Be металл или неметалл

Обновлено: 05.10.2024

Немета́ллы — химические элементы с типично неметаллическими свойствами, которые занимают правый верхний угол Периодической системы. Расположение их в главных подгруппах соответствующих периодов следующее:

Группа	III	IV	V	VI	VII	VIII
2-й период	B	C	N	O	F	Ne
3-й период	Si	P	S	Cl	Ar
4-й период	As	Se	Br	Kr
5-й период	Te	I	Xe
6-й период	At	Rn

Кроме того, к неметаллам относят также водород [источник?] и гелий.

Характерной особенностью неметаллов является большее (по сравнению с металлами) число электронов на внешнем энергетическом уровне их атомов. Это определяет их большую способность к присоединению дополнительных электронов, и проявлению более высокой окислительной активности, чем у металлов.

Неметаллы имеют высокие значения сродства к электрону, большую электроотрицательность и высокий окислительно-восстановительный потенциал.

Благодаря высоким значениям энергии ионизации неметаллов, их атомы могут образовывать ковалентные химические связи с атомами других неметаллов и амфотерных элементов. В отличие от преимущественно ионной природы строения соединений типичных металлов, простые неметаллические вещества, а также соединения неметаллов имеют ковалентную природу строения.

В свободном виде могут быть газообразные неметаллические простые вещества — фтор, хлор, кислород, азот, водород, инертные газы, твёрдые — иод, астат, сера, селен, теллур, фосфор, мышьяк, углерод, кремний, бор, при комнатной температуре в жидком состоянии существует бром.

У некоторых неметаллов наблюдается проявление аллотропии. Так, для газообразного кислорода характерны две аллотропных модификации — кислород (O₂) и озон (O₃), у твёрдого углерода множество форм — алмаз, астралены, графен, графан, графит, карбин, лонсдейлит, фуллерены, стеклоуглерод, диуглерод, углеродные наноструктуры (нанопена, наноконусы, нанотрубки, нановолокна) и аморфный углерод уже открыты, а ещё возможны и другие модификации, например, чаоит и металлический углерод.

В молекулярной форме в виде простых веществ в природе встречаются азот, кислород и сера. Чаще неметаллы находятся в химически связанном виде: это вода, минералы, горные породы, различные силикаты, фосфаты, бораты. По распространённости в земной коре неметаллы существенно различаются. Наиболее распространёнными являются кислород, кремний, водород; наиболее редкими — мышьяк, селен, иод.

См. также

Wikimedia Foundation . 2010 .

Полезное

Смотреть что такое "Неметаллы" в других словарях:

НЕМЕТАЛЛЫ — НЕМЕТАЛЛЫ, химические элементы, которые не обладают свойствами, характерными для металлов. Неметаллы как правило плохие проводники тепла и электричества (они обычно являются изоляторами тепла и электричества). К неметаллам относятся углерод,… … Научно-технический энциклопедический словарь

НЕМЕТАЛЛЫ — химические элементы, которые образуют простые тела, не обладающие свойствами, характерными для металлов. К неметаллам обычно относят 22 элемента: газы водород, азот, кислород, фтор, хлор и благородные газы; жидкость бром; твердые тела бор,… … Большой Энциклопедический словарь

НЕМЕТАЛЛЫ — хим. элементы, которые образуют в свободном состоянии простые вещества, не обладающие физ. и хим. свойствами (см.); устаревшее название металлоиды. К Н. принято относить 22 элемента Периодической системы элементов Д. И. Менделеева (см.): водород … Большая политехническая энциклопедия

неметаллы — химические элементы, которые образуют простые тела, не обладающие свойствами, характерными для металлов. К неметаллам обычно относят 22 элемента: газы водород, азот, кислород, фтор, хлор и благородные газы; жидкость бром; твёрдые тела бор,… … Энциклопедический словарь

Неметаллы — [nonmetals, metalloids] химические элементы, которые образуют простые тела, не обладающие характерными для металлов свойствами. К неметаллам относятся 22 элемента. Из них при комнатной температуре находятся в газообразном состоянии Н, N, О, F, Cl … Энциклопедический словарь по металлургии

Неметаллы — химические элементы, которые образуют простые тела, не обладающие свойствами, характерными для металлов (См. Металлы). Название Металлоиды, которое иногда применяют для Н., выходит из употребления. К Н. относятся 22 элемента. Из них при… … Большая советская энциклопедия

