Опубликовано Оставить комментарий

Бериллий как химический элемент таблицы Менделева

Б Бериллий является химическим элементом таблицы Менделеева под номером 4 и обозначается Be. Бериллий представляет собой серый прочный легкий и хрупкий щелочноземельный металл.

Как был открыт Бериллий

Открытие Бериллия является очень размытым, так как минерал Берилл был известен уже с давних времен. Еще в Древнем Египте в III веке до нашей эры были упоминания об этом минерале. Ранние анализы изумрудов и бериллов учеными того времени всегда давали одинаково ошибочный результат. Они выявляли, что вещества полученные в ходе реакций являются силикатами алюминия. Французский минеролог Рене Джаст Хайи обнаружил, что оба кристалла геометрически идентичны. Затем он попросил французского химика Луи Никола Воклена провести химический анализ получившихся веществ. В газете 1798 года появилась статья, где Луи Никола Воклен сообщил что обнаружил новый химический элемент. Новый элемент он получил растворив гидроксид алюминия полученый из изумруда и берилла в дополнительной щелочи. Редакторы журнала «Annales de Chimie et de Physique» назвали новый элемент «Глюцином» из-за сладкого вкуса некоторых соединений.

Луи Воклен – человек который обнаружил бериллий

Название Бериллий впервые было использовано немецким химиком Фридрихом Велером в 1828 году. Отдельно друг от друга Фридрих Велер и Антуан Бюсси в этом же году выделили чистый Берилий. Это им удалось с помощью химической реакции:

BeCl2 + 2K → 2KCl + Be

 

Используя спиртовую лампу, Велер нагревал чередующиеся слои хлорида бериллия и калия в закрытом платиновом тигле. Вышеуказанная реакция сразу же произошла, и тигель стал белым от температуры. После охлаждения и промывания полученного серо-черного порошка он увидел, что он сделан из мелких частиц с темным металлическим блеском. Высокореактивный калий был получен электролизом его соединений, открытый в 1807 году. Химический метод с использованием калия позволил получить только мелкие зерна бериллия, из которых не могли быть отлиты или забиты слитки металла.

Только в 1898 году французский химик Поль Лебо получил чистые образцы бериллия. Это ему удалось благодаря прямому электролизу расплавленной смеси фторида бериллия и фторида натрия. Он получил бериллий чистотой от 99,5 до 99,8%.

Где и как добывают Бериллий 

Бериллий и долларовая монета

Производство чистого бериллия является довольно сложным и трудозатратным процессом. Берилий чаще всего получают из его соединений, а если быть конкретнее из минерала Берилл. Этот минерал довольно распространен в гранитных пегматитах и слюдяных сланцах. Его добычей зчанимаются множество крупных стран, таких как США, Россия, Австрия, Германия, Швеция, Бразилия, Колумбия и другие. В общем в его добыче проблемы нет, а вот получение чистого бериллия является проблеемой. В промышленных масштабах бериллий из берилла извлекают только США, Китай, Казахстан и начинает восстанавливать обороты после 20-тилетнего перерыва Россия.

Чистый бериллий, обычно, получают двумя методами: спекания или расплавления до растворимой смеси. Процесс спекания заключается в смешивании берилла с фторсиликатом натрия и содой при 770°C с образованием фторбериллата натрия, оксида алюминия и диоксида кремния. Гидроксид бериллия осаждают из раствора фторбериллата натрия и гидроксида натрия в воде. Извлечение бериллия методом расплавления включает измельчение его до порошка и нагревании его до 1650°C. Полученый расплав быстро охлаждают водой, а затем снова нагревают до 300°C в концентрированой серной кислоте. В результате реакций образуется сульфат бериллия и сульфат алюминия. Водный аммиак затем удаляет алюминий и серу, и оставляет гидроксид бериллия.

После этого гидроксид бериллия превращают в фторид или хлорид бериллия. Затем фторид бериллия нагревают с магнием до 900° и образуется мелкодисперсный бериллий. Дальнейшее его нагревание до 1300°C образует компактный металл. Нагрев гидроксида бериллия образует оксид, который превращается в хлорид берилия с углеродом и хлором. Электролиз расплавленного хлорида бериллия затем используется для получения металла.

