Бериллий — металл светло-серого цвета, отличающийся повышенной хрупкостью. Он находится в периодической таблице Менделеева под 4 номером. Это хрупкий металл светло-серого цвета. Он применяется в разных сферах деятельности. Его часто используют в ядерной энергетике.
История открытия
Металл был открыт в 1798 году благодаря работам известного французского химика Луи Никола Воклена. Ученый назвал новый элемент глюцинием. Большой вклад в изучение этого металла внес известный русский химик Иван Авдеев. Он изучал природные соединения, минералы, которые содержат это вещество.
Выведение бериллия в чистом виде произошло в 1828 году. Открытие произвел французский химик Антуан Бюсси. Практически одновременно с ним, но независимо от его работ, этот элемент получил немецкий химик Фридрих Велер. Получить чистый бериллий получилось у Поля Лебо в 1898 году. Он добился успеха благодаря электролизу расплавленных солей этого элемента.
Свое наименование элемент получил от минерала, в котором он содержится в большем количестве, — берилла. Первое название «глюциний или глиций» появилось из-за того что соединения этого элемента при растворении в воде давали сладковатый привкус.
Запасы и месторождения
Основная масса бериллия находится в магматических породах, в которых он замещает кремний. Металл присутствует в мусковитах, темноцветных минералах. В щелочных породах он практически полностью рассеивается.
Металл содержится более чем в 30 минералах. Шесть из них встречаются достаточно часто. К ним относятся — фенакит, бертрандит, хризоберилл, даналит, гельвин, берилл.
Добыча и промышленное получение
Добыча начинается с разработки карьеров. Процесс промышленного получения состоит из нескольких этапов:
- Подготовка руды.
- Переработка минералов в сульфат или гидроксид бериллия.
- Спекание с известью. Проводится в промышленных печах.
- Обработка серной кислотой.
- Выщелачивание водой.
- Осаждение чистого металла аммиаком.
Альтернативные способы получения:
- Фторид бериллия восстанавливается с помощью магния. Процедура проводится при температуре 1000°C.
- Чистый металл выделяется с помощью электролиза.
При использовании таких способов получения бериллий подвергают дополнительной обработке — зонной плавке, электронному рафинированию или дистилляции в вакууме.
Свойства и характеристики
Бериллий имеет уникальные свойства, которые выделяют его среди других металлов. От них зависят сферы применения материала.
Физические
Свойства:
- Номер в периодической таблице Менделеева — 4.
- Твердость по шкале Мооса — 5,5 баллов.
- Модуль упругости — 300 Гпа.
- Показатель плотности — 1844 кг/м3.
- Температура плавления — 1287°C.
- Показатель теплоемкости — 1,80 кДж/кг • К.
- Конфигурация внутренней решетки — гексагональная, кубическая, объемноцентрированная.
- Теплопроводность — 178 Вт/м • К при 50°С.
- Температура кипения — 2507°C.
- Удельное электрическое сопротивление — (3,6-4,5) • 10 Ом • м при 20°С.
- Ударная вязкость — 10-50 кДж/м2.
При нормальном состоянии бериллий — хрупкий металл светло-серого цвета.
Химические
Химические свойства металла:
- Валентность — 2.
- Реагирует с галогенами при высоких температурах.
- Не вступает в реакции с водородом.
- Взаимодействует с щелочами, кислотами.
Степени окисления — +1 или +2. По химическим характеристикам его можно сравнить с алюминием. Металлический бериллий при комнатной температуре практически не вступает в реакции с другими веществами.
Механические
Механические свойства этого металла зависят от наличия сторонних примесей, легирующих добавок, методов обработки, которые применялись при его получении, величины зерен.
Свойства:
- Максимальный предел прочности на вытяжку — 400–800Мн/м2.
- Предел текучести — 250–600 Мн/м2.
- Относительное удлинение — до 12%.
Показатель пластичности начинает повышаться при нагревании до 200°.
Где используется бериллий?
Сферы применения:
- Производство рентгенотехники. Металл практически не поглощает электромагнитные волны.
- Производство лазерной техники. Из алюмината бериллия изготавливаются твердотельные излучатели — пластины, стержни.
- Ядерная энергетика. Металл используется для изготовления нейтронных отражателей. Они нужны для замедления потока нейтронов. Фторид бериллия применяется для сварки стекла при сборке атомной техники.
- Производство аэрокосмической техники. Этот металл не имеет аналогов при изготовлении систем наведения, тепловых экранов. Готовые конструкции выделяются высокой прочностью, малым удельным весом, устойчивостью к перепадам температуры.
- Изготовление огнеупорных материалов.
- Ракетное топливо. В ходе экспериментов ученые смогли сделать бериллийсодержащие виды топлива, которые отличаются низкой токсичностью.
- Изготовление электродинамических громкоговорителей.
Основное направление применения бериллия — легирование металлических сплавов. Этот компонент повышает прочность, твердость, коррозийную стойкость металлов.
Влияние на организм
Бериллий содержится в тканях разных представителей фауны, флоры. При небольшом содержании металл безвреден для организма. Если внутренние органы, системы функционируют в нормальном режиме, большая часть этого металла выводится из организма с мочой. Около 30% оседает в костях, 8% — в почках, печени.
Вредной является пыль бериллия, которая образуется при его добыче, промышленном получении. Чтобы избежать отравления бериллием, нужно использовать защитный костюм, респиратор и очки.
В 1990 году на одном из заводов, перерабатывающем бериллий в Казахской ССР, произошел мощный взрыв. Над городом Усть-Каменогорск поднялся столп мельчайшей металлической пыли. Количество вредных веществ в воздухе превысило норму в 14 000 раз. Всего было зафиксировано 5 взрывов. Многие пророчили дурное будущее жителям города, но каких-либо серьезных ухудшений в здоровье жителей из-за произошедшей катастрофы отмечено не было.
Сплавы
Сплавы на основе бериллия начали получать популярность с 1950 годов. Его содержание в смеси с другими компонентами могло составлять от 5 до 80%. Для повышения пластичности к нему добавляют магний, медь или алюминий.
Бериллий — опасный токсичный металл, пыль которого может вызвать тяжелые заболевания дыхательных путей. Если при его добыче и переработке использовать защитные костюмы, можно свести негативное влияние к нулю. Металл используется в разных направлениях промышленности.