НЕМЕТАЛЛЫ — простые в ва, не обладающие св вами металлов. Хотя резкой границы между металлами и Н. провести нельзя, к Н. принято относить благородные газы, водород, галогены, кислород, халькогены, азот, фосфор, мышьяк, углерод, кремний и бор … Большой энциклопедический политехнический словарь

НЕМЕТАЛЛЫ — хим. элементы, к рые образуют простые тела, не обладающие свойствами, характерными для металлов. К Н. обычно относят 22 элемента: газы водород, азот, кислород, фтор, хлор и благородные газы; жидкость бром; тв. тела бор, углерод, кремний, фосфор,… … Естествознание. Энциклопедический словарь

НЕМЕТАЛЛЫ — простые вещества, не обладающие свойствами металлов: они не имеют металлического блеска, нековки, плохо проводят теплоту и электричество. Резкой границы между неметаллами и металлами нет. К неметаллам относятся 22 элемента. Из них при нормальной… … Металлургический словарь

Неорганическая химия — Неорганическая химия раздел химии, связанный с изучением строения, реакционной способности и свойств всех химических элементов и их неорганических соединений. Это область охватывает все химические соединения, за исключением органических… … Википедия

БЕРИЛЛИЙ — металл настоящего и будущего

Бериллий — металл удивительный. Скромный (долго прятался в «тени» алюминия и его соединений); уже обнаруженный, был объявлен непригодным к использованию. Хотя гениальный Ферсман назвал «скромника» металлом будущего.

История

Алюминий и бериллий — близнецы по свойствам. Даже сейчас с современными приборами и методами сложно отличить этих «братьев». Удивительно, что Луи Воклену в конце XVIII удалось открыть новый окисел. Через 30 лет получили некоторое количество нового металла, сильно загрязненного примесями.

А 70 лет спустя методом электролиза получили чистый продукт. На этом история с поиском и выделением чистого бериллия прекратилась. Ведь о нем сказали, что «практического применения не имеет».

Свойства

Бериллий (Beryllium, в формулах Be) — щелочноземельный металл, в таблице Менделеева имеет атомный № 4.

Относится к металлам серебристо-белого цвета.
Твердый, но хрупкий (тверже, чем другие легкие металлы).
Высокий модуль упругости.
Кристаллическая структура решетки гексагональная.

Имеет один стабильный изотоп 9Be.

Свойства атома
Название, символ, номер	Бери́ллий / Beryllium (Be), 4
Атомная масса (молярная масса)	9,012182(3)[1] а. е. м. (г/моль)
Электронная конфигурация	[ He ] 2s²
Радиус атома	112 пм
Химические свойства
Ковалентный радиус	90 пм
Радиус иона	35 (+2e) пм
Электроотрицательность	1,57 (шкала Полинга)
Электродный потенциал	−1,69 В
Степени окисления	+2 ; 0
Энергия ионизации (первый электрон)	898,8 (9,32) кДж/моль (эВ)
Термодинамические свойства простого вещества
Плотность (при н. у.)	1,848 г/см³
Температура плавления	1551 K (1278 °C, 2332 °F)
Температура кипения	3243 K (2970 °C, 5378 °F)
Уд. теплота плавления	12,21 кДж/моль
Уд. теплота испарения	309 кДж/моль
Молярная теплоёмкость	16,44[2] Дж/(K·моль)
Молярный объём	5,0 см³/моль
Кристаллическая решётка простого вещества
Структура решётки	гексагональная
Параметры решётки	a=2,286 Å; c=3,584 Å
Отношение c/a	1,567
Температура Дебая	1000 K
Прочие характеристики
Теплопроводность	(300 K) 201 Вт/(м·К)
Номер CAS	7440-41-7

На воздухе покрывается оксидной пленкой.
Реагирует с разбавленными кислотами; концентрированная HNO3 пассивирует бериллий.
Не реагирует с водородом даже при нагреве, но легко образует соединения с углеродом, галогенами и серой.
Проявляет свойства как металлов, так и неметаллов — типичный аморфный металл.

Минералы, добыча

Месторождениями бериллиевых минералов обладают:

Аргентина;
Бразилия;
Казахстан;
Индия.

В России добычу этих минералов можно производить в Свердловской области и Бурятии.

В природе около 30 бериллийсодержащих минералов:

берилл;
хризоберилл;
фенакит;
гельвин;
бертрандит.

