Бериллий

БЕРИЛЛИЙ (латинский Beryllium), Be, химический элемент II группы короткой формы (2-й группы длинной формы) периодической системы; атомный номер 4, атомная масса 9,01218. В природе встречается в основном стабильный нуклид ⁹Ве, в следовых количествах - радионуклид ¹⁰Ве (Т_1/2 1,6·10⁶ лет); из 7 искусственно полученных радионуклидов наиболее устойчивый - ⁷Ве (электронный захват, Т_1/253,2 сут).

Историческая справка. Минералы бериллия - аквамарин, изумруд, александрит и др. - использовались в ювелирном деле ещё до нашей эры; название «берилл» встречается в греческих и латинских античных произведениях. В 1798 году французский химик Л. Воклен описал извлечённую им из минерала берилла неизвестную ранее «землю» - оксид бериллия. Металлический бериллий получен в 1828 году Ф. Вёлером в Германии и А. Бюсси во Франции восстановлением хлорида бериллия калием. Название элемента происходит от греческого βηρ?λλιον, уменьшительный от β?ρυλλος - берилл.

Распространённость в природе. Содержание бериллия  в земной коре 6-10^-4% по массе. В свободном виде не встречается. Важнейшие бериллиевые минералы, входящие в состав бериллиевых руд: берилл 3BeО?Al₂0₃-6SiО₂ и его разновидности, фенакит 2BeО?SiО₂, бертрандит 4BeО?2SiО₂?H₂О, гельвин (Mn,Fe,Zn)₄[BeSiО₄]₃S. Мировое производство бериллия  около 360 т/год, запасы около 400 тысяч т.

Свойства. Конфигурация внешней электронной оболочки атома бериллия  2s²; в соединениях проявляет степень окисле­ния +2, редко +1; электроотрицатель­ность по Полингу 1,57; атомный ради­ус 113,3 пм, радиус иона Ве²⁺ 30 пм (координационное число 3). Энергия ионизации Ве⁰→Ве⁺→Ве²⁺ 899,4 и 1757,1 кДж/моль. Стандартный элек­тродный потенциал пары Ве²⁺/Ве в водном растворе -1,847 В.

Бериллий  - серебристо-белый твёрдый, хрупкий металл; t_ПЛ 1287 °С, t_ΚИΠ 2471 °С. До 1250 °С устойчив α-Ве с гексагональ­ной решёткой, выше 1250 °С - α-Be с ку­бической объёмно-центрированной решёткой. При 293 К плотность 1847,7 кг/м³, элек­трическое сопротивление 4?10^-8 Ом м; при 300 К теплопроводность 200 Вт/(м?К). Бериллий диамагнитен; удельная магнитная восприимчивость 1,3?10^-8 м³/кг. Механические свойства бериллия  сильно зависят от чистоты и способа термической обработки.

Бериллий  не взаимодействует с воздухом и водой даже при температуре красного каления вследствие образования на поверхности плотной плёнки оксида ВеО. При температуре выше 800 °С заметно окисляется. С галогенами при нагревании образует галогениды, наиболее важен из которых фторид BeF₂; с азотом или аммиаком выше 600 °С образует нитрид Be₃N₂; с углеродом выше 1700 °С - карбид Ве₂С. Взаимодействует с разбавленной и концентрированной соляной и серной кислотами, при нагревании - с азотной. Соли сильных кислот растворимы в воде, при действии на них аммиака получают амфотерный гидроксид Ве(ОН)₂. При взаимодействии Ве(ОН)₂ с растворами карбоновых кислот образуются оксосоли, например оксоацетат Ве₄О(ООССН₃)₆. С растворами щелочей бериллий  образует бериллаты состава М₂[Ве(ОН)₄], с расплавами - М₂ВеО₂. При высоких температурах бериллий  восстанавливает оксиды и галогениды многих металлов до соответствующего металла. Бериллий  в жидком состоянии растворяет многие металлы; с некоторыми металлами образует твёрдые растворы и интерметаллиды. Смотри также Бериллиевые сплавы.

Летучие и растворимые соединения бериллия, пыль, содержащая бериллий  или его соединения, очень токсичны, обладают аллергическим и канцерогенным действием, пары и пыль вызывают заболевание лёгких - бериллиоз. 

Получение. Бериллий  извлекают из руд несколькими методами. Сернокислотный метод заключается в спекании рудного концентрата с Na₂СО₃ или СаСО₃, обработке спека концентрированной Н₂SO₄ при температуре около 300 °С. К образовавшимся сульфатам бериллия  и алюминия добавляют сульфат калия. В результате кристаллизуются плохо растворимые алюмокалиевые квасцы KAl(SО₄)₂?12H₂О. Раствор обрабатывают NaOH; при кипячении образуется Ве(ОН)₂.

Фторидный метод основан на спекании концентрата с Na₂[SiF₆], который разлагается при нагревании с выделением летучего SiF₄ (летучесть SiF₄ ограничивает применение данного метода). При этом образуется тетрафторобериллат натрия Na₂[BeF₄], растворимый в воде, в отличие от криолита Na₃[AlF₆], образуемого алюминием. Из раствора Na₂[BeF₄] действием NaOH осаждают Ве(ОН)₂. Дальнейшую очистку бериллия  проводят, используя растворимый карбонатный комплекс бериллия  (NH₄)₂[Be(СО₃)₂] или сублимацию оксоацетата бериллия  Ве(ОН)₂ переводят в BeF₂ либо ВеС₁₂. Металлический бериллий  получают восстановлением BeF₂ магнием при температуре около 1300 °С или электролизом расплава смеси хлоридов бериллия  и натрия. Очистку бериллия  проводят вакуумной дистилляцией или зонной плавкой.

Применение. Бериллий  используют как легирующую добавку для увеличения прочности, твёрдости, электро- и теплопроводности сплавов. Сплав бериллия  и меди - бериллиевые бронзы (0,2-3% бериллия) - обладает уникальной упругостью, из него изготавливают практически «вечные» пружины. Насыщение поверхности стальных изделий бериллием  - бериллизация - увеличивает их коррозионную стойкость. Ядерные свойства нуклида ⁹Ве важны для атомной физики: сечение захвата нейтронов бериллия  мало (0,0092 барн), поэтому бериллий  используют для производства замедлителей и отражателей нейтронов в атомных реакторах. Нуклид ⁷Be - изотопный индикатор. Бериллий  в смеси с соединениями радия служит источником нейтронов и дейтронов. Поскольку бериллий  слабо поглощает рентгеновское излучение, из него изготавливают «окна» рентгеновских трубок. Бериллий  используют в авиа- и ракетостроении (оболочки ракет и самолётов), электронике и электротехнике.

Лит.: Эверст Д. Химия бериллия. М., 1968; Novoselova А. V., Batsanova L. R. Analytical chemistry of Beryllium. Ann Arbor, 1969; Beryllium science and technology. L., 1979. Vol. 1-2; Бериллий - материал современной техники. М., 1992.