Распространенность Бериллия

Бериллий в составе изумруда

Распространенность бериллия вопрос довльно интересный. Стоит начать с того, что в космическом пространстве его не очень много. Радиоактивные изотопы, как стабильные так и нестабильные, образуются в звездах но продолжительность жизни их невелика. Считается, что большая часть стабильного бериллия была создана в межзвездной среде, когда космические лучи вызывали деление более тяжелых элементов, обнаруженных в межзвездной пыли. Изначальный берилий 9Be содержит только один стабильный изотоп, поэтому бериллийявляется моноизотопным и мононуклидным элементом.

Радиоактивный космогенный 10Be вырабатывается в атмосфере Земли. Этот элемент образуется в результате расщепления космических лучей кислородом. 10Be накапливается на поверхности почвы и находится тут очень продолжительное время. Период полураспада этого элемента составляет 1.36 млн лет и выявлено, что он расщепляется до бора 10.

Если брать процентное соотношение, то, например, в солнце доля бериллия составляет 0.1 часть на миллиард. Концентрация бериллия в земной коре составляет 2 части на миллион. На Земле бериллий содержится только в виде химических соединений. В частности он в больших количествах содержится в минералах. Все эти минералы являются довольно редкими. Присутствуют и минералы являющиеся драгоценными. Например этот химический элемент входит в состав аквамарина, красного берилла и изумруда.

Применение Бериллия

Разводной ключ из сплавас примесями Бериллия

 

Применение бериллия относительно других элементов является не самым распространенным. Практического использования этого химического элемента в быту не очень много. Большая часть приходиится на промышленность и военное дело, причем благодаря своим физическим и химическим свойствам является очень эффективным.

Стоит начать с военного дела.  Благодаря свой жесткости, легкого веса и стабильности размеров при широком диапазоне температур, бериллий используется во многих объектах оборонной промышленности. В пример можно поставить корпуса крылатых ракет, высокоскоростных самолетов, космических шатлах. и спутниках. Так же благодаря своей уникальной способности рассеивать тепло, этот металл используется в тормозных дисках для самолетов. Порошок бериллия изначально готовился использоваться как ракетное топливо, но применение так и не состоялось. Очень широкое применение этот элемент находит в точных оптических системах и не только. Бериллий является немагнитным металлом. Этот элемент используют военные для производства инструмента для разминирования.

Что касается бытового применения, то тут можно отметить высокочастотные акустические системы. Так же примеси бериллия можно найти в некоторых полупроводниках и электроизоляторах. Еще отметить необходимо инструмент с примесями бериллия в меди, который является коррозийностойким и прочным. В пример можно привести элементарные разводные ключи. Так же не стоит забывать про ядерную энергетику, в которой бериллий используется для отражения нейтронов.

Интересные факты

Берилий в двигателях McLaren

Интересных фактов связанных с бериллием довольно много. Стоит отметить для начала, что этот металл является достаточно опасным. Поскольку Be 2+ является высоко заряженным и небольшим ионом, он может легко проникать во многие ткани и клетки, где он специфически воздействует на ядра клеток, ингибируя многие ферменты, в том числе те, которые используются для синтеза ДНК. Человеческий организм содержит приблизительно 35 микрограммов берилия. Вся ситуация усугубляется тем, что наш организм не имеет средств контроля бериллия. Таким образом если уровень этого элемента повышается, то понизить его уже невозможно. Эта болезнь имеет название хронический бериллиоз. Треть пациентов с таким диагнозом погибают, остальные остаются инвалидами.

Раньше из бериллия производились люминистентные лампы. В 1960-х годах из бериллия перестали производить лампы из-за того, что работники этих заводов начали умирать от болезней легких связанных с бериллиозом. С тех пор в некоторых странах ввели ограничения в документах по охране труда связанных с бериллием.

Еще одним интересным моментом является то, что с 1998 по 2000 год, команда McLaren формулы 1 использовала двигатели Mercedec-Benz с поршнями из бериллиево-алюминиевого сплава. Использование бериллиевых компонентов в двигателях было запрещено после протеста Scuderia Ferrari. Если использовать бериллиевую медь в элементах двигателя, они значительно могут увеличить срок службы двигателя в целом.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *