Бериллий и его характеристики

Изначально, бериллий звали глюцинием. С греческого переводится, как «сладкий». То, что кристаллы металла на вкус напоминают конфеты, впервые заметил Поль Лебо.

Французскому химику удалось синтезировать агрегаты бериллия в конце 19-го века. Помог метод электролиза. В металлической же форме элемент был получен еще в 1828-ом немцем Фридрихом Веллером. В таблице Менделеева бериллий встал на 4-е место и прослыл веществом с удивительными свойствами. Сладостью они не ограничиваются.

Химические и физические свойства бериллия

Формула бериллия отличается всего 4-мя электронами. Это не удивительно, учитывая место элемента в таблице Менделеева. Удивительно, что все они находятся на s-орбитах. Не остается свободных позиций для новых электронов.

Поэтому,  бериллий – элемент, не желающий вступать в химические реакции. Исключения металл делает для веществ, способных отобрать, заместить его собственные электроны. На это, к примеру, способен галоген.

Бериллий – металл. Однако, у него есть и ковалентные связи. Это значит, что в атоме бериллия перекрываются, обобщаются некоторые пары электронных облаков, что характерно для неметаллов. Такая двойственность сказывается на механических параметрах вещества. Материал одновременно хрупкий и твердый.

Отличается бериллий и легкостью. Плотность металла всего 1,848 граммов на кубический сантиметр. Ниже планка лишь у некоторых щелочных металлов. Сходясь с ними в плотности,  бериллий выгодно выделяется устойчивостью к коррозии.

От нее элемент спасает пленка в доли миллиметра толщиной. Это оксид бериллия. Он образуется на воздухе за 1,5-2 часа. В итоге блокируется доступ кислорода к металлу, и он сохраняет все первозданные характеристики.

Радуют и прочность бериллия. Проволока диаметром всего в 1 миллиметр способна держать навесу взрослого мужчину. Для сравнения, аналогичная нить алюминия рвется при нагрузке в 12 килограммов.

Бериллий, свойства которого обсуждаются, почти не теряет прочности при нагреве. Если довести температуру до 400-от градусов, «сила» металла ослабеет лишь вдвое. Дюралюминий, к примеру, становится менее прочным в 5 раз.

Предельная температура твердости бериллия – более 1 200-от по шкале Цельсия. Это непредсказуемо, ведь в периодической таблице 4-ый элемент стоит между литием и магнием. Первый плавится при 180-ти, а второй – при 650-ти градусов.

По идее, температура размягчения бериллия должна быть около 400-от по шкале Цельсия. Но, 4-ый элемент попал в список относительно тугоплавких, уступив, к примеру, железу лишь 300 градусов.

Предельная реакция бериллия на температуру – кипения. Оно происходит при 2 450-ти градусах Цельсия. Закипая, металл превращается в единую серую массу. В обычном же виде, элемент серебристый, с выраженным, слегка маслянистым блеском.

Сияние красиво, но опасно для здоровья. Бериллий ядовит. Попадая в организм, металл замещает костный магний. Начинается бериллиоз. Его острая форма выражается отеком легких, сухим кашлем. Бывают летальные случаи.

Влияние на живые ткани – один из немногих недостатков бериллия. Достоинств больше. Они служат человечеству, в частности, в сфере тяжелой промышленности. Итак, настало время изучить, как применяется 4-ый элемент таблицы Менделеева.

Применение бериллия

Гидроксид бериллия и окись урана составляют ядерное топливо. 4-ый металл используют в атомных реакторов и для замедления нейтронов. Оксид бериллия добавляют не только в топливо, но и делают из него тигли. Это высокотеплопроводные, высокотемпературные изоляторы.

Кроме атомной техники соединения бериллия, сплавы на его основе пригождаются в авиастроении и космонавтике. Из 4-го металла делают тепловые экраны и системы наведения. Элемент нужен и для ракетного топлива, а так же, обшивки кораблей. Их корпуса делают из бериллиевых бронз.

По свойствам они превосходят легированные стали. Достаточно прибавить к меди всего 1-3% 4-го элемента, чтобы довести до максимума разрывную прочность. Со временем она не теряется. Другие же сплавы с годами устают, их эксплуатационные параметры снижаются.

Чистый бериллий плохо обрабатывается. Выступая в роли добавки к бронзе, металл становится податливым. Можно изготовить ленту толщиной всего в 0,1 миллиметра. Масса бериллия облегчает сплав, исключает его магнитность, искрение при ударах.

Все это пригождается в производстве пружин, подшипников, рессоров, амортизаторов, шестерней. Эксперты утверждают, что в современном самолете присутствует больше 1 000 деталей именно из бериллиевой бронзы.

В металлургии используют и пару бериллий-магний. Последний металл теряется при плавлении. Добавка 0,005%  4-го элемента сокращает испарение и окисление магния при плавке и литье.

По аналогии действуют, так же, с составами на основе алюминия. Если же сочетать 4-ый металл с танталом или цирконием, получатся бериллиды. Это сплавы исключительной твердости, способные прослужить 10 часов при температуре в 1650 градусов Цельсия.

Хлорид бериллия необходим медикам. Они используют вещество при диагностике туберкулеза и вообще в рентгенотехническом оборудовании. 4-ый элемент – один из немногих, не взаимодействующих с лучами рентгеновского спектра.

Ядро бериллия, его атомы почти невесомы. Это позволяет пропускать в 17 раз больше мягких лучей, чем, к примеру, пропускает алюминий аналогичной толщины. Поэтому, окошки рентгеновских трубок делают именно из бериллия.

Добыча бериллия

Металл извлекают из руд. Измельченный бериллий спекают с известью, фторсиликатном натрия и мелом. Полученную смесь проводят через несколько химических реакций до получения гидроокиси 4-го элемента. В процессе участвует кислота.

Бериллия очистка трудоемка. Гидроокись требует прокаливания до состояния оксида. Его, в свою очередь, переводят в хлорид или же фторид. Из них-то путем электролиза и добывают металлический бериллий. Используют, так же, метод восстановления магнием.

Получение бериллия – это десятки перегонок и очисток. Избавится, главным образом, нужно от оксида металла. Вещество делает бериллий чрезмерно хрупким, непригодным для промышленного использования.

