БЕРИ́ЛЛИЙ

БЕРИ́ЛЛИЙ (лат. Beryllium), $\ce{Be}$, хи­мич. эле­мент II груп­пы ко­рот­кой фор­мы (2-й груп­пы длин­ной фор­мы) пе­рио­дич. сис­те­мы; ат. н. 4, ат. м. 9,01218. В при­ро­де встре­ча­ет­ся в осн. ста­биль­ный нук­лид $\ce{^9Be}$, в сле­до­вых ко­ли­че­ст­вах – ра­дио­нук­лид $\ce{^{10}Be}$ ($T_{1/2}$ 1,6·10⁶ лет); из 7 ис­кус­ст­вен­но по­лу­чен­ных ра­дио­нук­ли­дов наи­бо­лее ус­той­чи­вый – $\ce{^7Be}$ (элек­трон­ный за­хват, $T_{1/2}$ 53,2 сут).

Историческая справка

Ми­не­ра­лы Б. – аквамаpин, изум­руд, алек­сан­д­рит и дp. – ис­поль­зо­ва­лись в юве­лир­ном де­ле ещё до н. э.; назв. «бе­рилл» встре­ча­ет­ся в греч. и лат. ан­тич­ных про­из­ве­де­ни­ях. В 1798 франц. хи­мик Л. Во­клен опи­сал из­вле­чён­ную им из ми­не­ра­ла берил­ла не­из­вест­ную ра­нее «зем­лю» – ок­сид Б. Ме­тал­лич. Б. по­лу­чен в 1828 Ф. Вёлеpом в Геpмании и А. Бюс­си во Фpанции вос­ста­нов­ле­ни­ем хло­ри­да Б. ка­ли­ем. На­зва­ние эле­мен­та про­ис­хо­дит от греч. βηρύλλιον, умень­шит. от βήρυλλος – бе­рилл.

Распространённость в природе

Со­дер­жа­ние Б. в зем­ной ко­ре 6·10^–4% по мас­се. В сво­бод­ном ви­де не встре­чает­ся. Важ­ней­шие бе­рил­лие­вые ми­не­ра­лы, вхо­дя­щие в со­став бе­рил­лие­вых руд: бе­рилл $\ce{3BeO·Al_2O_3·6SiO_2}$ и его раз­но­вид­но­сти, фе­на­кит $\ce{2BeO·SiO_2}$, бер­тран­дит $\ce{4BeO·2SiO_2·H_2O}$, гель­вин $\ce{(Mn,Fe,Zn)_4[BeSiO_4]_3S}$. Ми­ро­вое производство Б. ок. 360 т/год, за­па­сы ок. 400 тыс. т.

Свойства

Кон­фи­гу­ра­ция внеш­ней элек­трон­ной обо­лоч­ки ато­ма Б. 2$s^2$; в со­еди­не­ни­ях про­яв­ля­ет сте­пень окис­ле­ния +2, ред­ко +1; элек­тро­от­ри­ца­тель­ность по По­лин­гу 1,57; атом­ный ра­ди­ус 113,3 пм, ра­ди­ус ио­на $\ce{Be^{2+}}$ 30 пм (ко­ор­ди­национное чис­ло 3). Энер­гия ио­ни­зации $\ce{Be^0→ Be^{+}→ Be^{2+}}$ 899,4 и 1757,1 кДж/моль. Стан­дарт­ный элек­трод­ный по­тен­ци­ал па­ры $\ce{Be^{2+} /Be}$ в вод­ном рас­тво­ре –1,847 В.

Б. – се­реб­ри­сто-бе­лый твёр­дый, хруп­кий ме­талл; $t_{пл}$ 1287 °С, $t_{кип}$ 2471 °С. До 1250 °С ус­той­чив $\ce{α-Be}$ с гек­са­го­наль­ной ре­шёт­кой, вы­ше 1250 °С – $\ce{β-Be}$ с ку­бич. объ­ём­но­цен­три­ров. ре­шёт­кой. При 293 К плот­ность 1847,7 кг/м³, элек­трич. со­про­тив­ле­ние 4·10^–8 Ом·м; при 300 К те­п­ло­про­вод­ность 200 Вт/(м·К). Б. диа­маг­ни­тен; удель­ная маг­нит­ная вос­при­им­чи­вость 1,3·10^–8 м³/кг. Ме­ха­нич. свой­ст­ва Б. силь­но за­ви­сят от чис­то­ты и спо­со­ба тер­мич. об­ра­бот­ки.

Б. не взаи­мо­дей­ст­ву­ет с воз­ду­хом и во­дой да­же при темп-ре крас­но­го ка­ле­ния вслед­ст­вие об­ра­зо­ва­ния на по­верх­но­сти плот­ной плён­ки ок­си­да $\ce{BeO}$. При темп-ре вы­ше 800 °С за­мет­но окис­ля­ет­ся. С га­ло­ге­на­ми при на­гре­ва­нии об­ра­зу­ет га­ло­ге­ни­ды, наи­бо­лее ва­жен из ко­то­рых фто­рид $\ce{BeF_2}$; c азо­том или ам­миа­ком вы­ше 600 °С об­ра­зу­ет нит­рид $\ce{Be_3N_2}$; c уг­ле­ро­дом вы­ше 1700 °С – кар­бид $\ce{Be_2C}$. Взаи­мо­дей­ст­ву­ет с раз­бав­лен­ной и кон­цен­трир. со­ля­ной и сер­ной ки­сло­та­ми, при на­гре­ва­нии – с азот­ной. Со­ли силь­ных ки­слот рас­тво­ри­мы в во­де, при дей­ст­вии на них ам­миа­ка по­лу­ча­ют ам­фо­тер­ный гид­ро­ксид $\ce{Be(OH)_2}$. При взаи­мо­дей­ст­вии $\ce{Be(OH)_2}$ с рас­тво­ра­ми кар­бо­но­вых ки­слот об­разу­ют­ся ок­со­со­ли, напр. ок­со­аце­тат $\ce{Be_4O(OOCCH_3)_6}$. С рас­тво­ра­ми ще­лочей Б. об­ра­зу­ет бе­рил­ла­ты со­ста­ва $\ce{M_2[Be(OH)_4]}$, с рас­пла­ва­ми – $\ce{M_2BeO_2}$. При вы­со­ких темп-рах Б. вос­ста­нав­ли­ва­ет ок­си­ды и га­ло­ге­ни­ды мн. ме­тал­лов до со­от­вет­ст­вую­ще­го ме­тал­ла. Б. в жид­ком со­стоя­нии рас­тво­ря­ет мн. ме­тал­лы; с не­ко­то­ры­ми ме­тал­ла­ми об­ра­зу­ет твёр­дые рас­тво­ры и ин­тер­ме­тал­ли­ды. См. так­же Бе­рил­лие­вые спла­вы.

Ле­ту­чие и рас­тво­ри­мые со­еди­не­ния Б., пыль, со­дер­жа­щая Б. или его со­еди­не­ния, очень ток­сич­ны, об­ла­да­ют ал­лер­гич. и кан­це­ро­ген­ным дей­ст­ви­ем, па­ры́ и пыль вы­зы­ва­ют за­бо­ле­ва­ние лёг­ких – бе­рил­ли­оз.

Получение

Б. из­вле­ка­ют из руд не­сколь­ки­ми ме­то­да­ми. Сер­но­кис­лот­ный ме­тод за­клю­ча­ет­ся в спе­ка­нии руд­но­го кон­цен­тра­та с $\ce{Na_2CO_3}$ или $\ce{CaCO_3}$, об­ра­бот­ке спе­ка кон­цент­рир. $\ce{H_2SO_4}$ при темп-ре ок. 300 °C. К об­ра­зо­вав­шим­ся суль­фа­там Б. и алю­ми­ния до­бав­ля­ют суль­фат ка­лия. В ре­зуль­та­те кри­стал­ли­зу­ют­ся пло­хо раст­во­ри­мые алю­мо­ка­лие­вые квас­цы $\ce{KAl(SO_4)_2·12H_2O}$. Ра­створ об­ра­ба­ты­ва­ют $\ce{NaOH}$; при ки­пя­че­нии об­ра­зу­ет­ся $\ce{Be(OH)_2}$.

Фто­рид­ный ме­тод ос­но­ван на спе­ка­нии кон­цен­тра­та с $\ce{Na_2[SiF_6]}$, ко­то­рый раз­ла­га­ет­ся при на­гре­ва­нии с вы­де­ле­ни­ем ле­ту­че­го $\ce{SiF_4}$ (ле­ту­честь $\ce{SiF_4}$ ог­ра­ни­чи­ва­ет при­ме­не­ние дан­но­го ме­то­да). При этом обра­зу­ет­ся тетpафтоpобеpиллат на­трия $\ce{Na_2[BeF_4]}$, рас­тво­ри­мый в во­де, в от­ли­чие от крио­ли­та $\ce{Na_3[AlF_6]}$, об­ра­зуе­мо­го алю­ми­ни­ем. Из раст­во­ра $\ce{Na_2[BeF_4]}$ дей­стви­ем $\ce{NaOH}$ осаж­да­ют $\ce{Be(OH)_2}$. Даль­ней­шую очи­ст­ку Б. про­во­дят, ис­поль­зуя рас­тво­ри­мый кар­бо­нат­ный ком­плекс Б. $\ce{(NH_4)_2[Be(CO_3)_2]}$ или суб­ли­ма­цию ок­со­аце­та­та Б. $\ce{Be(OH)_2}$ пе­ре­во­дят в $\ce{BeF_2}$ ли­бо $\ce{BeCl_2}$. Ме­тал­лический Б. по­лу­ча­ют вос­ста­нов­ле­ни­ем $\ce{BeF_2}$ маг­ни­ем при темп-ре ок. 1300 °C или элек­тро­ли­зом рас­пла­ва сме­си хло­ри­дов Б. и на­трия. Очи­ст­ку Б. про­во­дят ва­ку­ум­ной дис­тил­ля­ци­ей или зон­ной плав­кой.

Применение

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