferit în proprietăți de alumina sau oxidul de aluminiu. Vauquelin a sugerat numirea elementului deschis „wisteria” din cauza gustului dulceag al sărurilor sale (în greacă, „glycos” înseamnă dulce), dar celebrii chimiști Martin Heinrich Klaproth și Anders Ekeberg au considerat acest nume nereușit, deoarece sărurile de ytriu au și un dulce. gust. În lucrările acestor oameni de știință, „pământul” descoperit de Vauquelin se numește beril. Cu toate acestea, în literatura științifică a secolului al XIX-lea, noul element este numit „gliciu”, „wisterium” sau „gluciniu”. În Rusia, până la mijlocul secolului al XIX-lea, oxidul acestui element a fost numit „pământ dulce”, „pământ dulce”, „pământ dulce”, iar elementul în sine a fost numit wisterium, glicinit, gliciu, pământ dulce. Acum acest nume este păstrat doar în Franța. Este interesant de observat că încă din 1814, profesorul de la Harkov F. I. Giese a propus să numească elementul numărul patru beriliu.

Sub formă de substanță simplă, elementul descoperit de Vauquelin a fost obținut pentru prima dată de chimistul german Friedrich Wöhler în 1828, reducând clorura de beriliu cu potasiu. Independent de el, în același an, beriliul metal a fost izolat de chimistul francez Antoine Bussy prin aceeași metodă. Beriliul sub formă de pulbere rezultat conținea însă o cantitate mare de impurități, doar șapte decenii mai târziu francezul P. Lebo a reușit să obțină beriliu metalic pur prin electroliza sărurilor topite.

Fiind în natură

Beriliul este un element de obicei rar, conținutul mediu al acestui metal în scoarța terestră (clarke) variază de la 6∙10-4% la 2∙10-4% conform diferitelor estimări. Oamenii de știință explică o astfel de prevalență scăzută prin capacitatea beriliului de a interacționa cu protoni și neutroni de înaltă energie. Această teorie este susținută de faptul că în atmosfera soarelui și a stelelor există puțin beriliu, iar în spaţiul interstelar, unde condițiile reacțiilor nucleare sunt nefavorabile, cantitatea acesteia crește brusc. În același timp, beriliul nu este un oligoelement, deoarece face parte din depozitele de suprafață de beril din rocile pegmatite, care s-au format ultimele în domurile de granit. Acest fapt este confirmat de descoperirile în pegmatitele de granit (care, apropo, se găsesc în toate țările) de berili giganți - de la un metru până la nouă metri lungime și cântărind câteva tone. Majoritatea elementului patru din rocile magmatice este asociat cu plagioclaze, unde beriliul înlocuiește siliciul. Cu toate acestea, cele mai mari concentrații ale sale sunt tipice pentru unele minerale de culoare închisă și moscovit (zeci, mai rar sute de grame pe tonă). Dacă beriliul este aproape complet disipat în rocile alcaline, atunci în timpul formării rocilor acide se poate acumula în produse postmagmatice - pegmatite și corpuri pneumatolitice-hidrotermale. În rocile pegmatite acide, formarea unor concentrații semnificative de beriliu este asociată cu procesele de albitizare și muscovitizare. În pegmatite, beriliul își formează propriile minerale, dar o parte din acesta (aproximativ 10%) se găsește sub formă izomorfă în formarea rocii și minerale minore (cuarț, mica, microclin, albit). În pegmatitele alcaline, beriliul este prezent în cantități mici în compoziția mineralelor rare: chkalovit, eudidimit, analcime și leucofan, unde este inclus în grupul anionic. Soluțiile postmagmatice transportă beriliul din magmă sub formă de emanații care conțin fluor și compuși complecși în asociere cu wolfram, staniu, molibden și litiu.