Процесс добычи 4-го элемента осложняется и его редкостью. На тонну земной коры приходится меньше 4-х граммов бериллия. Общемировые запасы оцениваются всего в 80 000 тонн. Ежегодно из недр извлекают около 300-от из них. Объем добычи постепенно растет.

Больше всего элемента в щелочных, богатых кремнеземом, породах. Их почти нет на Востоке. Это единственный регион, не добывающий бериллий. Больше всего металла в США, в частности, штате Юта. Богаты 4-ым элементом и Центральная Африка, Бразилия, Россия. На них приходятся 50% мировых запасов бериллия.

Цена бериллия

На бериллий цена обусловлена не только его редкостью, но и сложностью производства. В итоге, стоимость килограмма доходит до нескольких сотен долларов США.

На биржах цветных металлов торгуют фунтами. Английская мера веса равна примерно 450-ти граммам. За этот объем просят почти 230 условных единиц. Соответственно, килограмм оценивают чуть ли не в 500 долларов.

К 2017-му году мировой рынок бериллия, по прогнозам экспертов, достигнет 500-от тонн. Это свидетельствует о спросе на металл. Значит, его стоимость, наверняка, продолжит расти. Не зря бериллий – основа драгоценных камней берилла, изумруда, александрита.

Цена сырья приближается к запросам ювелиров за ограненные кристаллы. Они, кстати, могут быть материалом для добычи бериллия. Но, естественно, никто не пускает изумруды на переплавку, пока в природе есть залежи руд, содержащих 4-ый элемент. Как правило, он сопутствует алюминию. Так что, если удалось найти руды последнего, наверняка, удастся обнаружить в них и бериллий.

Источник: https://tvoi-uvelirr.ru/berillij-svojstva-berilliya-primenenie-berilliya/

Бериллий

Бериллий Свойства атома Химические свойства Термодинамические свойства простого вещества Кристаллическая решётка простого вещества

Атомный номер	4
Внешний вид простого вещества	мягкий металл серебристо-белого цвета
Атомная масса (молярная масса)	9,01218 а.е.м. (г/моль)
Радиус атома	112 пм
Энергия ионизации (первый электрон)	898,8 (9,32) кДж/моль (эВ)
Электронная конфигурация	[He] 2s2
Ковалентный радиус	90 пм
Радиус иона	35 (+2e) пм
Электроотрицательность (по Полингу)	1.57
Электродный потенциал	−1,69 В
Степени окисления	2; 1
Плотность	1,848 г/см³
Молярная теплоёмкость	16,44 Дж/(K·моль)
Теплопроводность	201 Вт/(м·K)
Температура плавления	1551 K
Теплота плавления	12,21 кДж/моль
Температура кипения	3243 K
Теплота испарения	309 кДж/моль
Молярный объём	5,0 см³/моль
Структура решётки	гексагональная
Параметры решётки	a=2,286; c=3,584 Å
Отношение c/a	1,567
Температура Дебая	1000 K

Be	4
9,012182
[He]2s2
Бериллий

Бериллий химический элемент главной подгруппы второй группы, второго периода периодической системы химических элементов Д.И.Менделеева, с атомным номером 4. Обозначается символом Be (Beryllium). Простое вещество бериллий (CAS-номер: 7440-41-7)— мягкий высокотоксичный металл серого цвета, имеет весьма высокую стоимость.

История

Воклен, Луи Никола

Открыт в 1798г. французским химиком Луи Никола Вокленом. Большую работу по установлению состава соединений бериллия и его минералов провёл русский химик И.В.Авдеев (1818—1865). Именно он доказал, что оксид бериллия имеет состав BeO, а не Be2O3, как считалось ранее.

Происхождение названия

Схема строения атома бериллия

Определение элемента бериллий произошло от названия минерала берилла (beryllos) (силикат бериллия и алюминия, Be3Al2Si6O18), которое восходит к названию города Белур (Веллуру) в Южной Индии, недалеко от Мадраса; с древних времён в Индии были известны месторождения изумрудов— разновидности берилла. Из-за сладкого вкуса растворимых в воде соединений бериллия элемент вначале называли «глюциний» (от греч. glykys— сладкий).

Нахождение в природе

Изотоп 8Be отсутствует в природе, поскольку является крайне нестабильным и имеет период полураспада 10−18 с. Стабильным является 9Be. Кроме 9Be в природе встречаются радиоактивные изотопы 7Be и 10Be.

Содержание бериллия в земной коре— около 3,5 г/т, обычно он встречается как примесь к различным минералам.

Известно более 30 собственно бериллиевых минералов, но только 6 из них считаются более-менее распространёнными: берилл, хризоберилл, бертрандит, фенакит, гельвин, даналит.

Разновидности берилла считаются драгоценными камнями: аквамарин — голубой, зеленовато-голубой, голубовато-зеленый; изумруд— густо-зеленый, ярко-зеленый; гелиодор — желтый; известны ряд других разновидностей берилла, различающихся окраской (темно-синие, розовые, красные, бледно-голубые, бесцветные и др.). Цвет бериллу придают примеси различных элементов.

Физические свойства

Бериллий— мягкий, но не пластичный (легко разрушается) металл серебристо-белого цвета. Имеет высокий (в связи с чем ему ошибочно приписывается высокая твёрдость) модуль упругости— 300 ГПа (у сталей— 200—210 ГПа). На воздухе активно покрывается стойкой оксидной плёнкой BeO.

Модуль продольной упругости (модуль Юнга) 300 ГПа (312кгс/мм2). Механические свойства Бериллия зависят от чистоты металла, величины зерна и текстуры, определяемой характером обработки.

Предел прочности Бериллия при растяжении 200—550 Мн/м2(20-55 кгс/мм2), удлинение 0,2-2%, что при таком высоком модуле упругости обеспечивает его хрупкость. Обработка давлением приводит к определенной ориентации кристаллов.

Возникает анизотропия, становится возможным значительное улучшение свойств. Предел прочности в направлении вытяжки доходит до 400—800 Мн/м2(40-80 кгс/мм2), предел текучести 250—600 Мн/м2(25-60 кгс/мм2), а относительное удлинение до 4-12%.

