Be — Бериллий

БЕРИЛЛИЙ (лат. Beryllium), Ве, химический элемент II группы периодической системы, атомный номер 4, атомная масса 9,01218; относится к щелочноземельным металлам.

Химический символ элемента Be читается «бериллий». В природе встречается только один стабильный нуклид ⁹Be. Электронная конфигурация атома бериллия 1s²2s². Атомный радиус 0,113 нм, радиус иона Ве²⁺ — 0,034 нм. В соединениях проявляет только степень окисления +2 (валентность II). Энергии последовательной ионизации атома Ве равны 9,3227 и 18,211 эВ. Значение электроотрицательности по Полингу 1,57. В свободном виде — серебристо-серый легкий металл.

Свойства: металлический бериллий характеризуется высокой хрупкостью. Температура плавления 1278°C, температура кипения около 2470°C, плотность 1,816 кг/м³. До температуры 1277°C устойчив a-Ве (гексагональная решетка типа магния (Mg), параметры а = 0,22855 нм, с = 0,35833 нм), при температурах, предшествующих плавлению металла (1277-1288°C) — b-Ве с кубической решеткой.

Химические свойства бериллия во многом похожи на свойства магния (Mg) и, особенно, алюминия (Al). Близость свойств бериллия и алюминия объясняется почти одинаковым отношением заряда катиона к его радиусу для ионов Be²⁺ и Al³⁺.

На воздухе бериллий, как и алюминий, покрыт оксидной пленкой, придающей бериллию матовый цвет. Наличие оксидной пленки предохраняет металл от дальнейшего разрушения и обусловливает его невысокую химическую активность при комнатной температуре.

При нагревании бериллий сгорает на воздухе с образованием оксида BeO, реагирует с серой и азотом. С галогенами бериллий реагирует при обычной температуре или при слабом нагревании, например:

Be + Cl₂ = ВеСl₂

Все эти реакции сопровождаются выделением большого количества теплоты, так как прочность кристаллических решеток возникающих соединений (BeO, BeS, Be₃N₂, ВеСl₂ и др.) довольно велика.

Благодаря образованию на поверхности прочной пленки оксида бериллий не реагирует с водой, хотя находится в ряду стандартных потенциалов значительно левее водорода. Как и алюминий, бериллий реагирует с кислотами и растворами щелочей:

Be + 2HCl = BeCl₂ + H₂,

Be + 2NaOH + 2H₂O = Na₂[Be(OH)₄] + H₂.

Гидроксид бериллия Be(OH)₂ — полимерное соединение, нерастворимое в воде. Оно проявляет амфотерные свойства:

Be(OH)₂ + 2КOH = К₂[Be(OH)₄],

Be(OH)₂ + 2HСl = BeСl₂ + 2H₂O.

В большинстве соединений бериллий проявляет координационное число 4. Например, в структуре твердого BeCl₂ имеются цепочки с мостиковыми атомами хлора.

За счет образования прочных тетраэдрических анионов многие соединения бериллия вступают в реакции с солями других металлов:

BeF₂ + 2KF = K₂[BeF₄]

С водородом (H) бериллий непосредственно не взаимодействует. Гидрид бериллия BeH₂ — полимерное вещество, его получают реакцией.

BeCl₂ + 2LiH = BeH₂ + 2LiCl,

проводимой в эфирном растворе.

Действием на гидроксид бериллия Be(OH)₂ растворами карбоновых кислот или при упаривании растворов их бериллиевых солей получают оксисоли бериллия, например, оксиацетат Be₄O(CH₃COO)₆. Эти соединения содержат тетраэдрическую группировку Be₄O, по шести ребрам этого тетраэдра располагаются ацетатные группы. Такие соединения играют большую роль в процессах очистки бериллия, так как они не растворяются в воде, но хорошо растворяются в органических растворителях и легко возгоняются в вакууме.

История открытия: бериллий был открыт в 1798 году Л. Вокленом в виде берилловой земли (оксида ВеО), когда этот французский химик выяснял общие особенности химического состава драгоценных камней берилла (от греческого beryllos — берилл) и изумруда. Металлический бериллий был получен в 1828 г. Ф. Велером в Германии и независимо от него А. Бюсси во Франции. Однако из-за примесей его не удавалось сплавить. Лишь в 1898 г. французский химик П. Лебо, подвергнув электролизу двойной фторид калия и бериллия, получил достаточно чистые металлические кристаллы бериллия. Интересно, что из-за сладкого вкуса растворимых в воде соединений бериллия элемент вначале называли «глюциний» (от греческого glykys — сладкий).

Нахождение в природе: бериллий относится к редким элементам, его содержание в земной коре 2,6·10^–4 % по массе. В морской воде содержится до 6·10^–7 мг/л бериллия.

Основные природные минералы, содержащие бериллий: берилл Be₃Al₂(SiO₃)₆, фенакит Be₂SiO₄, бертрандит Be₄Si₂O₈·H₂O и гельвин (Mn,Fe,Zn)₄[BeSiO₄]₃S. Окрашенные примесями катионов других металлов прозрачные разновидности берилла — драгоценные камни, например, зеленый изумруд, голубой аквамарин, гелиодер, воробьевит и другие. В настоящее время их научились синтезировать искусственно.

Получение соединений бериллия и металлического бериллия: извлечение бериллия из его природных минералов (в основном берилла) включает в себя несколько стадий, при этом особенно важно отделить бериллий от сходного по свойствам и сопутствующего бериллию в минералах алюминия (Al). Можно, например, сплавить берилл с гексафторосиликатом натрия Na₂SiF₆:

Be₃Al₂(SiO₃)₆ + 12Na₂SiF₆ = 6Na₂SiO₃ + 2Na₃AlF₆ + 3Na₂[BeF₄] + 12SiF₄.

В результате сплавления образуются криолит Na₃AlF₆ — плохо растворимое в воде соединение, а также растворимый в воде фторобериллат натрия (Na) Na₂[BeF₄]. Его далее выщелачивают водой. Для более глубокой очистки бериллия от алюминия (Al) применяют обработку полученного раствора карбонатом аммония (NH₄)₂CO₃. При этом алюминий оседает в виде гидроксида Al(OH)₃, а бериллий остается в растворе в виде растворимого комплекса (NH₄)₂[Be(CO₃)₂]. Этот комплекс затем разлагают до оксида бериллия ВеО при прокаливании:

(NH₄)₂[Be(CO₃)₂] = BeO + 2CO₂ + 2NH₃ + H₂O.

Другой метод очистки бериллия от алюминия основан на том, что оксиацетат бериллия Be₄O(CH₃COO)₆, в отличие от оксиацатата алюминия [Al₃O(CH₃COO)]⁺CH₃COO^–, имеет молекулярное строение и легко возгоняется при нагревании.

Известен также способ переработки берилла, в котором сначала берилл обрабатывают концентрированной серной кислотой при температуре 300°C, а затем спек выщелачивают водой. Сульфаты алюминия (Al) и бериллия при этом переходят в раствор. После добавления к раствору сульфата калия (K) K₂SO₄ удается осадить алюминий (Al) из раствора в виде алюмокалиевых квасцов KAl(SO₄)₂·12H₂O. Дальнейшую очистку бериллия от алюминия проводят так же, как и в предыдущем методе.

Наконец, известен и такой способ переработки берилла. Исходный минерал сначала сплавляют с поташем K₂CO₃. При этом образуются бериллат K₂BeO₂ и алюминат калия KAlO₂:

Be₃Al₂(SiO₃)₆ + 10K₂CO₃ = 3K₂BeO₂ + 2KAlO₂ + 6K₂SiO₃ + 10CO₂

После выщелачивания водой полученный раствор подкисляют серной кислотой. В результате в осадок выпадает кремниевая кислота. Из фильтрата далее осаждают алюмокалиевые квасцы, после чего в растворе из катионов остаются только ионы Ве²⁺.

Из полученного тем или иным способом оксида бериллия ВеО затем получают фторид, из которого магнийтермическим методом восстанавливают металлический бериллий:

BeF₂ + Mg = MgF₂ + Be.

Металлический бериллий можно приготовить также электролизом расплава смеси BeCl₂ и NaCl при температурах около 300°C. Раньше бериллий получали электролизом расплава фторобериллата бария Ba[BeF₄]:

Ba[BeF₄] = BaF₂ + Be + F₂.

Применение: бериллий в основном используют как легирующую добавку к различным сплавам. Добавка бериллия значительно повышает твердость и прочность сплавов, коррозионную устойчивость поверхностей изготовленных из этих сплавов изделий. 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 a-радиоактивными нуклидами бериллий используют в ампульных нейтронных источниках, так как при взаимодействии ядер бериллия-9 и a-частиц возникают нейтроны: ⁹Ве(a, n)¹²C.

Физиологическое действие: в живых организмах бериллий, по-видимому, не несет никакой биологической функции. Его содержание в организме среднего человека (масса тела 70 кг) составляет 0,036 мг, ежедневное поступление с пищей — около 0,01 мг. Летучие и растворимые соединения бериллия, а также пыль, содержащая бериллий и его соединения, очень токсичны. Бериллий замещает в ферментах магний и обладает ярко выраженным аллергическим и канцерогенным действием. Его присутствие в атмосферном воздухе приводит к тяжелому заболеванию органов дыхания — бериллиозу. Следует отметить, что эти заболевания могут возникнуть через 10-15 лет после прекращения контакта с бериллием. Для воздуха ПДК в пересчете на бериллий составляет 0,001 мг/м³.

А знаете ли Вы, что...

На главную Выбрать элемент Короткопериодная ПС Гостевая книга	© 2003-2005 WebElements Team
По всем вопросам пишите на WebElements@narod.ru