Nu există o opinie clară cu privire la numărul de minerale proprii ale beriliului, dar este stabilit cu precizie că există mai mult de treizeci dintre ele, dar doar șase dintre ele sunt considerate mai mult sau mai puțin comune. Cel mai important dintre ele este berilul 3BeO Al2O3 6SiO2, care are multe varietăți de culoare. Deci, de exemplu, smaraldul conține aproximativ 2% crom, care îi conferă o culoare verde, iar culoarea roz a vrăbiilor se datorează unui amestec de compuși de mangan (II). Acvamarinul își datorează culoarea albastră impurităților de fier (II), iar heliodorul galben auriu este colorat de ionii de fier (III). Sunt cunoscute și alte soiuri de beril, care diferă ca culoare (albastru închis, roz, roșu, albastru pal, incolor etc.). Pe lângă beril, fenakit 2BeO SiO2, bertrandite 4BeO 2SiO2 H2O, helvin (Mn,Fe,Zn)43S, crisoberil și danalit sunt considerate minerale importante din punct de vedere industrial ale beriliului.

Conținutul de beriliu din apa de mare este extrem de scăzut - 6∙10-7 mg/l. Oxizii și hidroxizii de beriliu sunt aproape insolubili în apă; prin urmare, se găsesc în apele subterane în principal sub formă de suspensii (adesea în compuși complecși cu materie organică) și numai parțial în stare dizolvată. Din aceste motive, conținutul de beriliu din apele naturale este scăzut - la nivel de urme (0,01-0,07 µg/l). În apele acide, conținutul de beriliu este mai mare, în apele alcaline este mai mic. Conținutul crescut de fluor și materie organică în apă contribuie la acumularea de beriliu, iar prezența calciului, dimpotrivă, împiedică acumularea acestuia.

Resursele naturale mondiale de beriliu sunt estimate la peste 80 de mii de tone (din punct de vedere al conținutului de beriliu), din care aproximativ 65% sunt concentrate în Statele Unite, unde principala materie primă de beriliu este minereul de bertrandite. Dintre celelalte țări, China, Rusia și Kazahstan au cele mai mari rezerve de beriliu. Mai mult, în vremurile sovietice, beriliu pe teritoriu Rusia modernă au fost extrase mai multe - zăcăminte Malyshevskoye (regiunea Sverdlovsk), Zavitinskoye (regiunea Chita), Ermakovskoye (Buriația), Pogranichnoye (teritoriul Primorsky). Cu toate acestea, după reducerea complexului militar-industrial și restrângerea programelor pentru construirea de noi centrale nucleare, producția de beriliu a scăzut brusc, din cauza căreia dezvoltarea a fost oprită la depozitele Malyshevskoye și Ermakovskoye și redusă semnificativ la Zavitimskoye. depozite. Mai mult, cea mai mare parte a beriliului extras este vândută în țări străine, principalii consumatori ai acestui metal fiind Europa și Japonia.

Aplicație

Datorită faptului că beriliul pur a fost obținut abia la sfârșitul secolului al XIX-lea, nu a putut găsi o aplicație demnă de mult timp. Prin urmare, diferite cărți de referință și enciclopedii de la începutul secolului al XX-lea spuneau despre beriliu: „Nu are nicio aplicație practică”. A fost nevoie de timp pentru ca proprietățile unice ale elementului numărul patru să fie folosite - timp pentru dezvoltarea nivelului actual de tehnologie. Și dacă în anii treizeci ai secolului XX academicianul sovietic A.E. Fersman a numit beriliul metalul viitorului, dar acum poate fi numit pe bună dreptate metalul prezentului.