Механические свойства в направлении, перпендикулярном вытяжке, почти не меняются. Бериллий— хрупкий металл; его ударная вязкость 10-50 кДж/м2 (0,1-0,5 кгс·м/см2). Температура перехода Бериллия из хрупкого состояния в пластическое 200—400°C.

Химические свойства

Получение

В виде простого вещества в XIX веке бериллий получали действием калия на безводный хлорид бериллия:

В настоящее время бериллий получают, восстанавливая его фторид магнием:

либо электролизом расплава смеси хлоридов бериллия и натрия. Исходные соли бериллия выделяют при переработке бериллиевой руды.

Применение Бериллия

Легирование сплавов

Бериллий в основном используют как легирующую добавку к различным сплавам.

Добавка бериллия значительно повышает твёрдость и прочность сплавов, коррозионную устойчивость поверхностей изготовленных из этих сплавов изделий.

В технике довольно широко распространены бериллиевые бронзы типа BeB (пружинные контакты). Добавка 0,5% бериллия в сталь позволяет изготовить пружины, которые пружинят при красном калении.

Рентгенотехника

Бериллий слабо поглощает рентгеновское излучение, поэтому из него изготавливают окошки рентгеновских трубок (через которые излучение выходит наружу).

Ядерная энергетика

В атомных реакторах из бериллия изготовляют отражатели нейтронов, его используют как замедлитель нейтронов.

В смесях с некоторыми α-радиоактивными нуклидами бериллий используют в ампульных нейтронных источниках, так как при взаимодействии ядер бериллия-9 и α-частиц возникают нейтроны: 9Ве + α → n + 12C.

Оксид бериллия является наиболее теплопроводным из всех оксидов и служит высокотеплопроводным высокотемпературным изолятором, и огнеупорным материалом(тигли), а кроме того наряду с металлическим бериллием служит в атомной технике как более эффективный замедлитель и отражатель нейтронов чем чистый бериллий, кроме того оксид бериллия в смеси с окисью урана применяется в качестве очень эффективного ядерного топлива. Фторид бериллия в сплаве с фторидом лития применяется в качестве теплоносителя и растворителя солей урана, плутония, тория в высокотемпературных жидкосолевых атомных реакторах.

Фторид бериллия используется в атомной технике для варки стекла применяемого для регулирования небольших потоков нейтронов. Самый технологичный и качественный состав такого стекла -(BeF2−60%,PuF4−4%,AlF3−10%, MgF2−10%, CaF2−16%). Этот состав наглядно показывает один из примеров применения соединений плутония в качестве конструкционного материала (частичное).

Лазерные материалы

В лазерной технике находит применение алюминат бериллия для изготовления твердотельных излучателей (стержней, пластин).

Аэрокосмическая техника

В производстве тормозов для аэрокосмической техники, тепловых экранов и систем наведения с бериллием не может конкурировать практически ни один конструкционный материал.

Конструкционные материалы на основе бериллия обладают одновременно и лёгкостью, и прочностью, и стойкостью к высоким температурам. Будучи в 1,5 раз легче алюминия, эти сплавы в то же время прочнее многих специальных сталей.

Налажено производство бериллидов применяемых как конструкционные материалы для двигателей и обшивки ракет и самолетов, а так же в атомной технике.

Ракетное топливо

Стоит отметить высокую токсичность и высокую стоимость металлического бериллия, и в этой связи приложены значительные усилия для выявления бериллийсодержащих топлив имеющих значительно меньшую общую токсичность и стоимость. Одним из таких соединений бериллия является гидрид бериллия.

Огнеупорные материалы

Оксид бериллия 99,9%(изделие)

Оксид бериллия применяется в качестве очень важного огнеупорного материала в специальных случаях. Считается одним из лучших огнеупорных материалов и при этом это самый теплопроводный огнеупорный материал.

Биологическая роль и физиологическое действие

В живых организмах бериллий не несёт какой-либо значимой биологической функции. Однако бериллий может замещать магний в некоторых ферментах, что приводит к нарушению их работы. Нормальное содержание бериллия в организме взрослого человека (при массе тела 60 кг) составляет 0,031мг, ежедневное поступление с пищей— около 0,01мг.

Бериллий— ядовит: Летучие (и растворимые) соединения бериллия, в том числе и пыль, содержащая соединения бериллия, высокотоксичны.

Для воздуха ПДК (предельно допустимые концентрации) вещества в пересчёте на бериллий составляет 0,001 мг/м³. Бериллий обладает ярко выраженным аллергическим и канцерогенным действием.

Вдыхание атмосферного воздуха содержащего бериллий приводит к тяжёлому заболеванию органов дыхания — бериллиозу.

Дополнительная информация по Бериллию

Соединения бериллия

Бериллий, Beryllium, Be (4) Содержащие бериллий минералы (драгоценные камни) — берилл, смарагд, изумруд, аквамарин и др.- известны с глубокой древности. Некоторые из них добывались на Синайском полуострове еще в XVII в. до н. э. В Стокгольмском папирусе (III в.) описываются способы изготовления поддельных камней.

Название берилл встречается у греческих и латинских (Beryll) античных писателей и в древнерусских произведениях, например в «Изборнике Святослава» 1073 г., где берилл фигурирует под названием вируллион. Исследование химического состава драгоценных минералов этой группы началось, однако, лишь в конце XVIII в.

с наступлением химико-аналитического периода.

Первые анализы (Клапрот, Биндгейм и др.) не обнаружили в берилле ничего особенного.

В конце XVIII в. известный минералог аббат Гаюи обратил внимание на полное сходство кристаллического строения берилла из Лиможа и смарагда из Перу. Вокелен произвел химический анализ обоих минералов (1797) и обнаружил в обоих новую землю, отличную от алюмины.

, существовал даже символ — Gl.

Клапрот, будучи противником наменования новых элементов по случайным свойствам их соединений, предложил именовать глюциний бериллием (Beryllium), указав, что сладким вкусом обладают соединения и других элементов. Металлический бериллий был впервые получен Велером и Бусси в 1728 г.

путем восстановления хлорида бериллия металлическим калием. Отметим здесь выдающиеся исследования русского химика И.В.Авдеева по атомному весу и составу окисла бериллия (1842). Авдеев установил атомный вес бериллия 9,26 (совр.9,0122), тогда как Берцелиус принимал его равным 13,5, и правильную формулу окисла.

