Be · Элемент 4 · Щёлочноземельный металл
Жёсткий, необычайно лёгкий металл, прозрачный для рентгеновских лучей и смертельно токсичный в виде пыли.
Строение
Это не диаграмма 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 химических связей.
Измеренные значения
Каждый столбец показывает положение бериллий среди всех 118 элементов по этому свойству.
Источники: стандартные атомные веса IUPAC 2021 года · Справочник CRC по химии и физике · NIST. Значения, отмеченные символом ~, являются расчётными, а не измеренными.
Размер в масштабе
Радиус 112 pm — это 0,112 нм, поэтому около 4,46 миллионов таких атомов, расположенных бок о бок, протянулись бы на миллиметр.
Тепловой диапазон
Бериллий находится в жидком состоянии в диапазоне 1183 K — от 1560 K до 2743 K.
История
Лёгкий, прочный металл с высокой температурой плавления. Токсичен в виде порошка.
История открытия бериллия напоминает детективный сюжет, охватывающий два десятилетия и включающий талантливых химиков, токсичные кристаллы и настолько неуловимый металл, что до раскрытия его истинной природы он получил прозвище «глюциний» (сладкий).
Луи-Никола Воклен, французский фармацевт и химик, анализировал изумруды и кристаллы берилла в своей парижской лаборатории, когда сделал поразительное открытие. Эти прекрасные зелёные и голубые драгоценные камни содержали неизвестный элемент, который при растворении обладал характерным сладким вкусом — отсюда название «глюциний», происходящее от греческого слова «glykys» (сладкий).
Воклен уже был известен открытием хрома годом ранее, но бериллий оказался гораздо более сложной задачей. Он мог определить присутствие элемента с помощью химического анализа, но не мог выделить чистый металл. Созданные им соединения со сладким вкусом на самом деле были солями бериллия, которые теперь считаются чрезвычайно токсичными — к счастью, Воклен пробовал лишь крошечные количества.
Гонка за выделение чистого бериллия более 30 лет захватывала европейских химиков. Прорыв одновременно совершили два талантливых немецких учёных, работавших независимо друг от друга:
Фридрих Вёлер, известный синтезом мочевины и опровержением теории «жизненной силы», разработал остроумный метод. Он нагрел хлорид бериллия с металлическим калием в платиновом тигле, получив крошечные серебристые капли чистого бериллия. Тем временем Антуан Бюсси во Франции применил похожий метод с калием и фторидом бериллия.
Вёлер 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.
Между французскими и немецкими химиками разгорелась ожесточённая борьба за название. Французы настаивали на «глюцинии» (Gl), а немцы предпочитали «бериллий» (Be) по названию минерала берилла. Спор продолжался до 1957 года, когда Международный союз теоретической и прикладной химии официально выбрал название «бериллий», хотя в некоторых французских и русских текстах «глюциний» использовался даже в 1970-х годах.
Бериллий оставался лабораторной диковинкой, пока Альфред Шток не разработал в Германии около 1916 года более совершенные 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
Бериллий — основа современной аэрокосмической инженерии, получившая прозвище «металл космической эры». Его исключительные свойства делают его незаменимым в критически важных приложениях, где отказ недопустим.
NASA широко использует бериллий для зеркал космического телескопа James Webb, где 18 шестиугольных бериллиевых сегментов образуют главное зеркало. Термическая стабильность металла обеспечивает сохранение точной формы зеркал 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.
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 незаменимым в детонаторах ядерного оружия и регулирующих стержнях реакторов.
Медно-бериллиевые (BeCu) сплавы, содержащие 0.5-3% бериллия, позволяют создавать лучшие в мире пружины и электрические контакты. Такие компании, как Materion Corporation, производят компоненты из BeCu для:
Бериллий служит отражателем и замедлителем нейтронов в ядерных реакторах. Его низкое эффективное сечение поглощения нейтронов делает его идеальным материалом для отражения нейтронов обратно в активную зону реактора, повышая эффективность. Металл также используется в источниках нейтронов для каротажа нефтяных скважин и испытаний материалов.