Россия утратила сырьевую и производственную независимость в производстве бериллиевых концентратов.

Производство

Способы получения чистого бериллия предполагают использование сложных и грязных процессов.

На мировом рынке три страны с полным циклом производства:

Познавательно: Китай не экспортирует произведенный продукт, а производит закупки продуктов производства.

Применение

Чистый бериллий имеет стратегическое значение.

Применение этого легкого металла оправдано в аэрокосмической, электронной промышленности, в медицине и ВПК.

Бериллий применяют для:

Производства гамма-детекторов, рентгеновских трубок.
Замедления нейтронов в атомных реакторах.
Производства гироскопов для ракет, искусственных спутников Земли.
В составе сплавов значительно улучшает их твердость и пластичность.

Важно: несмотря на уникальные свойства, бериллий применяется не часто. Проблема в контроле МАГАТЭ над сплавами, без которых невозможно создание ядерного оружия.

Плюсы и минусы

Достоинства	Недостатки
Относится к самым легким и прочным элементам	Хрупкость металла
Самое низкое (среди металлов) сечение захвата нейтронов, высокое значение их отражения	Вредность, токсичность бериллия и его пыли

Бериллиевая бронза не искрит; редкое качество, используют для работы в шахтах.

Цена металлического бериллия зависит от продавца: от 7 070 до 10 800 рублей за килограмм.

Стоимость соединений (рублей за килограмм):

BeWO4 — 1420 000;
BeZrO3 — 13 000;
BeAl2O4 — 13 000 000.

Мне 42 года и я специалист в области минералогии. Здесь на сайте я делюсь информацией про камни и их свойства — задавайте вопросы и пишите комментарии!

Бериллий

Бериллий (Be, лат. beryllium ) — химический элемент второй группы, второго периода периодической системы с атомным номером 4. Как простое вещество представляет собой относительно твёрдый металл светло-серого цвета, имеет очень высокую стоимость. Высокотоксичен.

Содержание

1 История

1.1 Происхождение названия

2.1 Месторождения

8.1 Легирование сплавов
8.2 Рентгенотехника
8.3 Ядерная энергетика
8.4 Лазерные материалы
8.5 Аэрокосмическая техника
8.6 Ракетное топливо
8.7 Огнеупорные материалы
8.8 Акустика

Открыт в 1798 году французским химиком Луи Никола Вокленом, который назвал его глюцинием. Современное название элемент получил по предложению химиков немца Клапрота и шведа Экеберга.

Большую работу по установлению состава соединений бериллия и его минералов провёл русский химик Иван Авдеев. Именно он доказал, что оксид бериллия имеет состав BeO, а не Be₂O₃, как считалось ранее.

В свободном виде бериллий был выделен в 1828 году французским химиком Антуаном Бюсси и независимо от него немецким химиком Фридрихом Вёлером. Чистый металлический бериллий был получен в 1898 году французским физиком Полем Лебо с помощью электролиза расплавленных солей.

Происхождение названия

Название бериллия произошло от названия минерала берилла (др.-греч. βήρυλλος ) (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 «глиций» (др.-греч. γλυκύς — сладкий).

Нахождение в природе

Среднее содержание бериллия в земной коре 3,8 г/т и увеличивается от ультраосновных (0,2 г/т) к кислым (5 г/т) и щелочным (70 г/т) породам. Основная масса бериллия в магматических породах связана с плагиоклазами, где бериллий замещает кремний. Однако наибольшие его концентрации характерны для некоторых тёмноцветных минералов и мусковита (десятки, реже сотни г/т). Если в щелочных породах бериллий почти полностью рассеивается, то при формировании кислых горных пород он может накапливаться в постмагматических продуктах постколлизионных и анорогенных гранитоидов — пегматитах и пневматолито-гидротермальных телах. В кислых пегматитах образование значительных скоплений бериллия связано с процессами альбитизации и мусковитизации. В пегматитах бериллий образует собственные минералы, но часть его (ок. 10 %) находится в изоморфной форме в породообразующих и второстепенных минералах (микроклине, альбите, кварце, слюдах, и др.). В щелочных пегматитах бериллий устанавливается в небольших количествах в составе редких минералов: эвдидимита, чкаловита, анальцима и лейкофана, где он входит в анионную группу. Постмагматические растворы выносят бериллий из магмы в виде фторсодержащих эманаций и комплексных соединений в ассоциации с вольфрамом, оловом, молибденом и литием.