О происхождении названия минерала берилл, от которого образовано слово бериллий, существует несколько версий. А. М. Васильев (по Диргарту) приводит следующее мнение филологов: латинское и греческое названия берилла могут быть сопоставлены с практритским veluriya и санскритским vaidurya.

Последнее является названием некоторого камня и происходит от слова vidura (очень далеко), что, по-видимому, означает какую-то страну или гору. Мюллер предложил другое объяснение: Vaidurya произошло от первоначального vaidarya или vaidalya, а последнее от vidala (кошка). Иначе говоря, vaidurya означает приблизительно «кошачий глаз».

Рай указывает, что в санскрите топаз, сапфир и коралл считались кошачьим глазом. Третье объяснение дает Липпман, который считает, что слово берилл обозначало какую-то северную страну (откуда поступали драгоценные камни) или народ.

В другом месте Липпман отмечает, что Николай Кузанский писал, что немецкое Brille (очки) происходит от варварско-латинского berillus. Наконец, Лемери, объясняя слово берилл (Beryllus), указывает, что Berillus, или Verillus, означает «мужской камень».

В русской химической литературе начала XIX в.

глюцина называлась — сладимая земля, сладозем (Севергин, 1815), сладкозем (Захаров, 1810), глуцина, глицина, основание глицинной земли, а элемент именовался глицинием, глицинитом, глицием, сладимцем и пр.

Источник: http://himsnab-spb.ru/article/ps/be

Металл бериллий — свойства, применение, соединения бериллия

История открытия бериллия начинается с XVIII столетия, в конце которого французский химик Л. Воклен пытался установить, чем схож по химическому составу ценный минерал бериллия с изумрудом. Из последнего минерала он и выделил оксид элемента BeO. Получить металлический бериллий удалось лишь 30 лет спустя в 1828 году.

Пройдет еще семидесятилетие, прежде чем другой француз – Поль Лебо синтезирует чистые металлические кристаллы вещества посредством электролиза бериллия и двойного фторида калия. Ученый пошел далее, испытав кристаллический порошок на вкус, откуда и пошло изначальное название элемента – глюциний (glykуs – сладкий в переводе с греческого).

Кстати, во Франции наименование бериллий – Be часто сопровождается Glicinium – Gl до сих пор.

Физические свойства бериллия

В свободном состоянии элемент представляет легкий металл серебристо-серого цвета. На воздухе бериллий приобретает матовый оттенок вследствие, быстрого образования поверхностной оксидной пленки.

Строение атома бериллия включает четыре электрона, образующих конфигурацию 1s22s2. Параметры атомного и ионного радиусов Ве составляют 0.113, 0.034 нанометра, соответственно. Порядковый номер элемента в периодической таблице – 4.

Атомная масса бериллия – 9.0122.

Фото бериллий

Элемент характеризуется плотностью 1.816 грамм на сантиметр кубический, и рядом критических температур:

• фазового перехода от гексагональной к кубической решетке – 1277 0С.

Бериллий характеризуется наивысшей теплоемкостью, относительно других металлов, хорошей теплопроводностью и низким электрическим сопротивлением.

Химические свойства бериллия

Элемент 2-валентен. Его отличает высокая химическая активность. Устойчивости бериллия на воздухе способствует быстрое окисление: образование прочной поверхностной пленки ВеО, препятствует дальнейшим реакциям.

Дальнейшее быстрое окисление металла происходит при нагревании свыше 800 0С. Взаимодействие металла с водой происходит только после достижения температуры ее кипения. Бериллий растворим в большинстве кислот, исключение составляет только концентрированная азотная.

Также элемент растворяется в водных растворах щелочей, образуя соли бериллия.

Видео — Бериллий. Легкий и дорогой металл:

Взаимодействие Be с другими элементами происходит преимущественно при нагревании. Так, нитрид бериллия образуется при температуре свыше 650 0С в атмосфере азота. Взаимодействие Be с углеродом при 1200 0С и выше переводит металл в карбид бериллия. Более интересно происходит образование гидрида бериллия.

Действительно сам металл не взаимодействует с водородом при любых температурах. Поэтому получить гидрид бериллия можно только вследствие разложения органических соединений, содержащих Be. Еще одна особенность, которой характеризуется гидрид бериллия – он устойчив только при температурах менее 240 0С.

Получение бериллия

Металлический Be получают из одноименного минерала – берилл. Для этого, исходное сырье перерабатывается в гидроксид или сульфат бериллия. В обоих случаях процедура проходит в несколько стадий.

В частности, чтобы получить сульфат бериллия, исходный минерал спекается с известью. Полученное соединение впоследствии обрабатывается серной кислотой.

На заключительной стадии образовавшийся сульфат бериллия выщелачивают водой и осаждают аммиаком.

Видео — Дороже Золота. Первый российский бериллий:

1. Фторид бериллия.
2. Хлорид бериллия.

В первом случае, полученный фторид бериллия проходит процедуру восстановления магнием при температуре около 1000 0С. Во втором варианте, для выделения чистого металла производится электролиз хлорида бериллия в смеси с NaCl.

Завершающий этап – получение высокочистого металлического Be происходит различными способами:

• электронное рафинирование.

Полученный металл измельчают до порошкообразного состояния и прессуют в вакууме при температуре около 1150 0С.

Трубная продукция, прутки и прочие виды профилей металла изготавливаются по технологии горячего и теплого выдавливания, тогда как листовой бериллий производится посредством прокатки. Ковки или волочения.

Применение бериллия

Как и для прочих металлов, востребованность бериллия связана с его физико-химическими свойствами. В частности, присущая элементу низкая величина сечения захвата тепловых нейтронов, а также его малая масса, делает металл перспективным для использования в атомных реакторах. Из него изготавливаются замедлители и отражатели нейтронов для этих установок.

Высокие параметры прочности и модуля упругости при низкой плотности элемента вызвали интерес к бериллию со стороны таких отраслей, как авиационная и космическая техника, ракетостроение.

Единственное препятствие для широкого использования металла в качестве конструкционного материала связана с с хрупкостью Be при комнатной температуре.

Тем не менее, легированные бериллием тугоплавкие металлы, – остаются перспективными конструкционными материалами в авиации и ракетостроении.

