Берилій (лат. Beryllium), Ве, хімічний елемент II групи періодичної системи, атомний номер 4, атомна маса 9,01218; відноситься до лужноземельних металів .
Хімічний символ елемента Be читається «берилій». У природі зустрічається лише один стабільний нуклід 9Be. Електронна конфігурація атома берилію 1s22s2. Атомний радіус 0,113 нм, радіус іона Ве2 + - 0,034 нм. У з'єднаннях проявляє тільки ступінь окислення +2 (валентність II). Енергії послідовної іонізації атома Ве рівні 9,3227 і 18,211 еВ. Значення електронегативності за Полінгом 1,57. У вільному вигляді - сріблясто-сірий легкий метал.
Властивості: металевий берилій характеризується високою крихкістю. Температура плавлення +1278 ° C, температура кипіння близько 2470 ° C, щільність 1,816 кг / м3. До температури 1 277 ° C стійкий a -ве (гексагональна решітка типу магнію (Mg) , Параметри а = 0,22855 нм, с = 0,35833 нм), при температурах, що передують плавлення металу (1277-1288 ° C) - b -ве з кубічної гратами.
Хімічні властивості берилію багато в чому схожі на властивості магнію (Mg) і особливо, алюмінію (Al) . Близькість властивостей берилію і алюмінію пояснюється майже однаковим ставленням заряду катіона до його радіусу для іонів Be2 + і Al3 +.
На повітрі берилій, як і алюміній, покритий оксидною плівкою, що надає берилію матовий колір. Наявність оксидної плівки охороняє метал від подальшого руйнування і обумовлює його невисоку хімічну активність при кімнатній температурі.
При нагріванні берилій згоряє на повітрі з утворенням оксиду BeO, реагує з сіркою і азотом. З галогенами берилій реагує при звичайній температурі або при слабкому нагріванні, наприклад:
Be + Cl2 = ВеСl2
Всі ці реакції супроводжуються виділенням великої кількості теплоти, так як міцність кристалічних решіток виникають з'єднань (BeO, BeS, Be3N2, ВеСl2 і ін.) Досить велика.
Завдяки утворенню на поверхні міцної плівки оксиду берилій не реагує з водою, хоча знаходиться в ряду стандартних потенціалів значно лівіше водню. Як і алюміній, берилій реагує з кислотами і розчинами лугів:
Be + 2HCl = BeCl2 + H2,
Be + 2NaOH + 2H2O = Na2 [Be (OH) 4] + H2.
Гідроксид берилію Be (OH) 2 - полімерне з'єднання, нерозчинний у воді. Воно проявляє амфотерні властивості:
Be (OH) 2 + 2КOH = К2 [Be (OH) 4],
Be (OH) 2 + 2HСl = BeСl2 + 2H2O.
У більшості з'єднань берилій проявляє координаційне число 4. Наприклад, в структурі твердого BeCl2 є ланцюжки з мостіковимі атомами хлору.
За рахунок утворення міцних тетраедричних аніонів багато сполук берилію вступають в реакції з солями інших металів:
BeF2 + 2KF = K2 [BeF4]
З воднем (H) берилій безпосередньо не взаємодіє. Гідрид берилію BeH2 - полімерне речовина, його отримують реакцією.
BeCl2 + 2LiH = BeH2 + 2LiCl,
проведеної в ефірному розчині.
Дією на гідроксид берилію Be (OH) 2 розчинами карбонових кислот або при упарювання розчинів їх берилієвих солей отримують оксісолі берилію, наприклад, оксіацетат Be4O (CH3COO) 6. Ці сполуки містять тетраедричних угруповання Be4O, по шести ребрах цього тетраедра розташовуються ацетатні групи. Такі сполуки відіграють велику роль в процесах очищення берилію, так як вони не розчиняються у воді, але добре розчиняються в органічних розчинниках і легко возгоняются в вакуумі.
Історія відкриття: берилій був відкритий в 1798 році Л. Вокленом у вигляді берилові землі (оксиду ВЕО), коли цей французький хімік з'ясовував загальні особливості хімічного складу дорогоцінних каменів берилу (від грецького beryllos - берил) і смарагду. Металевий берилій був отриманий в 1828 р Ф. Велером в Німеччині і незалежно від нього А. Бюсси у Франції. Однак через домішок його не вдавалося сплавити. Лише в 1898 р французький хімік П. Лебо, піддавши електролізу подвійний фторид калію і берилію, отримав достатньо чисті металеві кристали берилію. Цікаво, що через солодкого смаку розчинних у воді сполук берилію елемент спочатку називали «глюціній» (від грецького glykys - солодкий).
Знаходження в природі: берилій потрапило до рідкісних елементів, його вміст в земній корі 2,6 · 10-4% по масі. У морській воді міститься до 6 · 10-7 мг / л берилію.
