Бериллий

Бериллий — химический элемент с символом Be и атомным номером 4. Это щелочноземельный серебристо-серый металлический элемент, который встречается в природе примерно в 30 минералах. Также бериллий – второй самый лёгкий из металлов, который всего на 1/3 тяжелее алюминия. Он также довольно хрупкий, что означает, что он легко ломается под нагрузкой, но имеет тенденцию не деформироваться до того момента, пока не сломается (подобно стеклу или керамике).

Название происходит от греческого слова «beryllos» - берилл, драгоценный камень, в котором он встречается (3BeO×Al2O3×6SiO2).

Бериллий был открыт французским химиком и фармацевтом Луи-Никола Вокленом в берилле и изумруде в 1797 году. Элемент был впервые выделен в 1828 году французским химиком Антуаном-Александром-Брутом Бюсси и независимо немецким химиком Фридрихом Вёлером.

Бериллий имеет самую высокую температуру плавления среди легких металлов, плавясь при 1278 °C – значительно выше, чем, например, у алюминия (660 °C) или кальция (839 °C). Температура кипения – 2468 °C. Плотность составляет 1,85 г/см3.

Свойства бериллия

1.Извлечение бериллия из его соединений является сложным процессом, поскольку он обладает высоким сродством к кислороду при повышенных температурах. Это очень сложно по сравнению с другими членами семейства щелочноземельных элементов в периодической таблице.

2.В нормальных условиях на поверхности бериллия образуется тонкий слой твёрдого оксида BeO, защищающий металл от дальнейшего воздействия воды или воздуха. В результате слоя BeO бериллий не окисляется на воздухе даже при 600 °C и противостоит коррозии* с помощью концентрированной азотной кислоты.

3.Бериллий примерно в 6 раз жестче стали.

4. Бериллий выдерживает большую силу перед изгибом.

5. Фунт* бериллия поглотит столько же тепла, сколько 5 фунтов меди

6. Большинство соединений бериллия ковалентны* по своей природе из-за высокой положительной плотности заряда и поляризационной способности.

7. Он не вступает в реакцию с водой при любой температуре, в то время как другие щелочноземельные металлы вступают в реакцию при нагревании.

8. Бериллий тяжело высвобождает водород из разбавленной кислоты, в то время как другие щелочноземельные металлы могут легко высвобождать водород из разбавленной кислоты.

9. Бериллий является токсичным щелочноземельным металлом и *канцерогенным веществом. Поэтому человеку необходимо специальное оборудование для борьбы с пылью во время работы с этим металлом. Он вызывает хроническое опасное для жизни аллергическое заболевание, называемое бериллиозом.

Применение бериллия

1. Бериллий является легирующим* компонентом различных металлов для повышения их прочности, электро- и теплопроводности.

2. Его сплавляют с медью или никелем. Такое сочетание повышает их электро- и теплопроводность. Эти сплавы используются для изготовления гироскопов*, пружин, электрических контактов, электродов* точечной сварки* и искробезопасных инструментов*.

3. Другие сплавы бериллия могут использоваться в конструкционных материалах для высокоскоростных самолетов, ракет, космических аппаратов и спутников связи. Он также входит в состав нескольких стоматологических сплавов.

4. Щелочноземельный металл Be относительно прозрачен для рентгеновских лучей и других форм ионизирующего излучения*. Таким образом, это наиболее распространенный компонент для рентгеновских окон и оборудования детектора частиц.

5. В ядерных энергетических реакторах он используется в качестве отражателя или замедлителя нейтронов.

6. Бериллий также обладает высокой теплопроводностью и немагнитен.

Бериллий, используемый в промышленности, обнаруживается как силикат (BeSiO3) в берилловых и бертрандитовых рудах. В очень чистой кристаллической форме берилл известен нам в качестве драгоценных камней, таких как сине-зелёный аквамарин и зелёный изумруд.

Многие продукты и процессы используют свойства бериллия.

Изготавливаются как конструкционные, так и приборные материалы, специально предназначенные для использования в аэрокосмической и оборонной промышленности:

• рамы лобового стекла и другие конструкции в высокоскоростных самолетах и космических аппаратах;
• тормоза самолетов и космических челноков*;
• спутниковые зеркала и космические телескопы;
• инерциальные системы наведения* и гироскопы;
• замедлитель или отражатель нейтронов в ядерных реакторах*;
• рентгеновские окна*;
• компоненты ядерного оружия.

Другие бериллиевые материалы включают растворимые соли, сплавы и оксиды.

Растворимые соли, такие как фторид бериллия, хлорид и сульфат, используются в ядерных реакторах, в производстве стекла и в качестве катализаторов* некоторых химических реакций.