Высокая проницаемость рентгеновским излучением (превышает аналогичный параметр алюминия в 17раз) тоже нашла применение металлу. Из него производятся окна рентгеновских трубок. Наконец, еще одно использование бериллия связано с применением это соединений в качестве твердого ракетного топлива.

Детали из бериллиевой бронзы

Альтернативно, элемент имеет высокий потенциал как легирующая добавка к сплавам металлов.

Бериллий даже в незначительных пропорциях способен существенно улучшать такие характеристики соединений, как твердость, прочность, устойчивость к коррозии. Одно из перспективных направлений легирования Be связано со сплавами меди.

Внедрение элемента на уровне 3 – 6%, создает бериллиевые бронзы – материал, интенсивно используемый в производстве пружин с улучшенными характеристиками:

• низкая механическая усталость;

• отсутствие искрения в результате ударов.

Используется бериллиевая бронза и как обшивка кораблей в космонавтике. Это обусловлено, тем, что данный сплав превосходит легированные стали по разрывной прочности. Дополнительный фактор в пользу бериллиевой бронзы – низкий уровень механической усталости в процессе эксплуатации.

Со временем открываются новые перспективы использования металла. Так, металлургическое применение бериллия связано с парой Be-Mg. Добавка 0,005% бериллия резко сокращает расход магния на испарение и окисление.

В медицине применяется хлорид бериллия, как вещество для диагностики туберкулеза.

Массовое потребление бериллии, как и рост цен на него, началось с середины прошлого века, что открыло другую важную деталь, связанную с переработкой этого металла.

Относительно животных, Be равномерно распределен у них по тканям, с суммарной концентрацией, которая исчисляется в пределах от десятитысячных до тысячных долей процента. При нормально функционировании организма, половина бериллия выделяется с мочой.

Оставшаяся часть элемента оседает в костях – 30%, печени и почках – по 8%.

Металлическая пыль бериллия — очень опасна для человека

Опасен ли бериллий?

Для человека вредны летучие соединения бериллия, его пыль. Как результат, переработка Be требует соблюдения определенных норм безопасности, в частности использование специальных мер защиты, чтобы избежать отравления бериллием.

Случай в истории СССР

В недалекие советские времена, а именно в 1990 году, в Казахской ССР на одном из металлургических предприятий  (сейчас это АО УМЗ), которое работало с бериллием, произошел взрыв в бериллиевом цехе — вся опасная пыль и мелкая стружка поднялась в небо над городом Усть-Каменогорск. Превышение ПДК вредных веществ, как тогда зафиксировали, составило 14 000 раз.

Всего произошло около 5 взрывов, при этом в воздух поднялось 65 тонн мельчайшего бериллия. Как это все происходило и как боролись с катастрофой — читайте историю большого взрыва.

После взрыва люди боялись последствий, кто-то пророчил, что результат взрыва проявится через 15 лет — на нынешних детях, на беременных женщинах, какие именно тяжелые последствия ждут людей — никто толком не знал.

И вот, прошло уже больше 26 лет — катастрофических изменений в жизни населения города не произошло, не считаю тех людей, кто оказался непосредственно в эпицентре взрыва, городу повезло — пыль осела и не распространилась воздуху.

Так сегодня выглядит территория завода АО «УМЗ» в котором и сейчас существует бериллиевый цех

Источник: https://xlom.ru/spravochnik/berillij-svojstva-primeneniya-splavy-berilliya

Бериллий и его характеристики

Бериллий мало распространен в земной коре [0,0004% (масс.)]. Он входит в состав некоторых минералов, из которых чаще всего встречается берилл Be3Al2(SiO3)6.

Бериллий представляет собой металл серо-стального цвета (рис. 1) с плотной гексагональной кристаллической решеткой, довольно твердый и хрупкий. На воздухе покрывается оксидной пленкой, придающей ему матовый оттенок и обусловливающей пониженную химическую активность.

Рис. 1. Бериллий. Внешний вид.

Атомная и молекулярная масса бериллия

Относительная атомная масса Ar – это молярная масса атома вещества, отнесенная к 1/12 молярной массы атома углерода-12 (12С).

Относительная молекулярная масса Mr – это молярная масса молекулы, отнесенная к 1/12 молярной массы атома углерода-12 (12С). Это безразмерная величина.

Поскольку в свободном состоянии бериллий существует в виде одноатомных молекул Be, значения его атомной и молекулярной масс совпадают. Они равны 9,0121.

Изотопы бериллия

В природе бериллий существует в виде единственного изотопа 9Be. Массовое число равно 9. Ядро атома содержит четыре протона и пять нейтронов.

Существует одиннадцать искусственных изотопов бериллия с массовыми числами от 5-ти до 16-ти, из которых наиболее устойчивыми являются 10Be с периодом полураспада равным 1,4 млн. лет и 7Be с периодом полураспада 53 дня.

Ионы бериллия

• На внешнем энергетическом уровне атома бериллия имеется два электрона, которые являются валентными:
• +3 Be)2)2;
• 1s22s2.

В результате химического взаимодействия бериллий теряет свои валентный электроны, т.е. является их донором, и превращается в положительно заряженный ион (Be2+):

Be0 –2e → Be2+;

В соединениях бериллий проявляет степень окисления +2.

Молекула и атом бериллия

В свободном состоянии бериллий существует в виде одноатомных молекул Be. Приведем некоторые свойства, характеризующие атом и молекулу лития:

Энергия ионизации атома, эВ	9,32
Относительная электроотрицательность	1,52
Радиус атома, пм	112

Сплавы бериллия

Главной областью применения бериллия являются сплавы, в которые этот металл вводится как легирующая добавка.

Кроме бериллиевых бронз (спал меди с 2,5% бериллия), применяются сплавы никеля с 2-4% бериллия, которые по коррозионной стойкости, прочности и упругости сравнимы с высококачественными нержавеющими сталями, а в некоторых отношениях превосходят их. Они применяются для изготовления пружин и хирургических инструментов.

Небольшие добавки бериллия к магниевым сплавам повышают их коррозионную стойкость. Такие сплавы, а также сплавы алюминия с бериллием применяются в авиастроении.