O cantitate imensă de beriliu este consumată ca adiție de aliere la diferite aliaje pe bază de aluminiu, nichel, magneziu, cupru și alte metale. Acest aditiv oferă duritate ridicată, conductivitate electrică bună, conductivitate termică și rezistență a aliajelor, rezistență la coroziune a suprafețelor produselor realizate din aceste aliaje. Cele mai cunoscute și utilizate în tehnologie sunt bronzurile de beriliu (în SUA în anii 80 până la 80% din beriliu produs) - aliaje de cupru cu beriliu. Din ele sunt fabricate multe produse, care necesită rezistență ridicată, rezistență bună la oboseală și coroziune, păstrarea elasticității într-un interval semnificativ de temperatură, conductivitate electrică și termică ridicată. Unul dintre consumatorii acestui aliaj este industria aviației - se estimează că într-o aeronavă grea modernă peste o mie de părți sunt fabricate din bronz beriliu. Datorită proprietăților sale elastice, bronzul de beriliu este un material excelent pentru arc. Arcurile din acest material sunt practic lipsite de oboseală: pot rezista până la 20 de milioane de cicluri de încărcare, în timp ce arcurile obișnuite din oțel carbon se defectează după 800-850 de cicluri. În plus, bronzurile de beriliu nu scânteie atunci când lovesc metal sau piatră, din acest motiv sunt folosite pentru fabricarea de unelte speciale folosite în lucrări explozive - în mine, în fabrici de pulbere, depozite de petrol. Aditivii de beriliu înnobilează alte aliaje, de exemplu, pe bază de magneziu și aluminiu: cantități foarte mici de beriliu (suficient de 0,005%) reduc foarte mult pierderea aliajelor de magneziu din ardere și oxidare în timpul topirii și turnării. Proprietăți nu mai puțin interesante sunt posedate de berilide - compuși intermetalici ai beriliului cu tantal, niobiu, zirconiu și alte metale refractare. Acești compuși sunt excepțional de duri și rezistenți la oxidare și pot dura mai mult de zece ore la 1650°C. Se consideră promițătoare obținerea de aliaje de beriliu cu litiu - vor fi mai ușoare decât apa.

Este posibil să creșteți rigiditatea, rezistența și rezistența la căldură a altor metale fără a introduce beriliu în aliaj. În astfel de cazuri, se folosește berilizarea - saturarea suprafeței unei piese de oțel cu beriliu prin difuzie. După aceea, suprafața piesei este acoperită cu un compus chimic solid de beriliu cu fier și carbon. Cu o grosime de numai 0,15...0,4 mm, acest strat de protecție durabil face piesele rezistente la căldură și la apa de mare și acidul azotic.

Combinația dintre o masă atomică scăzută, o secțiune transversală mică de captare a neutronilor termici (0,009 barn per atom), o secțiune transversală mare pentru împrăștierea acestora și o rezistență suficientă la radiații face din beriliu unul dintre cele mai bune materiale pentru fabricarea moderatoarelor și reflectoarelor de neutroni în reactoare nucleare. Fabricarea moderatoarelor și reflectoarelor din beriliu și oxidul acestuia face posibilă reducerea semnificativă a AZ al reactoarelor, creșterea temperaturii de funcționare și utilizarea combustibilului nuclear mai eficient. Ferestrele tuburilor cu raze X sunt fabricate din beriliu, folosind permeabilitatea sa ridicată la raze X (de 17 ori mai mare decât cea a aluminiului). În amestecuri cu unii nuclizi α-radioactivi (radiu, poloniu, actiniu, plutoniu), beriliul este utilizat în sursele de neutroni din fiole, deoarece are proprietatea de emisie intensă de neutroni atunci când este bombardat de particule α.

Beriliul și unii dintre compușii săi (sub formă de soluție în amoniac lichid, sub formă de hidrură de beriliu, o soluție de borohidrură de beriliu în amoniac lichid) sunt considerate un combustibil solid promițător pentru rachete cu cele mai mari impulsuri specifice. Compușii de beriliu au găsit nu mai puține aplicații decât metalul însuși: în tehnologia laser, aluminatul de beriliu este utilizat la fabricarea emițătorilor în stare solidă (tije, plăci). Borhidrura de beriliu și pulberea de beriliu fin dispersată, impregnată cu oxigen lichid sau oxid de fluor sunt uneori folosite ca explozivi deosebit de puternici (HE). Fluorura de beriliu este folosită în tehnologia nucleară pentru a topi sticla folosită pentru a controla fluxurile mici de neutroni. Oxidul de beriliu are multe proprietăți valoroase - datorită refractarității sale ridicate (punct de topire 2570 ° C), rezistenței chimice semnificative și conductivității termice ridicate, acest material este folosit pentru căptușirea cuptoarelor cu inducție, realizând creuzete pentru topirea diferitelor metale și aliaje. Oxidul de beriliu este principalul material pentru placarea elementelor de combustibil (barele de combustibil) ale reactoarelor nucleare. La urma urmei, în aceste învelișuri densitatea fluxului de neutroni este deosebit de mare și cea mai ridicată temperatură, cele mai mari solicitări și toate condițiile pentru coroziune. Deoarece uraniul este rezistent la coroziune și nu este suficient de puternic, trebuie protejat de carcase speciale, de obicei de oxid de beriliu.

Productie

Extracția beriliului din mineralele sale naturale (în principal berilul) este un proces complex și costisitor format din mai multe etape. Mai mult, principala dificultate constă în separarea elementului numărul patru de un însoțitor constant similar cu acesta în proprietăți - aluminiu. Există mai multe metode pentru o astfel de separare. De exemplu, una dintre modalități este că oxiacetatul de beriliu Be4O(CH3COO)6, spre deosebire de oxiacetatul de aluminiu +CH3COO–, are o structură moleculară și se sublimează ușor atunci când este încălzit. Cu toate acestea, în industrie se folosesc alte metode pentru a purifica beriliul din aluminiu.

Prima este metoda de separare a sulfatului, care constă în sinterizarea concentratului la temperatura de 750 °C cu carbonat de sodiu Na2CO3 (sodă) sau CaCO3 de calciu (cretă), urmată de tratarea sinterului cu acid sulfuric concentrat fierbinte H2SO4. Din soluția rezultată de sulfați de beriliu, aluminiu și alte elemente conținute în concentratul inițial de minereu, aluminiul este separat sub formă de alaun aluminiu-amoniu prin acțiunea sulfatului de amoniu (NH4)2SO4, soluția rămasă este tratată cu un exces de hidroxid de sodiu NaOH. Ca rezultat, se formează o soluție care conține Na2 și aluminați de sodiu. Mai mult, atunci când această soluție este fiartă, ca rezultat al descompunerii hidroxoberilatului, hidroxidul de beriliu Be (OH) 2 precipită, iar aluminații rămân în soluție. Hidroxidul de beriliu este purificat de impurități prin extracție cu tributil fosfat.

Metoda sulfatului este folosită și pentru extragerea beriliului dintr-un alt mineral de beriliu, bertrandite. În timp ce soluția de acid sulfuric este extrasă cu kerosen care conține acid dietil-hexil fosforic. Fracția organică este tratată cu o soluție apoasă de (NH4)2CO3 și se precipită hidroxizi și hidroxocarbonați de fier și aluminiu, în timp ce beriliul rămâne în soluție sub formă de (NH4)2, care se descompune cantitativ când soluția este încălzită la 95 °C, formând un precipitat de 2BeCO3∙Be(OH )2. Când acesta din urmă este calcinat la 165 ° C, se obține hidroxid de beriliu.

A doua metodă de separare a Be și Al este fluorura. Tehnologie aceasta metoda este după cum urmează: concentratul (berilul zdrobit) este sinterizat (la o temperatură de aproximativ 750 ° C) cu hexafluorosilicat de sodiu Na2SiF6:

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

Ca urmare a fuziunii, se formează criolitul Na3AlF6 - un compus slab solubil în apă, precum și fluoroberilatul de sodiu Na2, care este solubil în apă, care este apoi supus la levigare cu apă. Be (OH) 2 este precipitat din soluția rezultată prin acțiunea hidroxidului de sodiu NaOH, la calcinarea căruia se formează BeO. Uneori, hidroxidul de beriliu este purificat în continuare prin dizolvarea lui în acid sulfuric în prezența chelatorilor și apoi precipitarea cu amoniac. La soluția care conține NaF rămasă după acțiunea hidroxidului de sodiu, se adaugă Fe2(SO4)3 pentru a-l utiliza pe acesta din urmă, iar Na3 precipită, care este, de asemenea, folosit pentru a descompune berilul, înlocuind parțial Na2.

