4 Be Бериллий 9.012
Щёлочноземельный металл s-block Period 2 Group 2

Бериллий

Be · Element 4 · Alkaline earth metals

A stiff, feather-light metal that is transparent to X-rays and lethally toxic as dust.

СОСТОЯНИЕ ПРИ 20°C Твёрдое
АТОМНАЯ МАССА 9.012 u
ELECTRON CONFIGURATION [He] 2s²

Строение

Атом бериллий

Это не схема из точек на кольцах, а выборка методом Монте-Карло из фактической плотности вероятности |ψ|² для каждой занятой подоболочки. Перетаскивайте, чтобы вращать. Синий и фиолетовый цвета обозначают противоположные знаки волновой функции, благодаря чему возможно образование связей.

Облако орбиталей

Измеренные значения

Таблица свойств

Каждая полоса показывает, какое место бериллий занимает среди всех 118 элементов по этому свойству.

Физические

Плотность 1.85 g/cm³ 15%
Температура Плавления 1560 K 65%
Температура Кипения 2743 K 53%
Удельная теплоёмкость 1.825 J/g·K
Теплопроводность 200 W/m·K 95%

Атомные

Атомный Радиус 112 pm 11%
Ковалентный радиус 96 pm
Радиус Ван-дер-Ваальса 153 pm

Электронные

Электроотрицательность 1.57 48%
Энергия ионизации 899.2 kJ/mol 80%
Сродство к Электрону

Распространённость

Распространённость в земной коре 2.8 mg/kg 61%

Идентификационные

СимволBe
Атомный номер4
Атомная масса9.012 u
КатегорияЩёлочноземельный металл
Блокs
Кристаллическая структурагексагональная плотноупакованная
Степени окисления+2
Открытие1798
ПервооткрывательLouis-Nicolas Vauquelin

Источники: стандартные атомные массы IUPAC 2021 года · Справочник химии и физики CRC · NIST. Значения, отмеченные ~, являются расчётными, а не измеренными.

Размер в масштабе

How big is a бериллий atom?

Radius 112 pm — that is 0.112 nm, so about 4464 million of them side by side would span a millimetre.

Тепловой диапазон

Solid, liquid, gas — and when

Бериллий is liquid over a 1183 K window, from 1560 K to 2743 K.

Положение

Положение в таблице

Бериллий sits in period 2, group 2. Everything in group 2 shares the same outer-electron count, which is why they behave so similarly.

OTHER ЩЕЛОЧНОЗЕМЕЛЬНЫЕ МЕТАЛЛЫ

All щелочноземельные металлы

История

Что такое бериллий и как его обнаружили

Лёгкий, прочный металл с высокой температурой плавления. Токсичен в виде порошка.

The discovery of бериллий

Разгадка сладкой тайны

История открытия бериллия напоминает детективный рассказ, растянувшийся на два десятилетия: в ней участвовали выдающиеся химики, токсичные кристаллы и настолько неуловимый металл, что до раскрытия его истинной природы он получил прозвище «глюциний» (сладкий).

Французский след (1797)

Louis-Nicolas Vauquelin, французский аптекарь и химик, анализировал изумруды и кристаллы берилла в своей парижской лаборатории, когда сделал поразительное открытие. Эти красивые зелёные и голубые камни содержали неизвестный элемент, который при растворении давал характерный сладкий вкус — отсюда название «глюциний», происходящее от греческого слова «glykys» (сладкий).

Vauquelin уже прославился открытием хрома годом ранее, но бериллий оказался гораздо более сложной задачей. Он мог обнаружить присутствие элемента химическим анализом, но не мог выделить чистый металл. Созданные им соединения со сладким вкусом на самом деле были солями бериллия, которые теперь известны как чрезвычайно токсичные — к счастью, Vauquelin пробовал лишь крошечные количества.

