БЕРИЛЛИЙ: ИСТОРИЯ, СТРОЕНИЕ, СВОЙСТВА, ПРИМЕНЕНИЕ - ХИМИЯ - 2026

Бериллий представляет собой металлический элемент , принадлежащий к группе 2 или IIA периодической таблицы. Это самый легкий щелочноземельный металл из группы, обозначаемый символом Be. Его атом и катион также меньше, чем у его родственников (Mg, Ca, Sr …).

Из-за необычной плотности заряда этот металл обычно не встречается изолированно. Около 30 минералов , как известно, содержат его, среди которых: хризолит (3BeO · Al ₂ O ₃ · 6SiO ₂ · 2H ₂ O), бертрандит (4BeO.2SiO ₂ · 2H ₂ O), хризоберилл (BeAl ₂ O ₄ ) и фенакита (Be ₂ Si ₄ ).

Самородки металлического бериллия. Источник: W. Oelen

Изумруд, драгоценный камень, представляет собой разновидность берилла. Однако чистый бериллий не так бросается в глаза; он имеет бледно-сероватый оттенок (верхнее изображение) и был получен в виде семян или лепешек.

Бериллий обладает набором характерных физических свойств. Имеет небольшую плотность; высокая тепловая и электрическая проводимость, а также теплоемкость и теплоотдача; это не магнитный металл; и в нем также есть подходящее сочетание жесткости и эластичности.

Все эти свойства привели к тому, что бериллий стал металлом, имеющим множество применений, от его использования в сплавах с медью для изготовления инструментов до его использования в ракетах, самолетах, автомобилях, ядерных реакторах, рентгеновском оборудовании, резонансе. ядерно-магнитный и др.

Бериллий имеет 10 известных изотопов, от ⁵ до ¹⁴ Be, причем ⁹ Be является единственным стабильным изотопом . Кроме того, это очень токсичный металл, который особенно влияет на дыхательную систему, поэтому существует ограничение на его использование.

История его открытия

Бериллий был открыт Луи-Николя Вогеленом в 1798 году как составной элемент минерала берилла и силиката алюминия и бериллия.

Позже немецкому химику Фредерику Вёлеру в 1828 году удалось выделить бериллий путем реакции калия с хлоридом бериллия в платиновом тигле.

Одновременно и независимо французский химик Антуан Бюсси также выделил бериллий. Велер первым предложил этому металлу название бериллий.

Свое нынешнее название он получил в 1957 году, так как ранее он был известен как глюциний из-за сладкого вкуса некоторых его солей. Но, чтобы избежать путаницы с другими соединениями, имеющими сладкий вкус, и с растением под названием глюцин, было решено переименовать его в бериллий.

Структура бериллия

Кристаллическая структура бериллия. Источник: Пользователь: Dornelf

Бериллий - самый легкий из щелочноземельных металлов, поэтому следует ожидать, что объем его атомов будет наименьшим из всех. Атомы бериллия взаимодействуют друг с другом через металлические связи таким образом, что их «море электронов» и отталкивание между ядрами формируют структуру полученного кристалла.

Затем образуются черные кристаллы бериллия. Эти кристаллы имеют гексагональную структуру (верхнее изображение), где каждый атом Be имеет шесть боковых соседей, а еще три - в плоскостях вверху и внизу.

Поскольку кристаллы черные, полезно представить, что черные точки гексагональной структуры заменены атомами бериллия. Это одна из самых компактных конструкций, которые может принять металл; и имеет смысл "сжать" такие маленькие атомы Be настолько, чтобы избежать минимального количества пустот или количества дырок между ними.

Электронная конфигурация

1с ² 2с ²

Что равно 4 электронам, 2 из которых валентны. Если вы переместите электрон на 2p-орбиталь, у вас будет две гибридных sp-орбитали. Таким образом, в соединениях бериллия могут быть линейные геометрические формы, X-Be-X; например, выделенная молекула BeCl ₂ , Cl-Be-Cl.

свойства

Физическое описание

Блестящее, хрупкое твердое тело стального серого цвета.

Температура плавления

1287 ° С.

Точка кипения

2471 ° С.

плотность

- 1,848 г / см ³ при комнатной температуре.

- 1,69 г / см ³ при температуре плавления (жидкое состояние).

Атомное радио

112 вечера.

Ковалентный радиус

90 часов вечера.

Атомный объем

5 см ³ / моль.

Удельная теплоемкость

1,824 Дж / г · моль при 20 ° C.

Теплота плавления

12,21 кДж / моль.

Теплота испарения

309 кДж / моль.

Электроотрицательность

1,57 по шкале Полинга.

Стандартный потенциал

1,70 В.

Скорость звука

12,890 м / с.

Термическое расширение

11,3 мкм / м · К при 25 ° С.

Теплопроводность

200 Вт / м К.

Химические свойства

Бериллий покрыт слоем оксида бериллия (BeO), который защищает его на воздухе при комнатной температуре. Окисление бериллия происходит при температурах выше 1000 ºC с образованием оксида бериллия и нитрида бериллия в качестве продуктов.

Также устойчив к действию азотной кислоты 15 М. Но растворяется в соляной кислоте и щелочах, например, гидроксиде натрия.