Безыскровые медно-бериллиевые инструменты необходимы во взрывоопасных средах, например на нефтеперерабатывающих заводах, химических предприятиях и горнодобывающих объектах. Эти инструменты предотвращают появление опасных искр, которые могут воспламенить горючие газы или пыль.
Откуда он происходит
2,8 мг/кг земной коры · более распространён, чем 61% элементов
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.
Самая важная бериллиевая руда — берилл (Be₃Al₂Si₆O₁₈), который в чистом виде образует красивые драгоценные камни:
К другим минералам бериллия относятся бертрандит (Be₄Si₂O₇(OH)₂), встречающийся главным образом на горе Спор в штате Юта, и хризоберилл (BeAl₂O₄), к разновидностям которого относятся драгоценные камни кошачий глаз и александрит.
Соединённые Штаты доминируют в производстве бериллия: шахта Materion Corporation в штате Юта обеспечивает около 85% мирового производства 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.
У бериллия увлекательная космическая история. В отличие от большинства элементов, бериллий не может образовываться в процессе нуклеосинтеза в звёздах, 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, разрушая их и образуя бериллий.
Этот процесс превращает бериллий в «космологический хронометр» — учёные могут оценивать возраст космических лучей, измеряя изотопы бериллия в метеоритах и космических образцах.
Обращение
Бериллий — один из самых токсичных металлов, известных человеку. Даже микроскопические количества могут вызвать тяжёлое необратимое заболевание лёгких. Этот элемент требует максимального уровня мер безопасности в любой форме.
Хроническая бериллиевая болезнь (CBD) — неизлечимое прогрессирующее заболевание лёгких, вызванное вдыханием частиц бериллия. Симптомы могут появиться через несколько десятилетий после воздействия и включают:
Болезнь поражает 2-6% подвергшихся воздействию работников, причём некоторые люди генетически предрасположены к ней. Лечения не существует — возможно только контролировать симптомы с помощью кортикостероидов.
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)
Вдыхание: немедленно вывести пострадавшего на свежий воздух и обратиться за медицинской помощью даже при отсутствии симптомов
Попадание на кожу: тщательно промыть водой с мылом и снять загрязнённую одежду
Попадание в глаза: промывать водой не менее 15 минут и немедленно обратиться за медицинской помощью
Проглатывание: не вызывать рвоту и немедленно обратиться за медицинской помощью
Хранить в герметичных маркированных контейнерах в специально отведённых зонах с ограниченным доступом. Никогда не подметать сухим способом зоны, загрязнённые бериллием, — использовать только вакуумные системы HEPA. Утилизировать как опасные отходы через лицензированных подрядчиков.
Краткие ответы
Бериллий (символ Be) — элемент 4 в периодической таблице, представитель семейства щёлочноземельный металл в 2 периоде, 2 группе. Жёсткий, необычайно лёгкий металл, прозрачный для рентгеновских лучей и смертельно токсичный в виде пыли. При комнатной температуре это твёрдое вещество.
[He] 2s²; она включает 2 занятые электронные оболочки с распределением 2, 2.Бериллий плавится при 1560 K (1286.9 °C) и кипит при 2743 K (2469.9 °C).
Стандартная атомная масса Бериллий составляет 9.012 u. Это средневзвешенное значение для его природных изотопов, поэтому оно редко бывает целым числом.
Плотность Бериллий составляет 1.85 г/см³. Плотность воды — 1,0 г/см³, поэтому блок из Бериллий примерно в 1.9× тяжелее.
Электроотрицательность Бериллий по шкале Полинга составляет 1.57. Шкала простирается от 0,70 (франций, наименее склонный притягивать электроны) до 3,98 (фтор, наиболее склонный). Значения в этом среднем диапазоне обычно соответствуют ковалентным, а не преимущественно ионным связям.
Бериллий был открыт в 1798 году Louis-Nicolas Vauquelin. Назван в честь от названия драгоценного камня берилла.
На долю Бериллий приходится около 2.8 мг/кг земной коры — он встречается нечасто, но не является редким.