Бериллий химический элемент

Бериллий это самым легкий член семейства щелочноземельных металлов, имеет атомный номер 4 и относится к группе 2, периоду 2 и s-блоку в периодической таблице.

Бериллий является двухвалентным, а его соединения высокотоксичны и канцерогенны. Это серебристо-белый металл с низкой плотностью и относительно мягкий.

Бериллий встречается в более чем 30 различных минеральных видах, среди которых наиболее важными являются берилл, бертрандит и фенацит.

Драгоценная форма берилла-изумруд и аквамарин. Массовое число бериллия составляет 9,01218 г/моль. Символ бериллия — «Be».

Что такое бериллий

Химический элемент 2-й группы (по устаревшей второй группы главной подгруппы II А, группы периодической системы элементов).

Атомный номер 4, атомная масса 9,01218.

Легкий светло-серый металл. В химических соединениях проявляет степень окисления + 2.

Бериллий открыл в 1798 франц. химик Л. Воклен в виде окиси, выделенной из минерала берилла.

Применение бериллия началось в 40-х гг. 20 в. Содержание бериллия в земной коре 6 · 10^-4%.

Известно около 40 минералов бериллия, из к-рых наибольшее практическое значение имеет берилл, перспективны фенакит, гельвин и деналит.

Кто открыл бериллий

Французский Луи-Николя Воклен открыл элемент бериллий в 1798 году. Во-первых, бериллий получил название glucinium, что означает сладкий, потому что все соединения бериллия имели сладкий вкус.

На основе драгоценного камня бериллий получил свое название.

Сходство бериллия с алюминием принесло немало хлопот и автору периодического закона Д. И. Менделееву.

Именно из-за этого сходства в середине прошлого века бериллий считали трехвалентным элементом с атомным весом 13,8. будучи помещен в таблице между углеродом и азотом.

Физические свойства бериллия

Электронная конфигурация бериллия: 1s²2s². Состояние бериллия твердое при 20°C.

Кристаллическая решетка бериллия гексагональная плотноупакованная с периодами а = 2,2855 А и с = 3,5840 А.

Плотность (т-ра 20° С) 1,8456 г/см³; t_пл 1284° С: t_кип 2450° С; температурный коэфф. линейного  расширения   (т-ра   25—100° С) 10,3-13,1 · 10^-6 град-1.

Коэфф. теплопроводности (т-ра 50° С) 0,45 кал/см · сек · град; теплоемкость 0,43 кал/г · град; электрическое сопротивление (температура 20° С) 3,6 мком · см.

Температурный коэфф. электрического сопротивления (т-ра 20° С) 62,8 . 10^-3 град-1. Т-ра перехода в сверхпроводящее состояние 0,064 К.

Бериллий — диамагнетик, его удельная магнитная восприимчивость (т-ра 20° С) порядка 10^-6. Работа выхода электронов 3,920 эв.

Потенциал ионизации 9,320 и 18,210 эв. Поперечное сечение захвата тепловых нейтронов 0,0090 барн на атом.

ти св-ва зависят от чистоты и структуры металла.

Мех. св-ва бериллия обусловливаются чистотой металла, размерами зерен, степенью анизотропности , скоростью испытания.

Модуль продольной упругости бериллия 3 · 104 кгс/мм², предел прочности на растяжение 20—55 кгс/мм², удлинение 0,2—2%.

Обработка давлением улучшает св-ва металла.

Предел прочности в направлении  вытяжки  до  40—80  кгс/мм², предел текучести 25—60 кгс/мм², относительное удлинение до 4—12%.

Микротвердость 120 кгс/мм².

Мех. св-ва в направлении, перпендикулярном вытяжке, почти не изменяются.

Хрупкий металл; его ударная вязкость 0,1—0,5 кгс/мм². Т-ра перехода из хрупкого состояния в пластическое 200—400° С.

Заметное изменение   св-в   происходит   при облучении   бериллия  потоками   нейтронов, интенсивность   к-рых больше 1023 нейтрон/м². Св-ва облученного бериллия восстанавливаются при отжиге.

