В каких продуктах содержится бериллий
Бериллий Be — находится во II А группе периодической системы. В эту же группу входят магний, кальций и радий. Эти металлы известны под общим названием щелочно-земельных.
Порядковый номер — 4, атомная масса — 9,01, плотность — 1,85 г/см3. Это легкий, серебристо-белый, очень прочный, упругий металл, имеющий ряд важных для промышленности свойств.
Производство и применение. Процесс получения бериллия очень дорог. Основным источником получения бериллия является алюмосиликатный минерал берилл. Из 1 т берилла получают 35 кг бериллия. Он также содержится в целом ряде драгоценных камней, например в изумруде. Для получения бериллия берилл вначале обжигают и выщелачивают. Затем полученный гидроксид переводят в хлорид, который восстанавливают марганцем для получения чистого металла или сплавляют с медью. Мировое производство бериллия измеряется не тоннами, а килограммами. Это объясняется его дороговизной, а также тем, что он используется в очень малых количествах при производстве сплавов.
Использование. Он используется для изготовления окон рентгеновских трубок, так как лучше других легких элементов пропускает рентгеновские лучи. Специальные сплавы бериллия, например, сплав с медью, используются для изготовления вибрационных пружин. Кроме того, его используют для изготовления деталей, которые должны обладать высокой электро- и теплопроводностью. Большим достоинством бериллиевых сплавов является и то, что они не электризуются и не намагничиваются. Оксид бериллия раньше использовался для изготовления флюоресцентных трубок и экранов. Однако когда стало известно, что оксид и другие соединения бериллия сильно токсичны, его перестали применять в этих целях.
Использование бериллия в промышленности все время растет. Количество используемого бериллия невелико, однако из его сплавов изготовлены многие предметы быта. Кроме того, бериллий и его соединения играют важную роль в ядерной, космической и военной промышленности. Бериллий является химическим аналогом алюминия. Так, например, его соли в воде легко гидролизуются, а гидроксид Ве(ОН)г обладает амфотерными свойствами. При растворении гидроксида в щелочи образуются соединения типа МагВеОг-
Метаболизм и токсическое действие. Через желудочно-кишечный тракт всасывается небольшая часть поступившего с пищей бериллия. В кислой среде желудка всасывается около 20 % поглощенного бериллия. Абсорбированный металл разносится по всем органам и тканям в виде связанного с белком коллоидного фосфата.
Некоторое количество бериллия, подобно магнию, откладывается в костях. Введен термин бериллиоз для обозначения заболевания, возникавшего вскоре после вдыхания пыли или паров солей малоизвестного в то время металла бериллия. Это заболевание развилось у сотен рабочих, включая тех, кто трудился в новой тогда ядерной промышленности. Все они по роду своей деятельности контактировали с чистым бериллием, его сплавами и солями. Некоторые из заболевших погибли. Было обнаружено, что частицы металла и его соединений вызывают обширное локальное повреждение тканей во всех местах отложения. Особенно этот процесс развивается в легких и на коже.
Очень опасным источником отравления бериллием являются флюоресцентные трубки, покрытые фосфорнокислым бериллием. Такие трубки уже не применяются около 30 лет. Однако старые трубки приносят много вреда в тех случаях, когда осколки попадают на кожу. Причины токсичности бериллия окончательно не установлены. Металл является сильным ингибитором некоторых ферментов, особенно щелочных фосфатаз. Он также влияет на метаболизм белков и нуклеиновых кислот, что, возможно, приводит к развитию рака. Есть сообщения и о других воздействиях бериллия на клеточном уровне. В литературе описано несколько случаев, когда вдыхание бериллиевой пыли и контакт с металлом приводили к заболеваниям. Однако нет прямых доказательств того, что попадание в организм металла и его соединений приводит к болезням, даже в ситуациях, известных под названием «случаи соседства». Это когда вспышки заболевания отмечаются не у самих рабочих бериллиевого завода, а у людей, живущих рядом с ним. Тем не менее опыты с крысами показали, что введенные в организм бериллиевые соли могут оказать серьезное воздействие на костную систему и спинной мозг. Однако не установлено, может ли последовать аналогичный эффект после потребления пищи, бывшей в контакте с бериллием или его солями. Но из-за возможности такого воздействия бериллиевые сплавы не рекомендуется использовать как материал оборудования для приготовления пищи.
