Берилій: це що, і де його використовують?
Опубликованно 02.02.2018 06:32
Берилій – це елемент другої групи 2-го періоду таблиці Менделєєва, що має атомний номер 4 і помічається символом Ве. Він високотоксичний і володіє безліччю специфічних властивостей, які зумовили його широке застосування в багатьох сферах. І зараз буде розказано як про характеристики даного елемента, так і про його використання.Фізичні властивості
Виглядає дана речовина як світло-сірий метал. Він відносно твердий, за шкалою Мооса оцінений в 5,5 балів. Це означає, що його можна пошкодити лише з зусиллям, і лише чимось гострим. Він є одним із самих твердих металів, що існують у чистому вигляді. За цим показником випереджає іридій, осмій, вольфрам і уран.
Можна виділити такі фізичні характеристики:Щільність – 1,848 г/см3.Молярний об'єм – 5,0 см3/моль.Температура плавлення і кипіння – 1278 °C і 2970 °C відповідно.Молярна теплоємність – 16,44 Дж/(К•моль).Питома теплота плавлення і випаровування – 12,21 і 309 кДж/моль відповідно.
Ще у цього металу високий модуль пружності, який становить 300 Гпа. Навіть у сталей цей показник дорівнює 200-210 Гпа. Перебуваючи на повітрі, він активно покривається стійкою плівкою атмосферного оксиду ВеО. Також варто відзначити, що в бериллии дуже висока швидкість звуку. Вона дорівнює 12 600 м/с. А це в два-три рази вище, ніж в інших металах.Крихкість
Незважаючи на свою вражаючу твердість, берилій – це дуже крихкий метал. Швидше за все, дане якість пов'язано з присутністю в ньому кисню. Але ця особливість легко усувається. Берилій відправляють у вакуум на переплавку. У цьому процесі обов'язково бере участь розкислювач (титан, наприклад). В результаті виходить міцний метал з достатньою ковкістю.
Також крихкість берилію – це особливість, пов'язана з поширенням у монокристалах тріщин. Враховуючи даний факт, підвищити пластичність металу можна за допомогою обробки, зменшує розмір зерен і перешкоджає їх зростання. Це властивість берилію завжди усувається, оскільки через нього він вкрай погано зварюється і паяется. До речі, крихкість може і підвищитися – для цього досить додати в метал трохи селену (металоїд, халькоген).Хімічні особливості
Даний метал з цілого ряду своїх властивостей схожий на алюміній – це простежується навіть у рівняннях реакцій берилію, які, до речі, вельми специфічні. При кімнатній температурі метал має низьку реакційну здатність, а в компактному вигляді не взаємодіє навіть з водою і парою.
Повітрям він окислюється до температури 600 °C. Коли даний показник перевищується, то стають можливими реакції з галогенами. А ось для взаємодії з халькогенами необхідні ще більш високі температури. З аміаком, наприклад, берилій може вступити в реакцію, тільки якщо буде більше 1200 °C. Внаслідок цього утворюється нітрид Be3N2. Але зате порошок даної речовини горить вражаючим яскравим полум'ям. І при цьому утворюється нітрид і оксид.Be(OH)2
Це гідроксид берилію. При нормальних умовах він виглядає як гелевидний речовина білого кольору, яке майже не розчиняється у воді. Але зате цей процес успішно відбувається, коли він потрапляє в розведену мінеральну кислоту. Ось так, до речі, виглядає реакція сірчаної кислоти і гідроксиду берилію за формулою: Ве(ОН)2 + H2SO4 ? BeSO4 + 2Н2О. В результаті, як можна бачити, утворюється сіль і вода. З лугами оксид теж взаємодіє. Виглядає це так: Ве(ОН)2 + 2NaOH ? Na2Be(OH)4.