Содержание бериллия в морской воде чрезвычайно низкое — 6⋅10 −7 мг/л.

Известно более 30 собственно бериллиевых минералов, но только 6 из них считаются более-менее распространёнными: берилл, хризоберилл, бертрандит, фенакит, гельвин, даналит. Промышленное значение имеет в основном берилл, в России (Республика Бурятия) разрабатывается фенакит-бертрандитовое Ермаковское месторождение.

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

Месторождения

Месторождения минералов бериллия присутствуют на территории Бразилии, Аргентины, Африки, Индии, Казахстана, России (Ермаковское месторождение в Бурятии, Малышевское месторождение в Свердловской области, пегматиты восточной и юго-восточной части Мурманской области) и др.

Физические свойства

Бериллий — относительно твёрдый (5,5 баллов по Моосу), но хрупкий металл серебристо-белого цвета. Достаточно твердый металл (5,5 по Моосу), превосходящий по твердости другие легкие металлы (алюминий, магний). Имеет высокий модуль упругости — 300 ГПа (у сталей — 200—210 ГПа). На воздухе активно покрывается стойкой оксидной плёнкой BeO. Скорость звука в бериллии очень высока — 12 600 м/с , что в 2—3 раза больше, чем в других металлах.

Химические свойства

Для бериллия характерны две степени окисления +1 и +2. Гидроксид бериллия (II) амфотерен, причём как основные (с образованием Be 2+ ), так и кислотные (с образованием [Be(OH)₄] 2− ) свойства выражены слабо. Степень окисления +1 у бериллия была получена при исследовании процессов испарения бериллия в вакууме в тиглях из оксида бериллия BeO с образованием летучего оксида Be₂O в результате сопропорционирования BeO + Be = Be₂O.

По многим химическим свойствам бериллий больше похож на алюминий, чем на находящийся непосредственно под ним в таблице Менделеева магний (проявление «диагонального сходства»).

Металлический бериллий относительно мало реакционноспособен при комнатной температуре. В компактном виде он не реагирует с водой и водяным паром даже при температуре красного каления и не окисляется воздухом до 600 °C. Порошок бериллия при поджигании горит ярким пламенем, при этом образуются оксид и нитрид. Галогены реагируют с бериллием при температуре выше 600 °C, а халькогены требуют ещё более высокой температуры. Аммиак взаимодействует с бериллием при температуре выше 1200 °C с образованием нитрида Be₃N₂, а углерод даёт карбид Ве₂С при 1700 °C. С водородом бериллий непосредственно не реагирует.

Бериллий легко растворяется в разбавленных водных растворах кислот (соляной, серной, азотной), однако холодная концентрированная азотная кислота пассивирует металл. Реакция бериллия с водными растворами щелочей сопровождается выделением водорода и образованием гидроксобериллатов:

При проведении реакции с расплавом щелочи при 400—500 °C образуются бериллаты:

Изотопы бериллия

Природный бериллий состоит из единственного изотопа 9 Be. Все остальные изотопы бериллия (их известно 11, исключая стабильный 9 Be) нестабильны. Наиболее долгоживущих из них два: 10 Be с периодом полураспада около 1,4 млн лет и 7 Be с периодом полураспада 53 дня .

Происхождение бериллия

В процессах как первичного, так и звёздного нуклеосинтеза рождаются лишь лёгкие нестабильные изотопы бериллия. Стабильный изотоп 9 Be может появиться как в звёздах, так и в межзвёздной среде в результате распада более тяжелых ядер, бомбардируемых космическими лучами.

Получение

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

BeCl₂ + 2K ⟶ Be + 2KCl

В настоящее время бериллий получают, восстанавливая фторид бериллия магнием:

BeF₂ + Mg ⟶ Be + MgF₂ , либо электролизом расплава смеси хлоридов бериллия и натрия. Исходные соли бериллия выделяют при переработке бериллиевой руды.

Производство и применение

По состоянию на 2000 год основными производителями бериллия являлись: США (с большим отрывом), а также Китай, Казахстан. В 2014 году произвела первый образец бериллия и Россия. В России планируется строительство нового комбината по производству бериллия к 2019 году На долю остальных стран приходилось менее 1 % мировой добычи. Всего в мире производится 300 тонн бериллия в год (2016 год).

