Берилий - свойства, приложения берилиеви сплави

Историята на откриването на берилий започва през 18-ти век, в края на който френският химик Л. Вокелин се опитва да установи как ценният минерал берилий е подобен по химичен състав на изумруда. Той изолира оксида на елемента BeO от последния минерал. Метален берилий е получен само 30 години по-късно, през 1828 година. Ще минат още 70 години, преди друг французин, Пол Лебо, да синтезира кристали от чисто метално вещество чрез електролиза на берилий и двоен калиев флуорид. Ученият отиде по-далеч, като опита от кристалния прах, откъдето дойде оригиналното име на елемента - глюциний (glykуs - сладък в превод от гръцки). Между другото, във Франция името берилий - Be често се придружава от Glicinium - Gl и до днес.

Физични свойства на берилия

В свободно състояние елементът е светъл сребристосив метал. Във въздуха берилият придобива матов оттенък поради бързото образуване на повърхностен оксиден филм. Структурата на берилиевия атом включва четири електрона, образуващи конфигурацията 1s 2 2s 2. Параметрите на атомния и йонния радиус на Be са съответно 0,113 и 0,034 нанометра. Поредният номер на елемента в периодичната система е 4. Атомната маса на берилия е 9,0122.

Елементът се характеризира с плътност от 1,816 грама на кубичен сантиметър и редица критични температури:

топене - 1278 0 С;

кипене - 2470 0 С;

фазов преход от шестоъгълна към кубична решетка - 1277 0 С.

Берилият се характеризира с най-високата топлинна мощност спрямо другите метали, добра топлопроводимост и ниско електрическо съпротивление.

Химични свойства на берилия

Елементът е 2-валентен. Отличава се с висока химическа активност. Стабилността на берилия във въздуха се улеснява от бързото окисление: образуването на силен повърхностен филм от BeO предотвратява по-нататъшни реакции. По-нататъшно бързо окисляване на метала се получава при нагряване над 800 0 C. Взаимодействието на метала с водата се случва само след достигане на точката му на кипене. Берилият е разтворим в повечето киселини, единственото изключение е концентрираната азотна. Също така елементът се разтваря във водни разтвори на основи, образувайки берилиеви соли.

Видео - Берилий. Лек и скъп метал:

Взаимодействието на Be с други елементи се осъществява предимно при нагряване. По този начин берилиевият нитрид се образува при температури над 650 ° C в азотна атмосфера. Взаимодействието на Be с въглерод при 1200 0 C и по-горе превръща метала в берилиев карбид. По-интересно е образуването на берилиев хидрид. Всъщност самият метал не взаимодейства с водород при никаква температура. Следователно берилиев хидрид може да се получи само поради разлагането на органични съединения, съдържащи Be. Друга характеристика, която характеризира берилиевия хидрид, е, че той е стабилен само при температури под 240 0 С.

Получаване на берилий

Metallic Be се получава от едноименния минерал - берил. За това суровината се преработва в берилиев хидроксид или сулфат. И в двата случая процедурата протича на няколко етапа. По-специално, за да се получи берилиев сулфат, оригиналният минерал се синтерова с вар. Полученото съединение впоследствие се обработва със сярна киселина. На последния етап образуваният берилиев сулфат се излугва с вода и се утаява с амоняк.

Видео - По-скъпо от златото. Първият руски берилий:

Алтернативните методи за получаване на чиста форма на метал включват отваряне на берил, последвано от обработка на състава по два начина за получаване:

Берилиев флуорид.
Берилиев хлорид.

В първия случай полученият берилиев флуорид се подлага на процедура за редукция на магнезий при температура около 1000 0 С. Във втория вариант за изолиране на чист метал се извършва електролиза на берилиев хлорид в смес с NaCl.

Последният етап - получаването на метален Be с висока чистота се осъществява по различни начини:

дестилация под вакуум;

зонално топене;

електронно рафиниране.

Полученият метал се натрошава до прахообразно състояние и се пресова във вакуум при температура около 1150 0 С.

Тръбните изделия, пръти и други видове метални профили се произвеждат по технология на горещо и топло екструдиране, докато берилиевите листове се произвеждат чрез валцуване. Коване или рисуване.

Приложение на берилий

Що се отнася до други метали, търсенето на берилий е свързано с неговите физикохимични свойства. По-специално, присъщата ниска стойност на напречното сечение за улавяне на топлинните неутрони, както и ниската му маса, правят метала обещаващ за използване в ядрени реактори. Модератори и неутронни отражатели за тези инсталации са направени от него.

Високите параметри на якост и модул на еластичност при ниска плътност на елемента предизвикаха интерес към берилий от такива отрасли като авиацията и космическите технологии, ракетостроенето. Единствената пречка за широкото използване на метала като структурен материал е свързана с чупливостта на Be при стайна температура. Независимо от това, огнеупорните метали, легирани с берилий, остават обещаващи структурни материали в авиацията и ракетостроенето.

Високата пропускливост на рентгеновите лъчи (тя надвишава аналогичния параметър на алуминия със 17 пъти) е намерила приложение и в метала. От него се правят прозорци с рентгенови тръби. И накрая, друго използване на берилий е свързано с използването на тези съединения като твърдо ракетно гориво.

Берилиеви бронзови части

Алтернативно, елементът има висок потенциал като легиращо допълнение към метални сплави. Берилиумът, дори в малки пропорции, може значително да подобри характеристиките на съединенията като твърдост, якост и устойчивост на корозия. Една от перспективните области на Be допинга е свързана с медни сплави. Въвеждането на елемента на ниво 3 - 6% създава берилиеви бронзи - материал, който се използва интензивно при производството на пружини с подобрени характеристики:

устойчивост;

ниска механична умора;

без искрене поради удари.

Берилиевият бронз се използва и като кожа на корабите в космонавтиката. Това се дължи на факта, че тази сплав превъзхожда легираните стомани по якост на разрушаване. Допълнителен фактор в полза на берилиевия бронз е ниското ниво на механична умора по време на работа.

С течение на времето се отварят нови перспективи за използването на метал. По този начин металургичното използване на берилий е свързано с двойката Be-Mg. Добавянето на 0,005% берилий драстично намалява консумацията на магнезий за изпаряване и окисляване. В медицината берилиев хлорид се използва като вещество за диагностика на туберкулоза. Масивното потребление на берилий, подобно на покачването на цените за него, започна в средата на миналия век, което разкри още една важна подробност, свързана с обработката на този метал.

Биологични ефекти на берилия

Като елемент, Be присъства в тъканите на по-голямата част от флората и фауната. И така, концентрацията на берилий в почвата е хилядни от процента, за растителната пепел тази стойност е с порядък по-ниска. По отношение на животните, Be се разпределя равномерно в техните тъкани, с обща концентрация, която се изчислява в диапазона от десет хилядни до хилядни от процента. Когато тялото функционира нормално, половината берилий се екскретира с урината. Останалата част от елемента се отлага в костите - 30%, черния дроб и бъбреците - по 8%.

Прахът от берилиев метал е много опасен за хората

Опасен ли е берилий?

Летливите берилиеви съединения и прах са вредни за хората. В резултат на това обработката на Be изисква спазване на определени стандарти за безопасност, по-специално използването на специални защитни мерки за избягване на отравяне с берилий.

Случай от историята на СССР

През последните съветски времена, а именно през 1990 г., в казахстанската SSR в едно от металургичните предприятия (сега това е UMP), работещо с берилий, в магазина за берилий се случи експлозия - целият опасен прах и дребните стърготини се вдигнаха в небе над град Уст- Каменогорск. Излишъкът от ГДК на вредните вещества, както тогава беше записан, беше 14 000 пъти.

След експлозията хората се страхуваха от последствията, някой пророкува, че резултатът от експлозията ще се прояви след 15 години - върху днешните деца, върху бременни жени, какви тежки последици очакват хората - всъщност никой не знаеше. И сега, минаха повече от 26 години - не е имало катастрофални промени в живота на населението на града, не считам онези хора, които са попаднали директно в епицентъра на експлозията, градът е имал късмет - прахът се утаи и не се разпространи във въздуха.

Така изглежда днес територията на завода на UMP JSC, в която все още съществува магазинът за берилий