Примеры решения задач

Понравился сайт? Расскажи друзьям!

Источник: http://ru.solverbook.com/spravochnik/ximiya/ximicheskie-elementy/berillij-i-ego-xarakteristiki/

№4 Бериллий

Бериллий был открыт в 1798 году Л. Вокленом в виде берилловой земли (оксида ВеО), когда этот французский химик выяснял общие особенности химического состава драгоценных камней берилла и изумруда. Металлический бериллий был получен в 1828 г. Ф. Велером в Германии и независимо от него А.

Бюсси во Франции. Однако из-за примесей его не удавалось сплавить. Лишь в 1898 г. французский химик П. Лебо, подвергнув электролизу двойной фторид калия и бериллия, получил достаточно чистые металлические кристаллы бериллия.

Менделеев, который, исходя из закономерности изменения свойств элементов в периоде, определил бериллию место во второй группе.

Нахождение в природе, получение:

Бериллий относится к редким элементам, его содержание в земной коре 2,6·10-4% по массе. В морской воде содержится до 6·10-7 мг/л бериллия.
Основные природные минералы, содержащие бериллий: берилл Be3Al2(SiO3)6, фенакит Be2SiO4, бертрандит Be4Si2O8·H2O и гельвин (Mn,Fe,Zn)4[BeSiO4]3S.

Окрашенные примесями катионов других металлов прозрачные разновидности берилла — драгоценные камни, например, зеленый изумруд, голубой аквамарин, гелиодер, воробьевит и другие. В настоящее время их научились синтезировать искусственно.

В виде простого вещества в XIX веке бериллий получали действием калия на безводный хлорид бериллия:

• BeCl2+2K=Be+2KCl.
• BeF2+Mg=Be+MgF2

В настоящее время бериллий получают,восстанавливая его фторид магнием:
либо электролизом расплава смеси хлоридов бериллия и натрия. Исходные соли бериллия выделяют при переработке бериллиевой руды.

Физические свойства:

Металлический бериллий — твердый, хрупкий металл серого цвета. На воздухе бериллий, как и алюминий, покрыт оксидной пленкой, придающей ему матовый цвет.

Температура плавления 1278°C, температура кипения около 2470°C, плотность 1,816 кг/м3.

До температуры 1277°C устойчив a-Ве (гексагональная решетка типа магния (Mg), параметры а = 0,22855 нм, с = 0,35833 нм), при температурах, предшествующих плавлению металла (1277-1288°C) — b-Ве с кубической решеткой.

Химические свойства:

Наличие оксидной пленки предохраняет металл от дальнейшего разрушения и обусловливает его невысокую химическую активность при комнатной температуре. При нагревании бериллий сгорает на воздухе с образованием оксида BeO, реагирует с серой и азотом. С галогенами бериллий реагирует при обычной температуре или при слабом нагревании.

Все эти реакции сопровождаются выделением большого количества теплоты, так как прочность кристаллических решеток возникающих соединений (BeO, BeS, Be3N2, ВеCl2 и др.) довольно велика. Благодаря образованию на поверхности прочной пленки бериллий не реагирует с водой, хотя находится в ряду стандартных потенциалов значительно левее водорода.

Как и алюминий, бериллий реагирует с кислотами и растворами щелочей:

Be + 2HCl = BeCl2 + H2,

Be + 2NaOH + 2H2O = Na2[Be(OH)4] + H2. Интересно, что бериллий хорошо растворяется в концентрированных растворах фторидов:

Be + 4NH4F + 2H2O = (NH4)2[BeF4] + 2NH3*H2O + H2↑

Причина — образование прочных фторидных комплексов.

Важнейшие соединения:

Оксид бериллия, BeO встречается в природе в виде редкого минерала бромеллита. Получают термическим разложением сульфата или гидроксида бериллия выше 800° С. Продукт высокой чистоты образуется при разложении основного ацетата [Be4O(OOCH3)6] выше 600°С.

Непрокаленный оксид бериллия гигроскопичен, адсорбирует до 34% воды, а прокаленный при 1500° С — лишь 0,18%.

Оксид бериллия, прокаленный не выше 500°С, легко взаимодействует с кислотами, труднее — с растворами щелочей, а прокаленный выше 727° С — лишь со фтороводородной кислотой, горячей концентрированной серной кислотой и расплавами щелочей.

Устойчив к воздействию расплавленных лития, натрия, калия, никеля и железа. Оксид бериллия обладает очень высокой теплопроводностью. Считается одним из лучших огнеупорных материалов, используется для изготовления тиглей и других изделий

Гидроксид бериллия, Be(OH)2 — полимерное соединение, нерастворимое в воде. Оно проявляет амфотерные свойства: Be(OH)2 + 2КOH = К2[Be(OH)4],       
Be(OH)2 + 2HCl = BeCl2 + 2H2O.

Действием на гидроксид бериллия Be(OH)2 растворами карбоновых кислот или при упаривании растворов их бериллиевых солей получают оксисоли бериллия, например, оксиацетат Be4O(CH3COO)6.
Галогениды бериллия, бесцв. крист. вещества, расплываются на воздухе, поглощая влагу. Для получения безводного хлорида используется реакция 2BeO + CCl4 = 2BeCl2 + CO2Подобно хлориду алюминия BeCl2 является катализатором в реакции Фриделя – Крафтса. В растворах подвергается гидролизу…

Бериллаты, в концентрированных растворах и расплавах щелочей присутствуют бериллаты состава M2BeO2, M3BeO4, в разбавленных растворах гидроксобериллаты M2[Be(OH)4]. Легко гидролизуются до гидроксида бериллия.

…

Гидрид бериллия, BeH2 — полимерное вещество, его получают реакцией:
BeCl2 + 2LiH = BeH2 + 2LiCl

Карбид бериллия, Be2С — образуется при взаимодействии бериллия с углеродом. Подобно карбиду алюминия гидролизуется водой с образованием метана.

Применение:

Бериллий в основном используют как легирующую добавку к различным сплавам. Добавка бериллия значительно повышает твердость и прочность сплавов, коррозионную устойчивость поверхностей изготовленных из этих сплавов изделий.