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 остаются упругими до температуры красного каления. Эти пружины способны выдерживать миллиарды циклов значительной по величине нагрузки. Кроме того, бериллиевая бронза не искрится при ударе о камень или металл. Один из сплавов носит собственное название рандоль. Благодаря его сходству с золотом рандоль называют «цыганским золотом».

Рентгенотехника

Бериллий слабо поглощает рентгеновское излучение, поэтому из него изготавливают окошки рентгеновских трубок (через которые излучение выходит наружу) и окошки рентгеновских и широкодиапазонных гамма-детекторов, через которые излучение проникает в детектор.

Ядерная энергетика

Оксид бериллия 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 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 раза 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 самолётов, а также в атомной технике.

Ракетное топливо

Стоит отметить высокую токсичность и высокую стоимость металлического бериллия, и в связи с этим 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 является наиболее теплопроводным из всех оксидов, его теплопроводность при комнатной температуре выше, чем у большинства металлов и почти всех неметаллов (кроме алмаза и карбида кремния). Он служит высокотеплопроводным высокотемпературным изолятором и огнеупорным материалом для лабораторных тиглей и в других специальных случаях.

Акустика

Ввиду своей легкости и высокой твёрдости бериллий успешно применяется в качестве материала для электродинамических громкоговорителей. Однако, его высокая стоимость, трудность обработки (из-за хрупкости) и токсичность (при несоблюдении технологии обработки) делают возможным применение динамиков с бериллием только в дорогих профессиональных аудиосистемах. Из-за высокой эффективности бериллия в акустике некоторые производители в целях улучшения продаж заявляют о применении бериллия в своих продуктах, в то время как это не так.

Большой Адронный Коллайдер

В точках столкновения пучков на Большом Адронном Коллайдере (БАК) вакуумная труба сделана из бериллия. Он одновременно практически не взаимодействует с частицами, произведенными в столкновениях (которые регистрируют детекторы), но при этом достаточно прочен.

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. Ежедневное поступление бериллия в организм человека с пищей составляет около 0,01 мг.

Летучие (и растворимые) соединения бериллия, в том числе и пыль, содержащая соединения бериллия, высокотоксичны. Для воздуха ПДК 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.

Eu, Sm, Li, Cs, Rb, K, Ra, Ba, Sr, Ca, Na, Ac, La, Ce, Pr, Nd, Pm, Gd, Tb, Mg, Y, Dy, Am, Ho, Er, Tm, Lu, Sc, Pu,
Th, Np, U, Hf, Be, Al, Ti, Zr, Yb, Mn, V, Nb, Pa, Cr, Zn, Ga, Fe, Cd, In, Tl, Co, Ni, Te, Mo, Sn, Pb, H₂,
W, Sb, Bi, Ge, Re, Cu, Tc, Te, Rh, Po, Hg, Ag, Pd, Os, Ir, Pt, Au

Алюминат бериллия (BeAl₂O₄) Ацетат бериллия (Be(CH₃COO)₂) Борид бериллия (BeB₂) Бромид бериллия (BeBr₂) Гидрид бериллия (BeH₂) Гидрокарбонат бериллия (Be(HCO₃)₂) Гидроксид бериллия (Be(OH)₂) Гидроортофосфат бериллия (BeHPO₄) Дигидроортофосфат бериллия (Be(H₂PO₄)₂) Диметилбериллий (Be(CH₃)₂) Йодид бериллия (BeI₂) Карбид бериллия (Be₂C) Карбонат бериллия (BeCO₃) Нитрат бериллия (Be(NO₃)₂) Нитрид бериллия (Be₃N₂) Оксалат бериллия (BeC₂O₄) Оксид бериллия (BeO) Оксид-гексаацетат бериллия (Be₄O(CH₃COO)₆) Оксид-гексаформиат бериллия (Be₄O(HCOO)₆) Ортосиликат бериллия (Be₂SiO₄) Пероксид бериллия (BeO₂) Перхлорат бериллия (Be(ClO₄)₂) Селенат бериллия (BeSeO₄) Селенид бериллия (BeSe) Силицид бериллия (Be₂Si) Сульфат бериллия (BeSO₄) Сульфид бериллия (BeS) Сульфит бериллия (BeSO₃) Теллурид бериллия (BeTe) Тетрафторобериллат аммония (NH₄)₂[BeF₄]) Тетрафторобериллат калия K₂[BeF₄]) Тетрафторобериллат лития Li₂[BeF₄]) Тетрафторобериллат натрия Na₂[BeF₄]) Фосфат бериллия (Be₃(PO₄)₂) Фторид бериллия (BeF₂) Хлорид бериллия (BeCl₂) Цитрат бериллия (BeC₆H₆O₇)