Приложения

Изготовление инструмента

Бериллий образует сплавы с медью, никелем и алюминием. В частности, сплав с медью позволяет получать инструменты с большой твердостью и стойкостью, составляющие всего 2% от веса сплава.

Эти инструменты не образуют искр при ударе по железу, что позволяет использовать их в средах с высоким содержанием горючих газов.

Благодаря малой плотности он имеет небольшой вес, что вместе с его жесткостью позволяет использовать его в космических самолетах, ракетах, ракетах и ​​самолетах. Сплав с бериллием использовался при производстве автомобильных деталей. Он также использовался при производстве пружин.

Благодаря высокой твердости, которую бериллий придает своим сплавам, они использовались в тормозах военных самолетов.

Изготовление зеркал

Бериллий использовался в производстве зеркал из-за его стабильности размеров и способности к полировке. Эти зеркала используются в спутниках и в системах управления огнем. Также они используются в космических телескопах.

В ионизирующем излучении

Бериллий является элементом с низкой плотностью, поэтому его можно считать прозрачным для рентгеновских лучей, что позволяет использовать его в конструкции окон трубок, излучающих рентгеновские лучи, для промышленного применения и в медицинской диагностике. ,

Также бериллий используется в окнах детекторов радиоактивного излучения.

В оборудовании, генерирующем магнетизм

Одна из характеристик бериллия заключается в том, что он не является магнитным элементом. Это позволяет использовать его в конструкции изделий для оборудования магнитно-резонансной томографии, в котором генерируются магнитные поля высокой интенсивности, сводящие к минимуму любые помехи.

Ядерные реакторы

Благодаря высокой температуре плавления он нашел применение в ядерных реакторах и керамике. Бериллий используется как замедлитель ядерных реакций и как производитель нейтронов:

⁹ Be + ⁴ He (α) => ¹² C + n (нейтрон)

Подсчитано, что на один миллион атомов бериллия, бомбардируемый α-частицами, производится до 30 миллионов нейтронов. Именно эта ядерная реакция позволила открыть нейтрон.

Джеймс Чедвик бомбардировал атомы бериллия частицами α (He). Исследователь наблюдал высвобождение субатомных частиц без электрического заряда, что привело к открытию нейтронов.

Металлический протектор

Добавление некоторого количества бериллия на поверхность металлов, которые могут окисляться, дает им некоторую защиту. Например, снижается горючесть магния и продлевается блеск серебряных сплавов.

Где она находится?

Берилл содержится в пегматите, связанном со слюдой, полевым шпатом и кварцем. При помощи флотации смесь берилла и полевого шпата разделяется. Впоследствии полевой шпат и берилл концентрируют и обрабатывают гипохлоритом кальция.

После обработки серной кислотой и сульфонатом калия путем разбавления достигается флотация берилла, отделение его от полевого шпата.

Берилл обрабатывают фторосиликатом натрия и содой при 770 ° C с образованием фторбилата натрия, оксида алюминия и диоксида кремния. Затем гидроксид бериллия осаждают из раствора фтороберилата натрия гидроксидом натрия.

Фторид бериллия образуется в результате реакции гидроксида бериллия с фтористым водородом аммиака с образованием тетрафторберилата аммония. Его нагревают с образованием фторида бериллия, который обрабатывают магнием в горячем состоянии для выделения бериллия.

риски

Бериллий в виде мелкодисперсного металла в виде растворов, сухого порошка или дыма очень токсичен и может вызвать дерматит. Однако наибольшая токсичность возникает при вдыхании.

Первоначально бериллий может вызывать гиперчувствительность или аллергию, которая может перерасти в бериллиоз или хроническую бериллиевую болезнь (CBD). Это серьезное заболевание, характеризующееся снижением жизненной емкости легких.

Острое заболевание встречается редко. При хроническом заболевании гранулемы образуются по всему телу, особенно в легких. Хронический бериллиоз вызывает прогрессирующую одышку, кашель и общую слабость (астению).

Острый бериллиоз может привести к летальному исходу. При бериллиозе происходит прогрессирующая потеря дыхательной функции, так как возникает препятствие потоку газов в дыхательных путях и снижение оксигенации артериальной крови.

Ссылки

1. Королевское химическое общество. (2019). Бериллий. Получено с: rsc.org
2. Национальный центр биотехнологической информации. (2019). Бериллий. База данных PubChem. Получено с: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov
3. Хельменстин, Энн Мари, доктор философии. (15 марта 2019 г.). Факты о бериллии. Получено с: thinkco.com
4. Wikipedia. (2019). Бериллий. Получено с: en.wikipedia.org
5. Lenntech BV (2019). Бериллий-Be. Получено с: lenntech.com
6. Materio Corporation. (2019). Узнайте об элементе бериллий, извлеченном из: beryllium.com
7. Д. Мишо. (2016, 12 апреля). Проблема переработки и добычи бериллия. 911 Металлург. Получено с: 911metallurgist.com
8. Тимоти П. Хануса. (5 января 2016 г.). Бериллий. Encyclopdia Britannica. Получено с: britannica.com
9. Ли С. Ньюман. (2014). Бериллиевая болезнь. Руководство MSD. Получено с: msdmanuals.com