Основні природні мінерали, що містять берилій: берил Be3Al2 (SiO3) 6, фенакит Be2SiO4, бертрандит Be4Si2O8 · H2O і гельвін (Mn, Fe, Zn) 4 [BeSiO4] 3S. Пофарбовані домішками катіонів інших металів прозорі різновиди берилу - дорогоцінні камені, наприклад, зелений смарагд, блакитний аквамарин, геліодер, воробйовіт і інші. В даний час їх навчилися синтезувати штучно.
витяг берилію з його природних мінералів (в основному берилу) включає в себе кілька стадій, при цьому особливо важливо відокремити берилій від схожого за властивостями і супутнього берилію в мінералах алюмінію (Al) . Можна, наприклад, сплавити берил з гексафторосілікатом натрію Na2SiF6:
Be3Al2 (SiO3) 6 + 12Na2SiF6 = 6Na2SiO3 + 2Na3AlF6 + 3Na2 [BeF4] + 12SiF4.
В результаті сплаву утворюються кріоліт Na3AlF6 - погано розчинна у воді з'єднання, а також розчинний у воді фтороберіллат натрію (Na) Na2 [BeF4]. Його далі витравлюють водою. Для більш глибокого очищення берилію від алюмінію (Al) застосовують обробку отриманого розчину карбонатом амонію (NH4) 2CO3. При цьому алюміній осідає у вигляді гідроксиду Al (OH) 3, а берилій залишається в розчині у вигляді розчинного комплексу (NH4) 2 [Be (CO3) 2]. Цей комплекс потім розкладають до оксиду берилію ВЕО при прожарюванні:
(NH4) 2 [Be (CO3) 2] = BeO + 2CO2 + 2NH3 + H2O.
Інший метод очищення берилію від алюмінію заснований на тому, що оксіацетат берилію Be4O (CH3COO) 6, на відміну від оксіацатата алюмінію [Al3O (CH3COO)] + CH3COO-, має молекулярну будову і легко переганяється при нагріванні.
Відомий також спосіб переробки берилу, в якому спочатку берил обробляють концентрованої сірчаної кислотою при температурі 300 ° C, а потім спек витравлюють водою. сульфати алюмінію (Al) і берилію при цьому переходять в розчин. Після додавання до розчину сульфату калію (K) K2SO4 вдається осадити алюміній (Al) з розчину у вигляді алюмокалієвих квасцов KAl (SO4) 2 · 12H2O. Подальшу очищення берилію від алюмінію проводять так само, як і в попередньому методі.
Нарешті, відомий і такий спосіб переробки берилу. Вихідний мінерал спочатку сплавляють з поташем K2CO3. При цьому утворюються беріллатов K2BeO2 і алюмінат калію KAlO2:
Be3Al2 (SiO3) 6 + 10K2CO3 = 3K2BeO2 + 2KAlO2 + 6K2SiO3 + 10CO2
Після вилуговування водою отриманий розчин підкислюють сірчаною кислотою. В результаті в осад випадає кремнієва кислота. З фільтрату далі беруть в облогу алюмокалиевие галун, після чого в розчині з катіонів залишаються тільки іони Ве2 +.
З отриманого тим або іншим способом оксиду берилію ВЕО потім отримують фторид, з якого магнійтерміческім методом відновлюють металевий берилій:
BeF2 + Mg = MgF2 + Be.
Металевий берилій можна приготувати також електролізом розплаву суміші BeCl2 і NaCl при температурах близько 300 ° C. Раніше берилій отримували електролізом розплаву фтороберіллата барію Ba [BeF4]:
Ba [BeF4] = BaF2 + Be + F2.
Застосування: берилій в основному використовують як добавку легуючих до різних сплавів. Добавка берилію значно підвищує твердість і міцність сплавів, корозійну стійкість поверхонь виготовлених з цих сплавів виробів. Берилій слабко поглинає рентгенівське випромінювання, тому з нього виготовляють віконця рентгенівських трубок (через які випромінювання виходить назовні). В атомних реакторах з берилію виготовляють відбивачі нейтронів, його використовують як сповільнювач нейтронів. У сумішах з деякими a -радіоактивне нуклідами берилій використовують у ампульних нейтронних джерелах, так як при взаємодії ядер берилію-9 і a-частинок виникають нейтрони: 9Ве (a, n) 12C.
Фізіологічна дія: в живих організмах берилій, мабуть, не несе ніякої біологічної функції. Його вміст в організмі середньої людини (маса тіла 70 кг) становить 0,036 мг, щоденне надходження з їжею - близько 0,01 мг. Летючі і розчинні сполуки берилію, а також пил, що містить берилій і його сполуки, дуже токсичні. Берилій заміщає у ферментах магній і володіє яскраво вираженим алергічним і канцерогенну дію. Його присутність в атмосферному повітрі призводить до важкого захворювання органів дихання - бериліоз. Слід зазначити, що ці захворювання можуть виникнути через 10-15 років після припинення контакту з берилієм. Для повітря ГДК в перерахунку на берилій становить 0,001 мг / м3.
А чи знаєте Ви, що ...