Бериллиевые бронзы (Cu и 3-6% Be) – материал для пружин c большой устойчивостью к механической усталости и совершенно не дающих искр при механических ударах. Бериллий слабо поглощает рентгеновское излучение, поэтому из него изготавливают окошки рентгеновских трубок (через которые излучение выходит наружу).

В атомных реакторах из бериллия изготовляют отражатели нейтронов, его используют как замедлитель нейтронов.

В смесях с некоторыми a-радиоактивными нуклидами бериллий используют в ампульных нейтронных источниках, так как при взаимодействии ядер бериллия-9 и a-частиц возникают нейтроны: 9Ве(a,n)12C.

Физиологическое действие: в живых организмах бериллий, по-видимому, не несет никакой биологической функции, однако бериллий может замещать магний в некоторых ферментах, что приводит к нарушению их работы. Летучие и растворимые соединения бериллия, а также пыль, содержащая бериллий и его соединения, очень токсичны, канцерогенны (ПДК 0,001 мг/м3).

Рудакова Анна Валерьевна
ХФ ТюмГУ, 561 группа.

Источник: http://www.kontren.narod.ru/x_el/info04.htm

Бериллий и его сплавы

• КАТАЛОГ ИСКРОБЕЗОПАСНОГО ИНСТРУМЕНТА ИЗ СПЛАВА МЕДЬ-БЕРИЛЛИЙ
• БЕРИЛЛИЙ И ЕГО СПЛАВЫ
• ОСНОВНЫЕ СВОЙСТВА И ТЕХНОЛОГИИ ПОЛУЧЕНИЯ БЕРИЛЛИЯ

Бериллий — светло-серый металл второй группы Периодической системы элементов Д.И. Менделеева.

Порядковый номер бериллия 4, атомная масса 9,01, температура плавления 1284 °С. Бериллий может существовать в двух полиморфных модификациях. Низкотемпературная модификация, существующая до 1250 °С, имеет гексагональную плотноупакованную решетку, высокотемпературная — решетку объемно-центрированного куба.

Плотность бериллия 1845 кг/м3.

Комплекс физических, химических и механических свойств позволяет отнести бериллий к наиболее ценным конструкционным материалам.

Бериллий является редким металлом. Его содержание в земной коре составляет 5 · 10–4 %.

Известно около 40 минералов бериллия, из которых наибольшее практическое значение имеет берилл, который после обработки переводят в форму хлорида или фторида.

Металлический бериллий получают восстановлением фторида магнием при высокой температуре (900–1300 °С) или электролизом его хлорида в смеси с хлоридом натрия. Дальнейшей вакуумной дистилляцией бериллий очищают до 99,98 %.

Размеры атома бериллия малы (атомный диаметр 0,226 нм). Даже небольшие количества примесей сильно охрупчивают бериллий.

Многократное повторение зонной плавки (до 8 проходов) позволяет получать особо чистый бериллий с чрезвычайно высокой пластичностью (δ = 140 %). Введение в очищенный бериллий всего 0,001 % Si приводит к охрупчиванию металла.

Для производства компактного бериллия в виде заготовок применяют методы порошковой металлургии. В безокислительной среде бериллий измельчают в порошок и подвергают горячему прессованию в вакууме.

Чем мельче зерна порошка, тем выше прочностные и пластические свойства металла. Бериллий и его соединения в виде порошков, пыли и паров остро токсичны, они вызывают расстройство дыхания и дерматиты, поэтому при работе с ними прибегают к специальным методам защиты.

Вместе с тем обработанные детали из бериллия вполне безопасны.

Для предотвращения взаимодействия с воздухом горячепрессованные заготовки бериллия помещают в стальные оболочки, нагревают до температуры 800–1100 °С и в таком виде проводят обработку давлением.

Прокаткой производят листовой бериллий — основной вид продукции, используемый в ракетной технике. Трубы и прутки получают теплым (400–500 °С) или горячим (900–1 100 °С) выдавливанием. Степень обжатия при выдавливании 5:1 и более.

Выдавливанием получают заготовки не только круглого или квадратного сечения, но и более сложного профиля.

Бериллий плохо обрабатывается резанием и требует применения твердосплавного инструмента. Соединения бериллия получают пайкой и дуговой сваркой в аргоне или вакууме.

По сравнению с другими легкими материалами бериллий обладает уникальным сочетанием физических и механических свойств. По удельной прочности и жесткости он превосходит все другие металлы (табл. 15.1).

Благодаря высокому значению модуля упругости (Е = 300 ГПа) и низкой плотности, бериллий по удельной жесткости превосходит все известные материалы, сохраняя это преимущество до 500–600 °С (рис. 15.2).

Таблица 15.1

Удельная прочность и жесткость материалов

Материал	σв, МПа	γ, (кг/м3) ∙ ∙ 10–3	σв /(γg), км	E /(γg), км
Магниевый сплав МА10	430	1,8	24	2,3
Алюминиевый сплав В95	700	2,9	21	2,4
Титановый сплав ВТ6	1500	4,5	22	2,6
Сталь 03Н18К9М5Т	1750	7,8	23	2,6
Бериллий	680	1,8	38	16,1

Бериллий отличается высокой электро- и теплопроводностью, приближающейся к теплопроводности алюминия, а по удельной теплоемкости [≈ 2500 Дж/(кг × град)] превосходит все остальные металлы. Бериллий стоек к коррозии.

Подобно алюминию, при взаимодействии бериллия с воздухом на поверхности его образуется тонкая оксидная пленка, защищающая металл от действия кислорода даже при высокой температуре.

Лишь при температуре выше 700 °С обнаруживаются заметные признаки коррозии, а при 1200 °С металлический бериллий сгорает, превращаясь в белый порошок оксида бериллия.

Бериллий имеет высокие ядерные характеристики — самое низкое среди металлов эффективное поперечное сечение захвата тепловых нейтронов и самое высокое поперечное сечение их рассеяния.

Недостатками бериллия является высокая стоимость, обусловленная дефицитностью исходного сырья и сложностью его переработки, а также низкая хладостойкость. Ударная вязкость технического бериллия ниже 5 Дж/см2.

Несмотря на эти недостатки, уникальная совокупность технических преимуществ позволяет относить бериллий к числу выдающихся аэрокосмических материалов.

