Что такое Бериллий — описание, характеристики и область применения

Химический элемент бериллий (Be, beryllium) был обнаружен французом Луи Н. Вокленом в 1798 году, и первоначально именовался глюцинием. Свое современное наименование он получил позднее по инициативе ученых Экеберга и Клапрота. Соединения бериллия тщательно анализировал русский ученый И. Авдеев, который внес существенный вклад в изучение особенностей данного вещества.

Природа не щедра на данный элемент. Его среднее содержание в недрах планеты оценивается в пределах 3,8 г/т. При этом предельная концентрация зафиксирована в мусковите и темноцветных минералах. Из всего перечня трех десятков минералов, в составе которых присутствует металл, к распространенным можно отнести шесть (это берилл, даналит, хризоберилл, гельвин, бертрандит, фенакит). С промышленной точки зрения интересен только берилл, разновидностями которого являются драгоценные камни (изумруд, аквамарин, гелиодор). Интересно, что оттенок минерала определяется набором компонентов в примесях. 

Физические свойства 

В первую очередь необходимо ответить на вопрос, бериллий  это металл или не металл. Это металл, в свободном состоянии обладающий серо-серебристым оттенком. Он легко окисляется на воздухе, покрываясь матовой пленкой. Строение атома данного элемента образуют четыре электрона. Электронная конфигурация бериллия 1s22s2.

вид бериллия
Внешний вид бериллия

Плотность вещества определяется как 1,816 г/см3. Температура плавления составляет 1278 градусов по шкале Цельсия, а кипение начинается при 2470 градусах. Бериллий обладает предельной теплоемкостью, низким электрическим сопротивлением, хорошо проводит тепло.

Особые характеристики бериллия включают высокий параметр упругости (300 Гпа) и высокую скорость звука внутри материала (12600 м/с).

Химические свойства 

Бериллий имеет пару степеней окисления: 0 и +2. Гидроксид его амфотерен, но основные и кислотные особенности проявлены слабо. Отвечая на вопрос, растворим или нет гидроксид бериллия, необходимо отметить отсутствие реакции с водой. Растворение возможно только в разбавленных кислотах минерального происхождения.

Двухвалентный элемент обладает высокой химической активностью. Быстрое образование защитной пленки при взаимодействии с воздухом ограждает металл от дальнейшей реакции. Это состояние может нарушить нагрев до 800 градусов. По целому ряду показателей бериллий схож с алюминием. 

Реакция с водой в жидком или газообразном состоянии невозможна в пределах 600 градусов. В порошковом состоянии металл горит ярко, образуя на выходе нитрид и оксид. Перечисляя, с чем реагирует данный металл, необходимо отметить галогены (при нагреве свыше 600 градусов), аммиак (от 1200 градусов), а также водные растворы азотной, соляной и серной кислоты. При этом концентрат азотной кислоты в охлажденном состоянии пассивирует металл. В щелочных водных растворах элемент растворяется с образованием солей бериллия. Примечательно, что металл не реагирует с водородом. Получить гидрид бериллия удается при разложении органических соединений, в составе которых есть данный элемент.

Получение бериллия 

В качестве сырья для производства применяют берилл. Технология включает обязательную переработку минерала в гидроксид или сульфат бериллия. Оба технологических процесса состоят из нескольких этапов. Для выработки сульфата бериллия минеральное сырьё спекают с известью. Полученное на выходе соединение обрабатывают серной кислотой, затем для выщелачивания применяют воду, а для осаждения аммиак. Формула сульфата бериллия BeSO4, это твердое вещество с кристаллической структурой.

Для получения чистого металла на промежуточном технологическом этапе требуется получить фторид ил хлорид бериллия. Фторид подвергают восстановлению магнием при температуре не ниже 1000 градусов. Для дальнейшей обработки хлорида используют электролиз при участии хлорида натрия. Завершающая стадия производства чистого бериллия может быть выполнена при помощи:

  • дистилляции в вакууме; 
  • зонной плавки; 
  • электронного рафинирования. 

Конечный продукт подвергают измельчению, после чего прессуют в вакуумной среде с рабочей температурой около 1150 градусов. Для производства листового бериллия применяют прокатку, волочение или ковку. Профилированную продукцию (пруток, трубы) получают методом теплого или горячего выдавливания. 

Применение бериллия 

При использовании металла учитывают его физические и химические параметры. Малая собственная масса и низкий показатель захвата тепловых нейтронов позволяют эффективно применять бериллий в атомной энергетике. Именно из этого материала производят отражатели и замедлители нейтронов для реакторов.

Материал в соединении с окисью урана применяют при производстве твердого топлива для ракет, а высокая степень проницаемости рентгеновскими лучами позволяет изготавливать из него окна аппаратных трубок.

изделия из бериллия
Изделия точной механики из бериллия

Упругий и прочный металл востребован авиационной сфере и ракетостроении. Наиболее перспективны в этом плане различные сплавы.

При добавлении небольшого количества элемента в сталь значительно повышается ее прочность, твердость и устойчивость к коррозионным изменениям. Особенно эффективно применение бериллия для легирования медных сплавов. Внесение от 3 до 6% металла позволяет получить бериллиевые бронзы. Они необходимы для промышленного производства устойчивых и не искрящих пружин. Эти материалы востребованы и для изготовления частей внешней обшивки космических аппаратов.

Примечательно, что одна из марок такой бронзы именуется «рандоль», и внешне весьма схожа с золотом. 

 Из алюмината бериллия производят пластины и стержни, используемые в качестве излучателей для лазерных аппаратов. Оксид данного металла служит теплоизолятором и огнеупорной основой для лабораторного оборудования (например, тиглей). 

 Уникальное сочетание легкости и твердости делает эффективным применение бериллия для электрических динамиков в профессиональных звуковых системах. В электронике бериллий является примесью р-типа в полупроводниках составного характера. 

Особого внимание заслуживают крупногабаритные зеркала из бериллия, применяемые в метеорологии, военной отрасли, астрономии. Немагнитные свойства позволяют использовать металл для изготовления сложных инструментов, предназначенных для минами магнитного типа, магнетронами, бегущими устройствами волнового типа, являющимися компонентами СВЧ передатчиков. 

Биологическое действие бериллия 

 Элемент имеется в составе тканей многих живых организмов. В человеческом теле наличие 35 микрограммов бериллия считается предельно допустимой нормой. 

Вред организму способны нанести измельченные летучие соединения, проще говоря, пыль бериллия. Вещество, находящееся в твердом состоянии, не так опасно для здоровья человека. При этом для работы с материалом необходимо использовать средства индивидуальной защиты. Любые манипуляции с этим металлом требуют строгого соблюдения мер безопасности, поскольку способны повлечь за собой высвобождение пыли.

Современная технология тестирования позволяет без труда выявить наличие летучих соединений бериллия в воздухе.     

Добавить комментарий
Adblock
detector