Другие физические свойства бериллия

1. Бериллий является немагнитным, твердым и хрупким металлом, а его поверхность серовато-белого цвета.
2. Атомный вес бериллия делает его наименее плотным металлом и обладает большой теплопроводностью, что может быть полезно для строительных целей.
3. Относительная атомная масса бериллия составляет 9,01218 u и
4. Кроме того, считается, что температура кипения составляет 1287°C, а температура плавления оценивается в 2500°C.
5. Плотность бериллия составляет 1,85 грамма на кубический сантиметр.
6. Бериллий может иногда использоваться в рентгеновских аппаратах для изготовления рентгеновских окон, потому что он прозрачен для рентгеновского излучения.
7. Атомная структура бериллия состоит из 4 протонов и 5 нейтронов.

Химические свойства бериллия

При взаимодействии с некоторыми кислотами или с водой приводит к образованию газообразного водорода.

Реагирует с кислородом при воздействии воздуха с образованием BeO (оксида бериллия), но он сопротивляется окислению при определенном стандартном давлении и температуре.

На воздухе бериллий медленно окисляется, покрываясь окисной пленкой.

Растворяется в соляной и серной к-тах, реагирует со щелочами, с азотной к-той — только   при    нагревании:

Be + 2HCl = BeCl₂ + H₂ ↑

3Be + 8HNO₃ = 3Be(NO₃)₂ + 2NO↑ + 4H₂O

С водородом практически не взаимодействует во всем диапазоне т-р. При комнатной т-ре реагирует с фтором:

Be + F₂ = BeF₂

А при повышенных т-рах — с др. галогенами и сероводородом.

Взаимодействует с азотом при т-ре выше 650° С с образованием нитрида Be₃N₂:

3Be + N₂ = Be₃N₂

С углеродом при т-ре выше 1200° С,    образуя    карбид    Ве₂С:

2Be + C = Be₂C

При высоких т-рах взаимодействует с большинством металлов с  образованием бериллидов.

Расплавленный бериллий реагирует с большинством окислов, нитридов, сульфидов и карбидов.

В жидком состоянии бериллий смешивается со мн. металлами (алюминием, цинком, медью, железом,  никелем и др.), но не смешивается с магнием.

Соли металла хорошо растворимы в воде.

Изотопы

Природный бериллий состоит из стабильного изотопа ⁹Ве.

Искусственные изотопы: ⁶Ве, ⁷Ве, ⁸Ве и ¹⁰Ве с периодами полураспада соответственно 0,4 сек,  4,58 · 10⁶  сек, 10 · 16 сек и 2,5 · 10⁶ лет.

Получение бериллия

Важнейшим сырьем для получения бериллия служит берилл, к-рый после обработки переводят в соответствующий хлорид или фторид.

Чтобы определить бериллий используют качественную реакцию с помощью химических веществ, в домашних условиях предварительно можно проверить следующим образом.

Для этого нужно образец внести в пламя горелки если оно окрасилось в коричнево-красный цвет то можно утверждать, что в этом образце присутствует бериллий.

Металлический получают восстановлением фторида  магнием  при  т-ре  900— 1300° С или электролизом хлорида в смеси с хлоридом натрия.

Дальнейшей  вакуумной дистилляцией очищают до 99,98%.

Пластичный бериллий, содержащий не более 10~4% примесей (включая азот и кислород), получают электролизом хлоридных расплавов с последующей зонной плавкой.

Применение бериллия

Большое практическое значение   имеют   бериллия  сплавы, особенно бериллиевые бронзы. Бериллий используют в  рентгенотехнике (окна рентгеновских   трубок,   счетчиков).

В атомной энергетике (отражатели, замедлители и источники нейтронов), в авиации и ракетной технике (детали сверхзвуковых самолетов, тормозные диски, носовые конусы и оболочки ракет), электро- и радиопромышленности (приборы систем наведения и управления).

В металлургии (раскислитель). Кроме того, бериллий применяют  для   бериллизации  поверхности изделий. Низкая пластичность несколько ограничивает его применение.

