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.
Строение
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.
Измеренные значения
Каждая полоса показывает, какое место бериллий занимает среди всех 118 элементов по этому свойству.
Источники: стандартные атомные массы IUPAC 2021 года · Справочник химии и физики CRC · NIST. Значения, отмеченные ~, являются расчётными, а не измеренными.
Размер в масштабе
Radius 112 pm — that is 0.112 nm, so about 4464 million of them side by side would span a millimetre.
Тепловой диапазон
Бериллий is liquid over a 1183 K window, from 1560 K to 2743 K.
История
Лёгкий, прочный металл с высокой температурой плавления. Токсичен в виде порошка.
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).
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.
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.
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.
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
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.
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.
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.
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:
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.
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.
Откуда он берётся
2.8 mg/kg of Earth's crust · more abundant than 61% of elements
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), который в основном встречается на горе Спор в штате Юта, и хризоберилл (BeAl₂O₄), к которому относятся драгоценные камни кошачий глаз и александрит.
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.
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
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.
Хроническая бериллиевая болезнь (CBD) — неизлечимое прогрессирующее заболевание лёгких, вызываемое вдыханием частиц бериллия. Симптомы могут появиться через десятки лет после воздействия и включают:
Болезнь поражает 2–6% подвергшихся воздействию работников; некоторые люди имеют генетическую предрасположенность. 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, 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
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 (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.
[He] 2s², giving 2 occupied shells holding 2, 2 electrons respectively.Бериллий melts at 1560 K (1286.9 °C) and boils at 2743 K (2469.9 °C).
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.
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.
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.
Бериллий was discovered in 1798 by Louis-Nicolas Vauquelin. It is named after from the gemstone beryl.
Бериллий makes up about 2.8 mg/kg of the Earth's crust — uncommon, but not rare.