Бериллиево-медные (BeCu) сплавы обычно содержат около 2% бериллия, но сильно различаются по составу для удовлетворения различных промышленных и потребительских потребностей. Бериллий обеспечивает твёрдость, прочность, высокую электро- и теплопроводность, устойчивость к коррозии и износу. Например, пружины BeCu снова и снова «возвращаются» к своей первоначальной форме.

Применение сплавов Bе:

• Пружины, переключатели, реле* и разъемы в автомобилях, компьютерах, радиолокационном и телекоммуникационном оборудовании и других приборах;
• Высокопрочные искробезопасные инструменты, в том числе некоторые инструменты, продаваемые для использования в домашних условиях;
• Формы или отливки для изготовления изделий из металла, стекла и пластика;
• Спортивное оборудование, такое как клюшки для гольфа и велосипедные рамы;
• В некоторых стоматологических материалах (таких как коронки, мосты и каркасы частичных зубных протезов) используются бериллийсодержащие сплавы для улучшения литейности* и прочности сцепления.
• Бериллий также добавляется к алюминию, никелю, цинку и цирконию для некоторых применений. Бериллиево-никелевые сплавы используются в автомобильных подушках безопасности. Относительно новый бериллий-алюминиевый сплав используется в истребителях, вертолетах и ракетных системах;
• Оксид бериллия (BeO) используется для изготовления керамики для электронного, электрического и другого оборудования;
• В плотно упакованных схемах (например, в электронных системах зажигания автомобилей) бериллиевые керамические слои могут отводить тепло от других компонентов схемы. Поскольку BeO прозрачен для микроволн, он также использовался в микроволновых печах.

Заключение

Благодаря своим уникальным физико-химическим свойствам, бериллий активно применяется во многих отраслях мировой промышленности, тем самым облегчая не только продвижение научно-технического прогресса, но ещё и удовлетворяя медицинские и бытовые потребности человечества. А драгоценные камни, получаемые из бериллия, придают этому элементу особый эстетический шарм.

Терминология

Коррозия - (от лат. corrosio — разъедание) — самопроизвольное разрушение металлов и сплавов в результате химического, электрохимического или физико-химического взаимодействия с окружающей средой.

Фунт - (от лат. pondus — вес, гиря) — единица измерения массы.

Ковалентность - химическая мера способности атома к образованию химических связей, возникающих за счёт двух электронов (по одному от каждого атома).

Канцерогенность - (греч. γεννάω — рождаю) — факторы окружающей среды, воздействие которых на организм человека или животного повышает вероятность возникновения злокачественных опухолей.

Легирование (от нем. legieren «сплавлять», от лат. ligare «связывать») — добавление в состав материалов примесей для изменения (улучшения) физических и/или химических свойств основного материала.

Гироскоп - (от др.-греч. γῦρος «круг» + σκοπέω «смотрю») — устройство, способное реагировать на изменение углов ориентации тела, на котором оно установлено, относительно инерциальной системы отсчёта. Простейший пример гироскопа — юла (волчок).

Электрод - (от «электро…» и греч. ὁδός — «дорога, путь»[1]) — электрический проводник, имеющий электронную проводимость (проводник 1-го рода) и находящийся в контакте с ионным проводником — электролитом (ионной жидкостью, ионизированным газом, твёрдым электролитом).

Точечная сварка - сварочный процесс, при котором детали соединяются в одной или одновременно в нескольких точках.

Искробезопасные инструменты - инструменты, не дающие фрикционных искр от ударов, трения, падения, срывов при проведении слесарно-монтажных работ.

Ионизирующее излучение - это вид энергии, высвобождаемой атомами в форме электромагнитных волн или частиц.

Космический челнок - это название космического корабля многократного использования.

Инерциальные системы наведения - метод навигации (определения координат и параметров движения различных объектов — судов, самолётов, ракет и др.) и управления их движением, основанный на свойствах инерции тел, являющийся автономным, т. е. не требующим наличия внешних ориентиров или поступающих извне сигналов.

Ядерный реактор - устройство, предназначенное для организации управляемой, самоподдерживающейся цепной реакции деления, которая всегда сопровождается выделением энергии.

Рентгеновские окна - рентгенозащитные окна (смотровые рентгенозащитные окна) – это средство защиты, монтируемое в стены и перегородки рентгенкабинетов.

Катализатор - вещество, ускоряющее химическую реакцию.

Реле - (фр. relais) — коммутационный аппарат, который при воздействии на него внешних физических явлений скачкообразно принимает конечное число значений выходной величины. Назначение реле заключается в автоматизации замыкания или размыкания электрической цепи.

Литейные свойства - это совокупность физико-химических свойств металлов, характеризующих их поведение в разных условиях изготовления отливок.