Бериллий

БЕРИЛЛИЙ, Be (лат. Beryllium * а. berillium; н. Beryllium; ф. beryllium; и. berilio), — химический элемент II группы периодической системы Менделеева, атомный номер 4, атомная масса 9,0122. Имеет один стабильный изотоп ⁹Ве. Открыт в 1798 французским химиком Л. Вокленом в виде оксида ВеО, выделенного из берилла. Металлический бериллий независимо друг от друга получили в 1828 немецкий химик Ф. Вёлер и французский химик А. Бюсси.

Свойства бериллия

Бериллий — лёгкий светло-серый металл. Кристаллическая структура а-Be (269-1254°С) гексагональная; Я-Be (1254-1284°С) — объёмноцентрированная, кубическая. Плотность 1844 кг/м³, t плавления 1287°С, t кипения 2507°С. Обладает наиболее высокой из всех металлов теплоёмкостью 1,80 кДж/кг • К, высокой теплопроводностью 178 Вт/м • К при 50°С, низким удельным электрическим сопротивлением (3,6-4,5) • 10 Ом • м при 20°С; коэффициентом термического линейного расширения 10,3-13,1 • 10^-6 град^-1 (25- 100°С). Бериллий — хрупкий металл; ударная вязкость 10-50 кДж/м². Бериллий обладает малым поперечным сечением захвата тепловых нейтронов.

Химические свойства бериллия

Бериллий — типичный амфотерный элемент с высокой химической активностью; компактный бериллий устойчив на воздухе благодаря образованию плёнки ВеО; степень окисления берилля +2.

Соединения бериллия

При нагревании соединяется с кислородом, галогенами и другими неметаллами. С кислородом образует оксид ВеО, с азотом — нитрид Be₃N₂, с углеродом — карбид Ве₂С, с серой — сульфид BeS. Растворим в щелочах (с образованием гидрооксобериллатов) и большинстве кислот. При высоких температурах бериллий взаимодействует с большинством металлов, образуя бериллиды. Расплавленный бериллий взаимодействует с оксидами, нитридами, сульфидами, карбидами. Из соединений бериллий наибольшее промышленное значение имеют ВеО, Ве(ОН)₂, фторбериллаты, например Na₂BeF₄ и др. Летучие соединения бериллий и пыль, содержащая бериллий и его соединения, токсичны.

Бериллий — редкий (кларк 6•10^-4%), типично литофильный элемент, характерный для кислых и щелочных пород. Из 55 собственных минералов бериллий 50% принадлежит к силикатам и бериллийсиликатам, 24% — к фосфатам, 10% — к окислам, остальные — к боратам, арсенатам, карбонатам. Близость потенциалов ионизации определяет сродство бериллия и цинка в щелочной среде, так что они одновременно находятся в некоторых гидротермальных месторождениях, а также входят в состав одного и того же минерала — гентгельвина. В нейтральных и кислых средах пути миграции бериллия и цинка резко расходятся. Некоторое рассеивание бериллия в горных породах определяется его химическим сходством с Al и Si. Особенно близки эти элементы в виде тетраэдрических группировок ВеО₄^6-, AlO₄^5- и SiO₄^4-. В гранитах проявляется большее сродство бериллия к кремнию, а в щелочных породах — к алюминию. Т. к. энергетически более выгодно замещение Аl³⁺IV на Ве²⁺IV, чем Si⁴⁺IV на Ве²⁺IV, то изоморфное рассеивание бериллия в щелочных породах, как правило, выше, чем в кислых. Геохимическая миграция бериллия связана с фтором, с которым он образует весьма устойчивые комплексы BeF₄^2-, BeF₃^1-, BeF₂⁰, BeF¹⁺. При повышении температуры и щёлочности эти комплексы легко гидролизуются до соединений Be(OH)F⁰, Be(OH)₂F^1-, в виде которых бериллий мигрирует.

Об основных генетических типах месторождений бериллия и схемы обогащения см. в ст. Бериллиевые руды. В промышленности металлический бериллий получают термическим восстановлением BeF₂ магнием, бериллий высокой чистоты — переплавкой в вакууме и вакуумной дистилляцией.

Применение бериллия

Бериллий и его соединения применяют в технике (свыше 70% общего потребления металла) как легирующую добавку к сплавам на основе Cu, Ni, Zn, Al, Pb и других цветных металлов. В ядерной технике Be и ВеО используют в качестве отражателей и замедлителей нейтронов, а также в качестве источника нейтронов. Малая плотность, высокая прочность и жаростойкость, большой модуль упругости и хорошая теплопроводность позволяют применять бериллий и его сплавы как конструкционный материал в авиа-, ракетостроении и космической технике. Сплавы бериллия и оксида бериллия отвечают требованиям прочности и коррозионной устойчивости в качестве материалов для оболочек твэлов. Бериллий служит для изготовления окон рентгеновских трубок, нанесения твёрдого диффузионного слоя на поверхность стали (бериллизация), в качестве присадок к ракетному топливу. Потребителем Be и ВеО являются также электротехника и радиоэлектроника; ВеО используют как материал корпусов, теплоотводов и изоляторов полупроводниковых приборов. Благодаря высокой огнеупорности, инертности по отношению к большинству расплавленных металлов и солей оксид бериллий применяется для изготовления тиглей и специальной керамики.