Немецкий прорыв (1828)

Гонка за выделение чистого бериллия более 30 лет захватывала европейских химиков. Прорыв одновременно совершили два выдающихся немецких учёных, работавших независимо друг от друга:

Friedrich Wöhler, известный синтезом мочевины и опровержением теории «жизненной силы», разработал остроумный метод. Он нагревал хлорид бериллия с металлическим калием в платиновой тигле, получая крошечные серебристые шарики чистого бериллия. Тем временем Antoine Bussy во Франции применил похожий подход с калием и фторидом бериллия.

Wöhler описал свой успех: «Мне удалось выделить металлическое основание бериллия. Оно имеет вид небольших, стально-серых, очень твёрдых комочков». Оба учёных столкнулись с огромными трудностями: для плавления бериллия требовалась температура выше 1,287°C, а его оксид образовывал непроницаемый защитный слой.

Спор о названии

Между французскими и немецкими химиками разгорелась ожесточённая борьба за название. Французы настаивали на «глюцинии» (Gl), тогда как немцы предпочитали «бериллий» (Be) по названию минерала берилла. Спор продолжался до 1957 года, когда Международный союз теоретической и прикладной химии официально выбрал «бериллий», хотя в некоторых французских и русских текстах название «глюциний» использовалось ещё в 1970-х годах.

Промышленная революция (1900-е–1940-е годы)

Бериллий оставался лабораторной диковинкой, пока Alfred Stock не разработал в Германии около 1916 года усовершенствованные методы очистки. Невероятные свойства металла — он легче алюминия, но прочнее стали — привлекли внимание военных во время Второй мировой войны. Манхэттенский проект использовал бериллий как отражатель нейтронов в ядерном оружии, внезапно превратив этот малоизвестный элемент в стратегически важный.

Применение

Для чего используется бериллий

Применение в аэрокосмической отрасли и обороне

Бериллий — основа современной аэрокосмической техники, за что получил прозвище «металл космической эры». Его исключительные свойства делают его незаменимым в критически важных областях, где отказ недопустим.

Космические аппараты и спутниковые технологии

NASA широко использует бериллий в зеркалах космического телескопа James Webb: 18 шестиугольных бериллиевых сегментов образуют главное зеркало. Термическая стабильность металла позволяет зеркалам сохранять точную форму при экстремальных перепадах температуры в космосе (от -223°C до +123°C). Boeing использует бериллий в компонентах спутников, поскольку он сохраняет стабильность размеров и при этом на 40% легче стали.

Военные и оборонные системы

Истребители F-22 Raptor и F-35 Lightning II используют бериллий в своих системах наведения и компонентах радаров. Lockheed Martin применяет медно-бериллиевые сплавы в системах наведения ракет, где необходимо минимизировать электромагнитные помехи. Прозрачность металла для рентгеновских лучей делает его необходимым для взрывателей ядерного оружия и регулирующих стержней реакторов.

Прецизионное производство

Медно-бериллиевые сплавы (BeCu), содержащие 0,5–3% бериллия, позволяют создавать лучшие в мире пружины и электрические контакты. Такие компании, как Materion Corporation, производят компоненты BeCu для:

  • Медицинских устройств: МРТ-аппаратов, КТ-сканеров и хирургических инструментов
  • Электроники: высококачественного аудиооборудования, компонентов смартфонов и компьютерных разъёмов
  • Автомобильной промышленности: датчиков антиблокировочной системы тормозов, систем подушек безопасности и компонентов впрыска топлива

Ядерные применения

Бериллий служит отражателем и замедлителем нейтронов в ядерных реакторах. Его малое эффективное сечение поглощения нейтронов делает его идеальным для отражения нейтронов обратно в активную зону реактора, что повышает эффективность. Металл также используется в источниках нейтронов для каротажа нефтяных скважин и испытаний материалов.

Специализированные инструменты

Неискрящие медно-бериллиевые инструменты необходимы во взрывоопасных средах, например на нефтеперерабатывающих заводах, химических предприятиях и в горнодобывающих организациях. Эти инструменты предотвращают появление опасных искр, способных воспламенить горючие газы или пыль.