относительно твёрдый, хрупкий металл светло-серого цвета

Бериллий / Beryllium (Be), 4

1.57 (шкала Полинга)

Бери́ллий — элемент главной подгруппы второй группы, второго периода периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева, с атомным номером 4. Обозначается символом Be (лат. Beryllium ). Высокотоксичный элемент. Простое вещество бериллий (CAS-номер: 7440-41-7) — относительно твёрдый металл светло-серого цвета, имеет весьма высокую стоимость [2] .

Открыт в 1798 г. 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.

Название бериллия произошло от названия минерала берилла (др.-греч. βήρυλλος 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» (др.-греч. γλυκύς glykys — сладкий).

Изотоп 8 Be отсутствует в природе, поскольку является крайне нестабильным и имеет период полураспада 10 −18 с. [3] Стабильным является 9 Be. Кроме 9 Be в природе встречаются радиоактивные изотопы 7 Be и 10 Be.

Среднее содержание бериллия в земной коре 3,8 г/т и увеличивается от ультраосновных (0,2 г/т) к кислым (5 г/т) и щелочным (70 г/т) породам. Основная масса бериллия в магматических породах связана с плагиоклазами, где бериллий замещает кремний. Однако наибольшие его концентрации характерны для некоторых тёмноцветных минералов и мусковита (десятки, реже сотни г/т). Если в щелочных породах бериллий почти полностью рассеивается, то при формировании кислых горных пород он может накапливаться в постмагматических продуктах — пегматитах и пневматолито-гидротермальных телах. В кислых пегматитах образование значительных скоплений бериллия связано с процессами альбитизации и мусковитизации. В пегматитах бериллий образует собственные минералы, но часть его (ок. 10 %) находится в изоморфной форме в породообразующих и второстепенных минералах (микроклине, альбите, кварце, слюдах, и др.). В щелочных пегматитах бериллий устанавливается в небольших количествах в составе редких минералов: эвдидимита, чкаловита, анальцима и лейкофана, где он входит в анионную группу. Постмагматические растворы выносят бериллий из магмы в виде фторсодержащих эманаций и комплексных соединений в ассоциации с вольфрамом, оловом, молибденом и литием .

Содержание бериллия в морской воде чрезвычайно низкое — 6·10 −7 мг/л. [4]

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.

Месторождения минералов бериллия присутствуют на территории Бразилии, Аргентины, Африки, Индии, России (Бурятия, Сибирь) и др. [5]

Бериллий — относительно твердый, но хрупкий металл серебристо-белого цвета. Имеет высокий модуль упругости — 300 ГПа (у сталей — 200—210 ГПа). На воздухе активно покрывается стойкой оксидной плёнкой BeO.

Для бериллия характерна только одна степень окисления +2. Соответствующий гидроксид амфотерен, причем как основные (с образованием Be 2+ ), так и кислотные (с образованием [Be(OH)₄] 2- ] свойства выражены слабо.

По многим химическим свойствам бериллий больше похож на алюминий, чем на находящийся непосредственно под ним магний (проявление "диагонального сходства").

Металлический бериллий относительно мало реакционноспособен при комнатной температуре. В компактном виде он не реагирует с водой и водяным паром даже при температуре красного каления и не окисляется воздухом до 600 °C. Порошок бериллия при поджигании горит ярким пламенем, при этом образуются оксид и нитрид. Галогены реагируют с бериллием при температуре выше 600 °C, а халькогены требуют еще более высокой температуры. Аммиак взаимодействует с бериллием при температуре выше 1200 °C с образованием нитрида Be₃N₂, а углерод дает карбид Ве₂С при 1700 °C. С водородом бериллий непосредственно не реагирует.

При проведении реакции с расплавом щелочи при 400—500 °C образуются диоксобериллаты:

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.

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

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 раза 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 также в атомной технике.

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.

Оксид бериллия применяется в качестве очень важного огнеупорного материала в специальных случаях. Считается одним из лучших огнеупорных материалов.