Бериллий в пищевых продуктах. Существует немного данных относительно предельно допустимых концентраций бериллия в рационе питания. Установлено, что в развитых странах в организм человека ежедневно поступает 100 мкг бериллия. Получены следующие данные о содержании бериллия в пищевых продуктах, мг/кг сухой массы: картофель-0,17; помидоры — 0,24; рис — 0,08; хлеб-0,12.
Существует небольшой естественный фон загрязнения растительности и воды бериллием. Однако основное загрязнение окружающей среды происходит вблизи тепловых электростанций и металлургических предприятий.
Известно несколько растений, которые способны накапливать бериллий. Это может стать причиной избыточного поглощения металла домашними животными и людьми. Бериллий присутствует также в табачном дыме. Постоянно возрастает применение бериллиевых сплавов при производстве электрических выключателей и реле, деталей для инструментов, подвижных частей оборудования, различного рода двигателей. В связи с этим в процессе производства продуктов питания могут возникнуть ситуации, когда оборудование, содержащее бериллий, окажется использованным не для тех цепей, для которых оно было предназначено. Из-за высокой токсичности бериллия последствия такого использования могут оказаться очень серьезными.
| Бериллий | ||||
|---|---|---|---|---|
| ← Литий | Бор → | ||||
| ||||
| Относительно твёрдый, хрупкий металл светло-серого цвета | ||||
Бериллий, чистота >99%, поликристаллический фрагмент | ||||
| Название, символ, номер | Бери́ллий / Beryllium (Be), 4 | |||
| Атомная масса (молярная масса) | 9,012182(3)[1] а. е. м. (г/моль) | |||
| Электронная конфигурация | [ He ] 2s² | |||
| Радиус атома | 112 пм | |||
| Ковалентный радиус | 90 пм | |||
| Радиус иона | 35 (+2e) пм | |||
| Электроотрицательность | 1,57 (шкала Полинга) | |||
| Электродный потенциал | −1,69 В | |||
| Степени окисления | +2 ; 0 | |||
| Энергия ионизации (первый электрон) | 898,8 (9,32) кДж/моль (эВ) | |||
| Плотность (при н. у.) | 1,848 г/см³ | |||
| Температура плавления | 1551 K (1278 °C, 2332 °F) | |||
| Температура кипения | 3243 K (2970 °C, 5378 °F) | |||
| Уд. теплота плавления | 12,21 кДж/моль | |||
| Уд. теплота испарения | 309 кДж/моль | |||
| Молярная теплоёмкость | 16,44[2] Дж/(K·моль) | |||
| Молярный объём | 5,0 см³/моль | |||
| Структура решётки | гексагональная | |||
| Параметры решётки | a=2,286 Å; c=3,584 Å | |||
| Отношение c/a | 1,567 | |||
| Температура Дебая | 1000 K | |||
| Теплопроводность | (300 K) 201 Вт/(м·К) | |||
| Номер CAS | 7440-41-7 | |||
Бери́ллий (Be, лат. beryllium) — химический элемент второй группы, второго периода периодической системы с атомным номером 4. Как простое вещество представляет собой относительно твёрдый металл светло-серого цвета, имеет очень высокую стоимость[3]. Высокотоксичен.
История[править | править код]
Открыт в 1798 году французским химиком Луи Никола Вокленом, который назвал его глюцинием. Современное название элемент получил по предложению химиков немца Клапрота и шведа Экеберга.
Большую работу по установлению состава соединений бериллия и его минералов провёл русский химик Иван Авдеев. Именно он доказал, что оксид бериллия имеет состав BeO, а не Be2O3, как считалось ранее.
В свободном виде бериллий был выделен в 1828 году французским химиком Антуаном Бюсси и независимо от него немецким химиком Фридрихом Вёлером. Чистый металлический бериллий был получен в 1898 году французским физиком Полем Лебо с помощью электролиза расплавленных солей[4].