СПЛАВЫ БЕРИЛЛИЯ

Главная сложность при легировании бериллия состоит в малых размерах его атомов, в результате чего большинство элементов при растворении сильно искажают кристаллическую решетку, сообщая сплаву повышенную хрупкость. Легирование возможно лишь теми элементами, которые образуют с бериллием механические смеси с минимальной взаимной растворимостью.

В таких сплавах эвтектического типа твердые частицы бериллия равномерно распределены в пластичной алюминиевой матрице. Сплавы содержат 24–43 % алюминия, остальное — бериллий. Фирмой «Локхид» (США) разработан сплав, содержащий 62 % бериллия, названный локеллоем.

Сплавы Be—Al имеют структуру, состоящую из мягкой пластичной эвтектики и твердых хрупких включений первичного бериллия. Эти сплавы сочетают высокую жесткость, прочность и малую плотность, характерные для бериллия, с пластичностью алюминия (рис. 15.4).

Благодаря пластичности матрицы снижается концентрация напряжений у частиц бериллиевой фазы и уменьшается опасность образования трещин, что позволяет использовать сплавы в условиях более сложного напряженного состояния.

Для получения бериллиево-алюминиевых сплавов также используют методы порошковой металлургии. Деформацию осуществляют выдавливанием с последующей ковкой и штамповкой в оболочках. Механические свойства труб из локеллоя (Be + 38 % Al) при комнатной температуре: σв = 600 МПа, σ0,2 = 570 МПа, δ = 1 %.

Для увеличения прочности сплавы Be—Al дополнительно легируют магнием и серебром — элементами, растворимыми в алюминиевой фазе. В этом случае матрица представляет собой более прочный и вязкий сплав Al—Mg или Al—Ag.

Пластичную матрицу можно получить, используя композицию Be—Ag, содержащую до 60 % серебра. Сплавы с серебром дополнительно легируют литием и лантаном.

За исключением сплавов с пластичной матрицей, легирование другими элементами не устраняет хладноломкость бериллия. Максимальную пластичность имеет бериллий высокой чистоты.

Закалка с 800 °С фиксирует пересыщенный α–твердый раствор, из которого в процессе старения при 300–350 °С выделяются дисперсные частицы CuBe, образуя регулярную, так называемую квазипериодическую структуру (рис. 15.6).

После закалки свойства бериллиевой бронзы БрБ2: σв = 500 МПа, δ = 30 %, после старения — σв = 1200 МПа, δ = 4 %.

Бериллиевые бронзы обладают высокими упругими свойствами. Их используют для изготовления пружин, сохраняющих упругость в широком интервале температур, в том числе в криогенных условиях. Они хорошо сопротивляются усталости и коррозии.

Бериллиевые бронзы немагнитны и не искрят при ударе. Из них изготавливают инструменты для работы во взрывоопасных средах — шахтах, газовых заводах, где нельзя использовать обычные стали.

Литейные бериллиевые сплавы (ЛБС), состав которых приведен в табл. 15.2, используют для деталей корпусов оснований, рам, кронштейнов и др. Бериллиевые сплавы характеризуются высокими значениями теплоемкости, которые в 1,6 раза выше, чем у сплавов алюминия.

Теплопроводность и температуропроводность сплавов лишь незначительно уступает литейным алюминиевым сплавам.

Совокупность теплофизических характеристик бериллиевых сплавов в целом выгодно отличает их от других материалов (например, силуминов) и определяет высокую размерную стабильность в условиях возникновения температурных градиентов при эксплуатации изделий.

Механические свойства литейных бериллиевых сплавов при комнатной температуре приведены в табл. 15.3, а свойства при различных температурах испытания — в табл. 15.4.

Таблица 15.2

Химические составы (%, остальное — Be) литейных бериллиевых сплавов

Сплав	Al	Ni	Mg	Cu	Zr, Sc, Y, Gd, РЗМ	Примеси, не более
Si	Fe	Mn	Ti	O2
ЛБС-1	24–34	3–6	–	–	0,06–0,21*	0,1	0,15	0,1	0,05	0,1
ЛБС-2	36–24	3,5–4,5	0,6–0,8	–	0,03–0,12**	0,1	0,15	0,1	0,05	0,1
ЛБС-3	30–34	–	0,1–0,6	6–8	0,05–0,1	0,1	0,15	–	–	0,1

1. * Допускается введение только Zr, Sc.
2. ** Допускается введение одного или нескольких элементов Sc, Zr, La, Pr, Nd при содержании: минимальном — 0,01 %, максимальном — 0,08 % любого.
3. Таблица 15.3
4. Механические свойства литейных бериллиевых сплавов

Свойство	ЛБС-1	ЛБС-2	ЛБС-3
σв, МПа	220–250	250–320	270–280
σ0,2, МПа	180–220	220–270	250–270
δ, %	2–3	2–3	1,1–1,3
ψ, %	2–3	2–3,5	–
KCU, МДж/м2	0,025–0,035	0,033–0,040	0,025–0,045
E, ГПа	200	200	200

Таблица 15.4

Механические свойства бериллиевых сплавов при различных температурах

Свойство	Сплав	Температура испытаний, °С
–100	0	100	200	300	400
σв, МПа	ЛБС-1	255	225	186	147	112	–
ЛБС-2	274	255	235	176	118	70
σ0,2, МПа	ЛБС-1	235	196	145	120	103	–
ЛБС-2	245	216	170	140	108	60
δ, %	ЛБС-1	2,8	2,4	2,5	2,5	1–2,4	–
ЛБС-2	2,0	2,1	2,1	2,2	3,0	4,0

Деформированные бериллиевые сплавы обладают высокой жесткостью и низкой плотностью. Эти сплавы являются перспективными для использования в некоторых элементах самолетных двигателей. Для повышения жаропрочных свойств бериллия используется сложное последовательное легирование.

На первом этапе выбирают оптимальный бинарный сплав (табл. 15.5).

Таблица 15.5

Механические свойства двойных сплавов (остальное — Be)

Содержание легирующих элементов, %	Средний размер зерна, мкм	σв, МПа	Hμ при 20 °С
20 °С	500 °С
6,7 Cu	124	256	146	198
2,4 Ag	186	282	209	215
5,8 Ni	160	346

Источник: https://atex-tools.ru/Berilliy-i-ego-splavi