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

Бериллий – полезные свойства, уникальность и опасность металла

Это вещество соперничает с алюминием, сталями, благородными металлами.

Бериллий приходит на Землю из Космоса. Им покрыты зеркала телескопов, он есть в Большом адронном коллайдере.

Что представляет собой

Бериллий – элемент №4 таблицы Менделеева. Сероватый металл легок, с приглушенным блеском.

Имеет в составе один стабильный изотоп Ве-9.

Его материалом служит вещество межзвездных скоплений. Доставляется на Землю лучами из глубин Космоса.

Международное обозначение и формула простого вещества – Be .

Проблемы классификации

Бериллий относится к щелочноземельным металлам. Однако с классификацией определились не сразу.

По химическим свойствам его легко отличить от остальных металлов этой группы. Он не реагирует с водой, его гидроксид – не щелочь.

Однако сегодня, согласно номенклатуре Международного союза теоретической и прикладной химии (ИЮПАК), все элементы второй группы таблицы Менделеева, а значит и бериллий, считаются щелочноземельными металлами.

Как был открыт

К открытию элемента причастны европейские химики, физик и русский ученый:

Первооткрывателем стал французский химик Луи Николя Воклен. В 1798 он выделил из берилла оксид.
Через тридцать лет его коллеги немец Франц Велер и француз Антуан Бюсси получили, каждый в своей лаборатории, свободный бериллий.
Металлическая форма вещества – заслуга француза Поля Лебо. Физик применил электролиз к расплаву солей вещества.
В России бериллий исследовал Иван Авдеев. Химик проанализировал состав бериллиевых минералов и соединений с Урала, доказав истинную валентность оксида металла.

Интересна история названия элемента. За сладкий вкус растворяемых водой соединений его окрестили глицинием. Бериллием его предложили именовать химики Мартин Клапрот (Германия) и Андерс Экеберг (Швеция).

Термин «берилл» восходит к названию индийского города Белур в окрестностях Мадраса. Здесь веками добывали ювелирную разновидность берилла – изумруд.

Формы нахождения в природе

В природе металл представлен россыпями и коренными залежами минералов.

Таких минералов три десятка, из них половина – силикаты, еще четверть – фосфаты. Самые известные – берилл, фенакит, хризоберилл.

Берилл Фенакит Хризоберилл

Тонна земной коры содержит 3,8 г бериллия (щелочные породы – до 70 г). Литр морской воды – 0,000006 мг.

Попадаются кристаллы с габаритами в несколько метров и тонн. Их добывают из пегматитов.

На особом счету драгоценные разновидности берилла – аквамарин, изумруд, гелиодор. Голубой, зеленый, желтый цвет создают примеси других элементов в составе.

Месторождения

Месторождения бериллиевых руд распределены по планете. Наибольшие запасы – в обеих Америках (США, Бразилия, Аргентина), Африке, Казахстане, России.

Источники сырья в России – Бурятия, Свердловская, Мурманская области.

Физико-химические характеристики

Бериллий – необычный металл. С изменением температуры кристаллическая структура его решетки меняется с гексагональной на кубическую.

Бериллий, чистота более 99%, поликристаллический фрагмент

Ученые выявили уникальные физические и химические свойства элемента:

Высшая среди металлов теплоемкость, звукопроницаемость.
Высокая теплопроводность.
Малое электрическое сопротивление.
Порог упругости выше, чем у сталей.

Твердость средняя (5,5 по Моосу), но это больше, чем у других «легких» металлов.

Свойства атома
Название, символ, номер	Бери́ллий / Beryllium (Be), 4
Атомная масса (молярная масса)	9,012182(3) а. е. м. (г/моль)
Электронная конфигурация	[ He ] 2s²
Радиус атома	112 пм
Химические свойства
Ковалентный радиус	90 пм
Радиус иона	35 (+2e) пм
Электроотрицательность	1,57 (шкала Полинга)
Электродный потенциал	−1,69 В
Степени окисления	+2 ; 0
Энергия ионизации (первый электрон)	898,8 (9,32) кДж/моль (эВ)
Термодинамические свойства простого вещества
Плотность (при н. у.)	1,848 г/см³
Температура плавления	1551 K (1278 °C, 2332 °F)
Температура кипения	3243 K (2970 °C, 5378 °F)
Уд. теплота плавления	12,21 кДж/моль
Уд. теплота испарения	309 кДж/моль
Молярная теплоёмкость	16,44 Дж/(K·моль)
Молярный объём	5,0 см³/моль
Кристаллическая решётка простого вещества
Структура решётки	гексагональная
Параметры решётки	a=2,286 Å; c=3,584 Å
Отношение c/a	1,567
Температура Дебая	1000 K
Прочие характеристики
Теплопроводность	(300 K) 201 Вт/(м·К)
Номер CAS	7440-41-7

На воздухе металл покрывается оксидным щитом-пленкой. Поэтому химическая активность запускается только при высоких температурах.