Электроника и технологии

  • Высококачественное аудиооборудование: бериллиевые купольные твитеры в акустических системах Focal, TAD и Yamaha для превосходного воспроизведения звука
  • Компоненты смартфонов: медно-бериллиевые пружины в разъёмах зарядки и кнопках iPhone и Samsung Galaxy
  • Компьютерные разъёмы: позолоченные медно-бериллиевые контакты в USB-портах, HDMI-кабелях и разъёмах материнских плат
  • Прецизионные инструменты: компоненты швейцарских часов, пружины медицинских устройств и научные измерительные приборы

Автомобильная промышленность

  • Системы безопасности: медно-бериллиевые компоненты в датчиках срабатывания подушек безопасности и компонентах антиблокировочной системы тормозов
  • Высокопроизводительные автомобили: Formula 1 и NASCAR используют пружины клапанов BeCu в двигателях с высокими оборотами
  • Электромобили: Tesla и другие производители электромобилей используют бериллиевые сплавы в системах управления аккумуляторами

Аэрокосмические применения

  • Пассажирские самолёты: Boeing 787 и Airbus A350 используют бериллий в авионике и навигационных системах
  • Космические миссии: SpaceX Falcon 9, марсоходы NASA и компоненты Международной космической станции
  • Спутники: спутники GPS, системы мониторинга погоды и спутники связи

Промышленное оборудование
  • Неискрящие инструменты: гаечные ключи, молотки и отвёртки для взрывоопасных сред
  • Сварочное оборудование: электрододержатели и электроды для контактной сварки
  • Нефтегазовая промышленность: буровое оборудование, компоненты клапанов и инструменты для обеспечения безопасности

Откуда он берётся

Встречаемость в природе

2.8 mg/kg of Earth's crust · more abundant than 61% of elements

Распространение на Земле

Бериллий — редкий и ценный элемент, его распространённость в земной коре составляет всего 2,8 частей на миллион, поэтому он встречается реже серебра или платины. Несмотря на редкость, бериллий играет важную роль как в геологических процессах, так и в космических явлениях.

Основные источники минералов

Самая важная бериллиевая руда — берилл (Be₃Al₂Si₆O₁₈), который в чистом виде образует красивые драгоценные камни:

  • Изумруд: берилл, окрашенный хромом в зелёный цвет; встречается в Колумбии, Замбии и Бразилии
  • Аквамарин: голубой берилл, окрашенный следами железа; добывается в Бразилии, на Мадагаскаре и в Пакистане
  • Морганит: берилл розового цвета, окрашенный марганцем; обнаружен в Калифорнии и на Мадагаскаре
  • Гелиодор: золотистый берилл, окрашенный следами урана; встречается в Украине и Намибии

К другим минералам бериллия относятся бертрандит (Be₄Si₂O₇(OH)₂), который в основном встречается на горе Спор в штате Юта, и хризоберилл (BeAl₂O₄), к которому относятся драгоценные камни кошачий глаз и александрит.

Глобальная добыча

Соединённые Штаты доминируют в производстве бериллия: шахта Materion Corporation в штате Юта даёт около 85% мирового бериллия. Китай разрабатывает небольшие месторождения в провинции Синьцзян, а в Казахстане и Мозамбике развиваются новые предприятия. Шахта на горе Спор в штате Юта содержит крупнейшие из известных в мире залежи бертрандита.

Космическое происхождение

У бериллия захватывающая космическая история. В отличие от большинства элементов, бериллий не может образовываться в результате звёздного нуклеосинтеза, поскольку разрушается при высоких температурах внутри звёзд. Вместо этого бериллий-9 образуется в результате осколочной реакции под действием космических лучей — когда высокоэнергетические космические лучи сталкиваются с ядрами углерода и кислорода в космосе, расщепляя их с образованием бериллия.

Этот процесс делает бериллий «космологическим хронометром»: учёные могут оценивать возраст космических лучей, измеряя изотопы бериллия в метеоритах и космических образцах.

Обращение

Безопасность

ПРЕДУПРЕЖДЕНИЕ О ЧРЕЗВЫЧАЙНОЙ ОПАСНОСТИ

Бериллий — один из самых токсичных металлов, известных человечеству. Даже микроскопические количества могут вызвать тяжёлое необратимое заболевание лёгких. Этот элемент требует максимального уровня мер безопасности в любой форме.