Pe lângă metodele de separare de mai sus, este cunoscută și această metodă de prelucrare a berilului. Mineralul original este mai întâi fuzionat cu potasiu K2CO3. În acest caz, se formează berilatul K2BeO2 și aluminatul de potasiu KAlO2:

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

După leșierea cu apă, soluția rezultată este acidulată cu acid sulfuric. Ca rezultat, acidul silicic precipită. Alaunul de potasiu este în continuare precipitat din filtrat, după care în soluția din cationi rămân doar ionii Be2+.

De asemenea, este cunoscută deschiderea berilului prin clorurare sau acțiunea fosgenului. Prelucrarea ulterioară este efectuată pentru a obține BeF2 sau BeCl2.

Clorura BeC12 sau fluorura BeF2 se obţine din oxidul de BeO sau hidroxidul de beriliu Be (OH) 2 obţinut într-un fel sau altul. Fluorul este redus la beriliu metalic cu magneziu la 925-1325°C:

BeF2 + Mg → MgF2 + Be

Topitura unui amestec de BeCl2 cu NaCl este supusă electrolizei la o temperatură de 350 ° C. Anterior, beriliul a fost obținut prin electroliza unei topituri de fluoroberilat de bariu Ba:

Ba → BaF2 + Be + F2

Metalul obținut printr-o metodă sau alta este topit în vid. Beriliul este purificat până la o puritate de 99,98% prin distilare în vid; în cantități mici, beriliul din plastic care conține cel mult 10-4% impurități este obținut prin topirea zonei. Uneori, rafinarea electrolitică este utilizată pentru purificare.

Pentru a obține semifabricate și produse din beriliu, se folosesc în principal metodele de metalurgie a pulberilor (datorită dificultății de a produce piese turnate de înaltă calitate din acest metal fragil). În acest caz, într-o atmosferă inertă, beriliul este măcinat în pulbere și supus presării la cald în vid la 1140-1180 °C. Țevile, tijele și alte profile de beriliu sunt produse prin extrudare la 800-1050 °C (extrudare la cald) sau la 400-500 °C (extrudare la cald). Foile de beriliu se obțin prin rularea semifabricatelor presate la cald sau a benzilor extrudate la 760-840 °C. Se mai folosesc și alte tipuri de prelucrare - forjare, ștanțare, desen.

Proprietăți fizice

Beriliul este un metal fragil, dar în același timp foarte dur, de culoare gri deschis, cu un luciu metalic. Beriliul are două modificări cristaline: α-beriliul (modificare la temperatură joasă) are o rețea compactă hexagonală de tip Mg (ceea ce duce la anizotropia proprietăților) cu parametrii a = 0,22866 nm, c = 0,35833 nm, z = 2; β-beriliul (modificare la temperatură înaltă) are o rețea cubică centrată pe corp de tip Fe cu a = 0,25515 nm. Temperatura de tranziție de la modificarea α la modificarea β este de aproximativ 1.277 °C. Punctul de topire al elementului numărul patru (topitură) este de 1285 ° C, punctul de fierbere (tfierbere) este de 2470 ° C. Beriliul este unul dintre cele mai ușoare elemente, densitatea sa în stare solidă este de numai 1,816 g/cm3, chiar și un astfel de metal ușor ca aluminiul (densitate 2,7 g/cm3), de aproape o ori și jumătate mai greu decât beriliul. Mai mult, în stare lichidă, densitatea beriliului este și mai mică (la 1287 °C, densitatea este de 1,690 g/cm3). Beriliul are cea mai mare capacitate de căldură dintre toate metalele - 1,80 kJ / (kg K) sau 0,43 kcal / (kg ° C), conductivitate termică ridicată - 178 W / (m K) sau 0,45 cal / (cm sec ° C) la un temperatura de 50 °C, rezistenta electrica scazuta - 3,6-4,5 μOhm cm la temperatura camerei; coeficientul de dilatare liniară a beriliului 10,3-131 (25-100 °C).

Ca și în cazul majorității celorlalte elemente, multe dintre proprietățile fizice ale beriliului depind de calitatea și structura metalului și se modifică semnificativ cu temperatura. De exemplu, chiar și cantități mici de impurități străine fragilizează puternic beriliul. Proprietățile mecanice ale beriliului depind de puritatea metalului, mărimea și textura granulelor, determinate de natura prelucrării. Beriliul este slab prelucrat și necesită utilizarea de scule din carbură. În comparație cu alte materiale ușoare, beriliul are o combinație unică de proprietăți fizice și mecanice. Din punct de vedere al rezistenței și rigidității specifice, acesta depășește toate celelalte metale, păstrând aceste avantaje până la temperaturi de 500-600 °C. Modulul de elasticitate longitudinală (modulul Young) pentru beriliu este de 300 Gn/m2 sau 3,104 kgf/mm2 (de 4 ori mai mare decât cel al aluminiului, de 2,5 ori mai mare decât parametrul corespunzător al titanului și cu o treime mai mare decât cel al oțelului). Rezistența la tracțiune a beriliului este de 200-550 MN/m2 (20-55 kgf/mm2), alungirea este de 0,2-2%. Tratamentul sub presiune duce la o anumită reorientare a cristalelor de beriliu, în urma căreia apare anizotropia și devine posibilă o îmbunătățire semnificativă a proprietăților. Rezistența la tracțiune în direcția de tragere ajunge la 400-800 MN/m2 (40-80 kgf/mm2), limita de curgere este de 250-600 MN/m2 (25-60 kgf/mm2), iar alungirea relativă este de până la 4 -12%. Proprietățile mecanice în direcția perpendiculară pe desen, aproape nu se schimbă. După cum am menționat mai devreme - beriliul este un metal fragil - rezistența sa la impact este de 10-50 kJ / m2 (0,1-0,5 kgf m / cm2). Temperatura de tranziție a beriliului de la o stare fragilă la una plastică este de 200-400 °C. Duritatea Brinell pentru beriliu este de 1060-1320 MPa. Beriliul se caracterizează prin caracteristici nucleare ridicate - cea mai scăzută secțiune transversală efectivă de captare a neutronilor termici dintre metale și cea mai mare secțiune transversală de împrăștiere a acestora.

Cu un număr mare de avantaje, beriliul are încă mai multe dezavantaje. În primul rând, acesta este costul ridicat al acestui metal, asociat cu deficitul de materii prime și complexitatea prelucrării sale, iar în al doilea rând, beriliul are o fragilitate foarte scăzută la rece. Rezistența la impact a beriliului tehnic este sub 5 J/cm2. Și totuși, combinația unică de avantaje tehnice ale beriliului îl face un material indispensabil în diverse domenii.

Proprietăți chimice

În compușii chimici, beriliul este bivalent (configurația stratului exterior de electroni este 2s2). În ceea ce privește proprietățile sale chimice, beriliul este în mare măsură similar cu aluminiul, care se află în a treia perioadă și în a treia grupă a sistemului periodic, adică în dreapta și sub beriliu. Acest fenomen, numit similaritate diagonală, este observat și în alte elemente, de exemplu, borul este similar în multe proprietăți chimice cu siliciul. Apropierea proprietăților beriliului și aluminiului se explică prin raportul aproape identic dintre sarcina cationică și raza sa pentru ionii Be2+ și Al3+. Elementul numărul patru este de obicei amfoter - are atât proprietăți metalice, cât și nemetalice, dar predomină proprietățile metalice. Beriliul metalic compact este inactiv chimic la temperatura camerei - nu se oxidează în aer (până la o temperatură de 600 ° C), nu interacționează cu apa caldă și rece și, de asemenea, cu vaporii de apă datorită formării unei pelicule protectoare de oxidul de beriliu BeO pe suprafața sa, ceea ce conferă beriliului o culoare plictisitoare. Cu toate acestea, atunci când este încălzit peste o temperatură de 800 ° C, se oxidează rapid. Oxidul de beriliu BeO apare în mod natural ca un mineral rar, bromelit. Beriliul se dizolvă ușor în acizi clorhidric (HCl), sulfuric diluat (H2SO4), acizi fluorhidric, reacționează slab cu acizii sulfuric concentrat și acizii azotici diluați când este încălzit (HNO3) și nu reacționează cu acidul azotic concentrat - în ultimul caz, acidul pasivează metal. În soluțiile apoase de alcalii, beriliul se dizolvă și cu eliberarea de hidrogen și formarea de hidroxoberilați:

Fi + 2NaOH + 2H2O → Na2 + H2

Când se efectuează reacția cu o topitură alcalină la 400-500 ° C, se formează dioxoberilații:

Be + 2NaOH → Na2BeO2 + H2

Beriliul metal se dizolvă rapid într-o soluție apoasă de bifluorură de amoniu NH4HF2. Această reacție este de importanță tehnologică pentru producerea de BeF2 anhidru și purificarea beriliului:

Be + 2NH4HF2 → (NH4)2 + H2

Când beriliul interacționează cu azotul și amoniacul la 500-900 ° C, se obține nitrură de Be3N2. La temperatura camerei, beriliul reacționează cu fluorul și, atunci când este încălzit, cu alți halogeni (formând halogenuri, cum ar fi BeHal2) și hidrogen sulfurat. Dintre halogenurile de beriliu, cele mai importante sunt fluorura (BeF2) și clorura (BeCl2), care sunt utilizate în prelucrarea minereurilor de beriliu. Cu carbon la 1 700-2 100 ° C, beriliul formează carbură Be2C, cu fosfor peste 750 ° C - fosfură Be3P2. În vid peste 700 ° C, beriliul reduce KOH, la 270 ° C - BaO, la 1075 ° C - MgO, la 1400 ° C - TiO2 la metalele corespunzătoare și la 270 ° C - SiCl4 la Si. Beriliul practic nu reacționează cu hidrogenul pe întregul interval de temperatură, cu toate acestea, prin reducerea indirectă a clorurii de beriliu cu LiAlH4, sa obținut hidrură de beriliu (BeH2), această substanță este stabilă până la 240 ° C, apoi, atunci când este încălzită, începe să se elibereze hidrogen. La temperaturi ridicate, elementul #4 reacționează cu majoritatea metalelor pentru a forma berilide. În stare lichidă, beriliul se dizolvă în multe metale (Zn, Al, Fe, Co, Cu, Ni etc.), cu excepția magneziului. Beriliul formează aliaje eutectice cu aluminiu și siliciu. Elementul numărul patru formează soluții solide cu doar câteva metale, cele mai solubile în aliaje cu cupru (2,75% în greutate), crom (1,7%), nichel (2,7%). Solubilitatea scade foarte mult odată cu scăderea temperaturii, drept urmare aliajele care conțin beriliu sunt capabile să se întărească prin precipitare. Solubilitatea elementelor impurități în beriliu este extrem de scăzută.

Pulberea de beriliu fin dispersată arde în vapori de sulf, seleniu și telur. Când este aprinsă în aerul atmosferic, pulberea de beriliu arde cu o flacără strălucitoare și se formează oxid și nitrură. Beriliul topit reacționează cu majoritatea oxizilor, nitrurilor, sulfurilor și carburilor. Singurul material adecvat pentru creuzetul pentru topirea beriliului este oxidul de beriliu.

Sărurile de beriliu sunt foarte higroscopice și, cu câteva excepții (fosfat, carbonat), sunt foarte solubile în apă; soluțiile lor apoase sunt acide datorită hidrolizei. Sunt cunoscuți o serie de compuși organoberilici complecși, hidroliza și oxidarea unora dintre aceștia au loc cu o explozie.