Технология получения

Бериллиевую руду доставляют на обогатительную фабрику.

Здесь получают соли вещества:

Из них извлекают металлический продукт, восстанавливая фторид магнием.
Сырье для второго способа получения – хлориды натрия и бериллия. Смесь расплавляют, затем применяют электролиз.
Продукт высокой чистоты создают в вакууме переплавкой и дистилляцией.

Переработка руды налажена в США, КНР, Казахстане, России.

Глобальный объем производства бериллия – 260-310 тонн ежегодно.

Обработка бериллия проблематична, опасна для здоровья, поэтому главные способы производства – точное литье и порошковая металлургия. Размолотый металл спрессовывают, создавая форму по заданным параметрам либо универсальную заготовку (труба, пруток).

Обработку затрудняет хрупкость. Этот недостаток устранили в 1970-х годах, выяснив, что пластичен чистый бериллий.

Где используется

Две трети бериллия либо соединений забирает промышленность. Каждый сегмент использует нужные для себя достоинства вещества. Самые красивые находки достаются ювелирам и коллекционерам.

Металлургия

Первые в цепочке потребителей руды – металлурги. Добавка микродоз бериллия к сталям и сплавам повышает их утилитарные характеристики: прочность, твердость, невосприимчивость к ржавчине.

Шар из металлического бериллия

Особо популярна бериллиевая бронза (рандоль). Идет на диски, пружины, другие комплектующие, работающие в экстремальных условиях.

Всего 0,5% бериллия в составе сплава на порядки увеличивает количество рабочих циклов изделия, предотвращает искрение. Внешне сплав неотличим от благородного металла, за что назван «цыганским золотом».

Другие отрасли

Продукцию металлургов закупают производители оборудования для разных сфер:

В ядерной отрасли это отражатель, замедлитель, источник нейтронов (начинка реакторов АЭС). Оксид бериллия плюс уран – ядерное топливо с высоким КПД. Фторид – компонент стекла специального назначения.
Аэрокосмическая техника. Металл в полтора раза легче алюминия, но прочнее стали. Также жаростоек, упруг, с хорошей теплопроводностью. Поэтому нашел применение как материал корпуса и конструкций ракет, самолетов, космических аппаратов. Недорогой, с пониженной токсичностью гидрид бериллия – основа ракетного топлива.
Металл неуязвим для рентгеновских лучей, поэтому становится «оконцами» рентгеновских аппаратов, детекторов.
Это также детали лазеров.
Металл – третий по теплопроводности среди химических элементов. Используется как огнеупор, изолятор, материал тиглей и специальных сортов керамики.
Динамики с бериллием – компонент аудиосистем класса люкс.

ФАКТ! Из бериллия сделан «трубопровод» Большого адронного коллайдера. Им покрыты зеркала телескопов Хаббла, Спитцера, Уэбба, работающих в открытом космосе.

На российском рынке представлены разные продукты из металла.

Цена определяется видом продукции (руб./ кг):

Чистое вещество – 10,7 тыс.
Метацирконат – 12,3 тыс.
Алюминат – 339.

Такой же расклад на мировом рынке.

Опасность

Роль вещества для биологических систем невелика. Однако металл скапливается в почках, способен вытеснить из скелета магний.

Каждый день в организм человека с пищей поступает 0,01 мг бериллия.

Металлический бериллий нетоксичен. Опасность исходит от пыли, порошка, растворимых, летучих соединений. Они провоцируют аллергию и онкологию.

Особо ощущают вредность металла работники, занятые на добыче и обогатительных предприятиях. Их профессиональное заболевание – бериллиоз. То есть поражение дыхательной системы (особенно легких).

По стандартам РФ, кубометр воздуха не должен содержать более 0,001 мг бериллия.

Читайте также: