Бериллий представляет собой высокотоксичный, канцерогенный и мутагенный элемент.
Несмотря на то, что точные данные о его токсических и летальных дозах отсутствуют, известно, что соли бериллия существенно подавляют активность щелочной фосфатазы и угнетают функцию других ферментов.
Помимо этого, бериллий оказывает ослабляющее и разрушающее действие на костную ткань, повреждает легкие, вызывая фиброз.
А также может приводить к появлению экземы и дерматоза на коже, а явление лихорадки может наблюдаться у поврежденной слизистой глаз.
Более того, бериллий может стать причиной развития аутоиммунных процессов в организме.
Опасность бериллия для человека
Бериллий обнаружен в растениях, произрастающих на бериллий содержащих почвах, а также в тканях и костях животных.
Но если для растения бериллий безвреден, то у животных он вызывает так называемый бериллиевый рахит.
Повышенное содержание солей бериллия в пище способствует образованию в организме растворимого фосфата бериллия.
Постоянно «похищая» фосфаты, бериллий тем самым способствует ослаблению костной ткани — это и есть причина болезни.
Многие соединения бериллия ядовиты. Они могут стать причиной воспалительных процессов на коже и бериллиоза — специфического заболевания, вызываемого вдыханием бериллия и его соединений.
При кратковременном вдыхании больших концентраций растворимых соединений бериллия возникает острый бериллиоз, представляющий собой раздражение дыхательных путей, иногда сопровождающееся отеком легких и удушьем.
Бериллиоз
Есть и хроническая разновидность бериллиоза. Для нее характерны менее резкие симптомы, но большие нарушения в функциях всего организма.
Допустимые пределы содержания бериллия в воздухе очень малы —всего 0,001 мг/м³.
Это значительно меньше допустимых норм для большинства металлов, даже таких токсичных, как свинец.
Для лечения бериллиоза применяют чаще всего химические соединения, связывающие ионы бериллия и способствующие их выведению из организма.
Токсичность и применение
Это прежде всего хрупкость металла. Она намного усложняет процесс его механической обработки, затрудняет получение больших листов бериллия и сложных профилей необходимых в тех или иных конструкциях.
Предпринимаются упорные попытки устранить этот недостаток. Но, несмотря на некоторые успехи (изготовление металла высокой чистоты, различные технологические усовершенствования), получение пластичного бериллия продолжает оставаться трудной проблемой. Второе — токсичность бериллия.
Тщательный контроль за чистотой воздуха, особые системы вентиляции, возможно большая автоматизация производства — все это позволяет успешно бороться с токсичностью элемента № 4 и его соединений.
И наконец, третье и очень важное «но» бериллия — его высокая стоимость. Цена 1 кг бериллия в США сейчас более 300 долларов, т. е. бериллий в несколько раз дороже титана.
Однако рост потребления всегда приводит к технологическим усовершенствованиям, которые в свою очередь способствуют уменьшению издержек производства и цены.
В будущем спрос на бериллий возрастет еще больше: ведь этот металл человечество начало применять всего несколько десятилетий.
И, конечно, достоинства элемента № 4 возьмут верх над его недостатками.
8 фактов о бериллий
ИЗ ДОКУМЕНТОВ ПРОШЛОГО. Восьмидесятые годы прошлого века — время оживленных научных споров об атомном весе бериллия.
Д. II. Менделеев писал по этому поводу:
«Недоразумение длилось несколько лет. Не раз мне приходилось слышать о том, что вопрос об атомном весе бериллия грозит поколебать общность периодического закона, может потребовать глубоких в нем преобразований.
В научном разноречии, касающемся бериллия, приняли участие многие силы, конечно, потому именно, что дело шло о предмете более многозначительном, чем атомность сравнительно редкого элемента.
Периодический закон разъяснялся в этих разноречиях, и взаимная связь элементов разных групп стала более очевидной, чем было когда-либо».
Долгое время главными противниками двухвалентности бериллия были шведские химики профессора Л. Ф. Нильсон и О. Петерсон.
В 1878 г. они опубликовали статью «О получении и валентности бериллия», в конце которой были такие слова:
«…наше мнение об истинном атомном весе и химической природе этого металла противоречит так называемому периодическому закону, который Менделеев предначертал для всех элементов, а именно не только потому, что при Ве=13,8 металл этот едва ли может быть помещен в менделеевскую систему, но и потому, что тогда элемент с атомным весом 9,2, как это требует периодический закон, в системе отсутствовал бы и, по-видимому, еще должен быть открыт».
В защиту периодического закона выступил чешский химик Богуслав Браунер, считавший, что известный закон Дюлонга и Пти, которым пользовались шведские химики, имеет некоторые отступления в области малых атомных весов, к которой собственно и относится бериллий.
Кроме того, Браунер советовал Нильсону и Петерсону определить плотность паров хлористого бериллия, считая, что количественное определение этой характеристики поможет точно установить принадлежность элемента к той или иной группе периодической системы.
Когда шведские химики повторили свои опыты и проделали то, что советовал им Браунер, они убедились в правоте Менделеева.
В статье, отражавшей результаты этой работы, Нильсон в Петерсон написали: мы должны отказаться от ранее защищавшегося нами мнения о том, что бериллий трехвалентный элемент…
Одновременно мы признаем правильность периодического закона и в этом важном случае».
В 1884 г. Нильсон писал Менделееву: «…не могу не выразить Вам моего сердечного поздравления по поводу того, что и в этом случае, как и во многих других, система оправдала себя».
Позднее в одном из изданий «Основ химии» Д. И. Менделеев отметил, что «Нильсон и Петерсон — одни из главных защитников трехатомности бериллия… доставили опытные доказательства в пользу двухатомности бериллия и, громко высказав это, показали, что в науке истина, даже при разноречиях, одинаково дорога всем, хотя бы сперва и отрицалась теми, кто ее утвердил».
ДРАГОЦЕННЫЕ БЕРИЛЛЫ. Основной минерал бериллия — берилл относится, как известно, к полудрагоценным камням.
Но когда говорят о четырех его разновидностях — изумруде, аквамарине, воробьевите и гелиодоре, то приставку «полу» отбрасывают.
Изумруды, особенно весом больше 5 каратов, ценятся не меньше бриллиантов.
Чем отличаются эти камни от обычного берилла? Ведь формула их та же. Но эта формула не учитывает примесей, которые, собственно, и превращают полудрагоценные камни в драгоценные.
Аквамарин окрашен ионами двухвалентного железа, в изумруде (он же смарагд) кроме Fe2+ есть незначительная примесь окиси хрома.
Розовый, цвет воробьевита объясняется примесью соединений цезия, рубидия и двухвалентного марганца, а золотисто-желтый гелиодор окрашен ионами трехвалентного железа.
ДРАГОЦЕННЫЙ МЕТАЛЛ ИЗ ПОЛУДРАГОЦЕННОГО КАМНЯ. Высокая стоимость бериллия объясняется не только ограниченностью сырьевых ресурсов, но и сложностями технологии получения чистого металла.
Основной метод производства бериллия — восстановление его фторида металлическим магнием. Фторид получают из гидроокиси, а гидроокись из бериллового концентрата.
Уже первый прогон этой технологической лестницы состоит из нескольких ступеней: концентрат подвергают термообработке, измельчению, затем на него последовательно действуют серной кислотой, водой, растворами аммиака и едкого натра, специальными комплексообразователями.
Получившийся бериллат натрия гидролизуют и на центрифуге отделяют гидроокись.
Гидроокись превращается во фторид тоже лишь после нескольких операций, каждая из которых достаточно сложна и трудоемка.
Восстановление магнием идет при температуре 900° С, ход процесса тщательно контролируется.
Важная деталь: тепло, выделяющееся в реакции, поглощается с той же скоростью, что и выделяется.
Полученный жидкий металл выливают в графитовые изложницы, но он загрязнен шлаком, и поэтому его еще раз переплавляют в вакууме.
БЕРИЛЛИЙ В БЫТУ. Сферы применения бериллия не ограничиваются «высокой» техникой.
С изделиями из никель-бериллиевых сплавов (содержание Be не превышает 1,5%) можно встретиться и в повседневной жизни.
Из этих сплавов изготавливают хирургические инструменты, иглы для подкожных инъекций, литые металлические зубы.
Из сплава «элинвар» (никель, бериллий, вольфрам) в Швейцарии делают пружины для часов.
Медно-бериллиевый сплав в США используют для изготовления втулок пишущего механизма шариковых ручек.
ИСКУССТВЕННЫЕ ИЗУМРУДЫ. Получить изумруды искусственным путем гораздо труднее, чем большинство других драгоценных камней.
Главная причина в том, что берилл — сложное комплексное соединение.
Однако ученые смогли имитировать природные условия, в которых происходило образование минерала: изумруды «рождаются» при очень высоком давлении (150 тыс. атм) и высокой температуре (1550° С).
Искусственные изумруды могут использоваться в электронике.
БЕРИЛЛИЙ И СВЕРХПРОВОДИМОСТЬ. Сейчас известно более тысячи материалов, приобретающих при температуре, близкой к абсолютному нулю, свойство сверхпроводимости.
В их числе — металлический бериллий. Будучи сконденсирован в виде тонкой пленки на холодную подложку, бериллий становится сверхпроводником при температуре около 8 К.
БЕРИЛЛИЙ В ЦЕЛЕБНОМ СРЕДСТВЕ. В 1964 г. группа советских химиков во главе с вице-президентом Академии наук Таджикской ССР, доктором химических наук К. Т. Порошиным провела химический анализ древнего целебного средства «мумие».
Оказалось, что это вещество сложного состава, причем в числе многих элементов, содержащихся в мумие, есть и бериллий.
ГЕОГРАФИЯ МЕСТОРОЖДЕНИЙ БЕРИЛЛИЯ. Бериллиевое сырье имеется во многих странах мира. Наиболее крупные месторождения его находятся в Бразилии и Аргентине.
На их долю приходится примерно 40% добычи берилла в капиталистических странах. Значительные запасы бериллиевых руд имеются также в странах Африки и в Индии.
Вплоть до последнего времени крупнозернистый берилл добывали вручную. В Бразилии таким кустарным способом и сейчас ежегодно добывается до 3000 т концентрата.
Лишь недавно были предложены новые методы флотации, позволяющие использовать нерентабельные ранее месторождения мелкозернистого берилла.
БЕРИЛЛИЙ И «АТОМНАЯ ИГЛА». Теплоизоляционные свойства окиси бериллия могут пригодиться и при исследовании земных глубин.
Так, существует проект взятия проб из мантии Земли с глубин до 32 км с помощью так называемой атомной иглы. Это миниатюрный атомный реактор диаметром всего 60 см.
Реактор должен быть заключен в теплоизолирующий футляр из окиси бериллия с тяжелым вольфрамовым наконечником.
Принцип действия атомной иглы заключается в следующем: высокие температуры, создаваемые в реакторе (свыше 1100° С), вызовут плавление скальных пород и продвижение реактора к центру Земли.
На глубине примерно 32 км тяжелое вольфрамовое острие должно отделиться, а реактор, став более легким, чем окружающие его породы, возьмет пробы с недостижимых пока глубин и «всплывет» на поверхность.