Бериллиоз — безмолвный убийца

Хроническая бериллиевая болезнь (CBD) — неизлечимое прогрессирующее заболевание лёгких, вызываемое вдыханием частиц бериллия. Симптомы могут появиться через десятки лет после воздействия и включают:

  • Прогрессирующую одышку и хронический кашель
  • Боль в груди и сильную утомляемость
  • Потерю веса и ночную потливость
  • В конечном итоге — дыхательную недостаточность и смерть

Болезнь поражает 2–6% подвергшихся воздействию работников; некоторые люди имеют генетическую предрасположенность. Лечения не существует — возможно только контролировать симптомы с помощью кортикостероидов.

Нормы OSHA и пределы воздействия

Допустимый предел воздействия (PEL): 2,0 μg/m³ (средневзвешенное значение за 8 часов)

Предел кратковременного воздействия: 5,0 μg/m³ (среднее значение за 15 минут)

Уровень действия: 0,1 μg/m³ (требует медицинского наблюдения)

Обязательные меры безопасности

  • Инженерные средства контроля: вентиляция с HEPA-фильтрацией, рабочие зоны с отрицательным давлением, закрытые процессы
  • Средства индивидуальной защиты: полнолицевые фильтрующие респираторы (минимальный APF 25), одноразовая защитная одежда, нитриловые перчатки
  • Медицинское наблюдение: исходная и ежегодная рентгенография грудной клетки, тесты функции лёгких, тесты пролиферации лимфоцитов на бериллий
  • Дезактивация: отдельные душевые, раздельные помещения для переодевания, утилизация загрязнённой одежды

Действия в чрезвычайных ситуациях

Вдыхание: немедленно вывести пострадавшего на свежий воздух и обратиться за медицинской помощью даже при отсутствии симптомов

Попадание на кожу: тщательно промыть водой с мылом, снять загрязнённую одежду

Попадание в глаза: промывать водой не менее 15 минут, немедленно обратиться за медицинской помощью

Проглатывание: не вызывать рвоту, немедленно обратиться за медицинской помощью

Безопасное хранение и обращение

Хранить в герметичных маркированных контейнерах в специально отведённых зонах с ограниченным доступом. Никогда не подметать загрязнённые бериллием участки всухую — использовать только вакуумные системы с HEPA-фильтрами. Утилизировать как опасные отходы через лицензированных подрядчиков.

Краткие ответы

Бериллий: часто задаваемые вопросы

What is Бериллий?

Бериллий (symbol Be) is element 4 on the periodic table, a щёлочноземельный металл in period 2, group 2. A stiff, feather-light metal that is transparent to X-rays and lethally toxic as dust. At room temperature it is a solid.

What is the electron configuration of Бериллий?

Бериллий's ground-state electron configuration is [He] 2s², giving 2 occupied shells holding 2, 2 electrons respectively.

What are the melting and boiling points of Бериллий?

Бериллий melts at 1560 K (1286.9 °C) and boils at 2743 K (2469.9 °C).

What is the atomic mass of Бериллий?

The standard atomic weight of Бериллий is 9.012 u. That is a weighted average across its naturally occurring isotopes, which is why it is rarely a whole number.

How dense is Бериллий?

Бериллий has a density of 1.85 g/cm³. Water is 1.0 g/cm³, so a block of бериллий is about 1.9× heavier.

What is the electronegativity of Бериллий?

Бериллий has a Pauling electronegativity of 1.57. The scale runs from 0.70 (francium, the least greedy for electrons) to 3.98 (fluorine, the most). Values in this middle band tend to form covalent rather than strongly ionic bonds.

Who discovered Бериллий, and when?

Бериллий was discovered in 1798 by Louis-Nicolas Vauquelin. It is named after from the gemstone beryl.

How common is Бериллий on Earth?

Бериллий makes up about 2.8 mg/kg of the Earth's crust — uncommon, but not rare.