Бериллий — перспективный материал для ядерных реакторов на т-ры выше  700  К (топливные  каналы, конструкционные  и  тепловыделяющие элементы). Перспективно применение   соединений    Б. — бериллидов.

Другое применение

Металлический бериллий используется в качестве легирующего агента с медью или никелем для формирования пружин, электродов точечной сварки, гироскопов и не искрящихся инструментов.

1. Другие сплавы бериллия, сплавленные с медью, используются в качестве конструкционного материала в обороне, спутниках связи и аэрокосмической промышленности.
2. Благодаря высокой температуре плавления он используется в ядерных работах, а также считается керамическим.
3. Металлы бериллия жестки, жестки, и обладают высокопрочным, и лучшим сопротивлением.
4. Кроме того, они стабильны по размерам и обладают немагнитными свойствами в значительном диапазоне температур, что делает его хорошим металлом в сплавах. Например, сплав алюминия и бериллия-Beralcast.
5. Бериллий как ультратонкая фольга может иногда использоваться в рентгеновских аппаратах для изготовления его окна, потому что он прозрачен для рентгеновского излучения.
6. Соединения бериллия используются в системах самовоспламенения, лазерах, высокоскоростных компьютерах, микроволновых печах и т. д.

Сплавы заготовки

Для произ-ва компактного в форме заготовок применяют методы порошковой металлургии: его измельчают в порошок и подвергают горячему прессованию.

Кроме чешуек, слитков, порошка шли блоков, производят и др. товарам формы — цилиндры, прутки, трубы (горячим выдавливанием) и лист (горячей прокаткой).

Заготовки получают также литьем бериллия; при этом мех. и коррозионные св-ва улучшаются.

Бериллий и его соединения в виде порошка токсичны, поэтому при работе с ними прибегают к спец. мерам защиты.

Соединения бериллия

Соединения бериллия имеют исключительную степень окисления +2. Эти соединения бесцветны.

Они могут привести к дерматиту из-за токсичных паров, которые гиперчувствительны к бериллиозу, но сладки на вкус.

В Соединенных Штатах 15% бериллия используется в его составной форме, называемой оксидом бериллия.

Оксид бериллия может иметь различную форму, потому что это белый порошок.

Даже будучи металлом, соединение бериллия рассматривается как электрический изолятор из-за его плохой проводимости по отношению к электрическому току.

Следует отметить, что бериллий является хорошим проводником тепла.

Часто задаваемые вопросы ответы о бериллии?

Где используется бериллий?

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.

Есть ли у бериллия изотопы?

Элемент бериллий имеет изотопы. Бериллий имеет в общей сложности десять известных изотопов, из которых только один изотоп является естественным изотопом и стабилен, в основном известный как бериллий-9.

Он также имеет шесть радиоактивных изотопов. Изотопы бериллия варьируются от 5 до 14. Многие изотопы бериллия зависят от общего квантового числа углового момента или его общей энергии ядра.

Все изотопы имеют различный период полураспада, а также распад, но период полураспада 5 до сих пор неизвестен. Первичный бериллий содержит только один изотоп под названием бериллий-9.

Почему бериллий имеет сходство с алюминием?

1. Поляризационная сила Be и Al почти одинакова, а их электроотрицательность одинакова.
2. Оба металла способны образовывать ковалентные соединения.
3. Оба окиси металла образуют защитную пленку на своей поверхности, что приводит к их сопротивлению действию кислот.
4. Как соединения Be, так и Al, гидроксиды и оксиды являются амфотерными по своей природе, и их карбиды реагируют с водой с образованием метана.
5. Соли обоих формируют гидратированные ионы в водном растворе.

Какими свойствами обладает бериллий?

Бериллий — относительно твёрдый (5,5 баллов по Моосу), превосходящий по твердости другие лёгкие металлы (алюминий, магний), но хрупкий металл серебристо-белого цвета.

Литература

Папиров И. И., Тихинский Г. Ф. Физическое металловедение бериллия. М.