Ще цікава реакція відбувається при температурному впливі. Якщо збільшити показник до 140 °C, то речовина розкладеться на оксид і воду: Ве(ОН)2 ? ВеО + Н2О. до Речі, отримують гідроксид допомогою обробки солей берилію, яка відбувається або з участю лужних металів, або в ході гідролізу натрію. Також в даному процесі може брати участь фосфід металу.BeSO4
Це сульфат берилію. Ця речовина являє собою тверді кристали білого кольору. Його отримують в результаті взаємодії сірчаної кислоти і будь солі берилію у воді. Супроводжується процес випарюванням і подальшою кристалізацією виходить в результаті продукту. Якщо нагріти гідрат до 400 °C, то вийде розкласти його на Н2О і безводну сіль. У BeSO4 було досить специфічне застосування. Його змішували з сульфатом радію (неорганічне речовина лужноземельних радіоактивного металу) і використовували в атомних реакторах в якості джерела нейтронів. На сьогоднішній день його нерідко застосовують у такому вигляді альтернативної медицини, як гомеопатія.Ве(NO3)2
Це нітрат берилію. Він є середньою сіллю цього металу і азотної кислоти. Дане з'єднання може існувати лише як кристалогідрати різного складу. Безводних нітратів просто не існує. Внаслідок додавання концентрованої азотної кислоти вдається виділити з водного розчину тетрагидрат берилію. Формула виглядає так: Ве(NO3)2•4Н2О. Цікаво, що кристали цієї речовини розпливаються на повітрі. А в результаті реакцій, що проводяться в розчині з 54-відсотковим вмістом азотної кислоти, може утворюватися тригідрат. Також з участю даних речовин можна утворити дигідрат.
Нітрат даного металу раніше активно використовувався у виробництві ковпачків так званих газокалильных ламп. Він ідеально для цього підходив, адже міг термічно розкладатися, утворюючи оксид. Але потім повсюдно почало поширюватися електричне освітлення, і дана технологія канула в лету, як і застосування нітрату. Він, до речі, є токсичним, як і будь-які інші берилієві з'єднання. Більш того, навіть в малих кількостях ця речовина – подразник, провокуючий гостру пневмонію.Одержання металу
У промисловості берилій – це активно використовується метал, який потрібно робити у великій кількості. Тому використовується самий оперативний метод. Полягає він у переробці берилу (мінералу, кільцевого силікату) сульфат або гідроксид даного елемента. Металевий берилій виробляють за допомогою відновлення фториду BeF2 за допомогою магнію. Здійснюється даний процес при температурному режимі в 900-1300 °С або іншим методом – електролізом хлориду BeCl2. У цій реакції бере участь хлорид натрію (NaCl), а все відбувається при температурі 350 °С.
Отримується в результаті речовина відправляють на дистиляцію у вакуум. Результатом цього процесу стає метал високої чистоти.Металовиробництво
У цій сфері активно застосовується такий хімічний елемент, як берилій. Він – ефективна легирующая добавка. Берилій включають до складу сплавів для того, щоб підвищити їх міцність і твердість. З присутністю даного металу вони також знаходять корозійну стійкість. Вироби, виготовлені із сплавів з берилієм, дуже довговічні і міцні. Які, наприклад? Яскравий приклад – пружинні контакти. Всього 0,5 % цього металу досить додати в бронзу, з якої їх роблять. Пружини виходять міцними і залишаються пружними аж до температури червоного розжарювання. Вони, на відміну від виробів з будь-якого іншого сплаву, витримують мільярди циклів величезного навантаження.Аерокосмічні технології
У виробництві систем наведення і теплових екранів жоден інший конструкційний метал не проявляє себе так, як берилій. Йому в даній сфері немає рівних. Цей метал додають в конструкційні матеріали, щоб вони набули легкість і при цьому отримали збільшену стійкість до високих температур і міцність. Такі сплави виходять в півтора рази легше алюмінію і міцніше.
Ще в будові аерокосмічної техніки використовуються бериллиды, є інтерметалічними сполуками даної речовини з іншими металами. Вони дуже тверді, мають малу питому щільність і вражаючу стійкість до температури. Тому з бериллидов роблять обшивки літаків і ракет, використовують їх у виробництві двигунів, систем наведення, гальм. Навіть сплави титану за своїми якостями програють даними речовин. До речі, чималій кількості бериллидов властиві специфічні ядерні характеристики. Саме тому їх застосовують в атомній енергетиці (роблять відбивачі нейтронів, наприклад).Інші сфери застосування
Крім перерахованого, берилій (точніше його алюмінат) також використовують у виробництві твердотільних випромінювачів. Були виявлені і палива, що містять цю речовину. Вони є менш токсичними і більш дешевими, ніж всі інші. Зокрема, було виявлено ракетне паливо з гідридом берилію. Важливо відзначити, що вже згаданий раніше оксид берилію – самий теплопровідний з усіх існуючих. Тому його використовують в якості високотемпературного ізолятора і стійкого вогнетривкого матеріалу.
А ще берилій є популярним речовиною для виготовлення електродинамічних гучномовців. Адже він твердий і легкий. От тільки з-за крихкості, дорогої обробки і токсичності динаміки з цим металом застосовують лише у професійних аудіосистемах. А деякі виробники, щоб поліпшити показники своїх продажів, заявляють про використання цього металу в своїй техніці, навіть якщо це не так.
Категория: Студентам