Происхождение названия[править | править код]
Название бериллия произошло от названия минерала берилла (др.-греч. βήρυλλος) (силикат бериллия и алюминия, Be3Al2Si6O18), которое восходит к названию города Белур (Веллуру) в Южной Индии, недалеко от Мадраса; с древних времён в Индии были известны месторождения изумрудов — разновидности берилла. Из-за сладкого вкуса растворимых в воде соединений бериллия элемент вначале называли «глиций» (др.-греч. γλυκύς — сладкий).[источник не указан 30 дней]
Нахождение в природе[править | править код]
Среднее содержание бериллия в земной коре 3,8 г/т и увеличивается от ультраосновных (0,2 г/т) к кислым (5 г/т) и щелочным (70 г/т) породам. Основная масса бериллия в магматических породах связана с плагиоклазами, где бериллий замещает кремний. Однако наибольшие его концентрации характерны для некоторых тёмноцветных минералов и мусковита (десятки, реже сотни г/т). Если в щелочных породах бериллий почти полностью рассеивается, то при формировании кислых горных пород он может накапливаться в постмагматических продуктах постколлизионных и анорогенных гранитоидов — пегматитах и пневматолито-гидротермальных телах. В кислых пегматитах образование значительных скоплений бериллия связано с процессами альбитизации и мусковитизации. В пегматитах бериллий образует собственные минералы, но часть его (ок. 10 %) находится в изоморфной форме в породообразующих и второстепенных минералах (микроклине, альбите, кварце, слюдах, и др.). В щелочных пегматитах бериллий устанавливается в небольших количествах в составе редких минералов: эвдидимита, чкаловита, анальцима и лейкофана, где он входит в анионную группу. Постмагматические растворы выносят бериллий из магмы в виде фторсодержащих эманаций и комплексных соединений в ассоциации с вольфрамом, оловом, молибденом и литием.
Содержание бериллия в морской воде чрезвычайно низкое — 6⋅10−7 мг/л[5].
Известно более 30 собственно бериллиевых минералов, но только 6 из них считаются более-менее распространёнными: берилл, хризоберилл, бертрандит, фенакит, гельвин, даналит. Промышленное значение имеет в основном берилл, в России (Республика Бурятия) разрабатывается фенакит-бертрандитовое Ермаковское месторождение.
Разновидности берилла считаются драгоценными камнями: аквамарин — голубой, зеленовато-голубой, голубовато-зелёный; изумруд — густо-зелёный, ярко-зелёный; гелиодор — жёлтый; известны ряд других разновидностей берилла, различающихся окраской (темно-синие, розовые, красные, бледно-голубые, бесцветные и др.). Цвет бериллу придают примеси различных элементов.
Месторождения[править | править код]
Месторождения минералов бериллия присутствуют на территории Бразилии, Аргентины, Африки, Индии, Казахстана, России (Ермаковское месторождение в Бурятии, Малышевское месторождение в Свердловской области, пегматиты восточной и юго-восточной части Мурманской области) и др[6].
Физические свойства[править | править код]
Бериллий — относительно твёрдый (5,5 баллов по Моосу), превосходящий по твердости другие лёгкие металлы (алюминий, магний), но хрупкий металл серебристо-белого цвета. Имеет высокий модуль упругости — 300 ГПа (у сталей — 200—210 ГПа). На воздухе активно покрывается стойкой оксидной плёнкой BeO. Скорость звука в бериллии очень высока — 12 600 м/с, что в 2—3 раза больше, чем в других металлах.
Химические свойства[править | править код]
Для бериллия характерны две степени окисления +1 и +2. Гидроксид бериллия(II) амфотерен, причём как основные (с образованием Be2+), так и кислотные (с образованием [Be(OH)4]2−) свойства выражены слабо. Степень окисления +1 у бериллия была получена при исследовании процессов испарения бериллия в вакууме в тиглях из оксида бериллия ВеО с образованием летучего оксида Ве2O в результате сопропорционирования ВеО + Be = Ве2O[7].
По многим химическим свойствам бериллий больше похож на алюминий, чем на находящийся непосредственно под ним в таблице Менделеева магний (проявление «диагонального сходства»).
Металлический бериллий относительно мало реакционноспособен при комнатной температуре. В компактном виде он не реагирует с водой и водяным паром даже при температуре красного каления и не окисляется воздухом до 600 °C. Порошок бериллия при поджигании горит ярким пламенем, при этом образуются оксид и нитрид. Галогены реагируют с бериллием при температуре выше 600 °C, а халькогены требуют ещё более высокой температуры. Аммиак взаимодействует с бериллием при температуре выше 1200 °C с образованием нитрида Be3N2, а углерод даёт карбид Ве2С при 1700 °C. С водородом бериллий непосредственно не реагирует.
Бериллий легко растворяется в разбавленных водных растворах кислот (соляной, серной, азотной), однако холодная концентрированная азотная кислота пассивирует металл. Реакция бериллия с водными растворами щелочей сопровождается выделением водорода и образованием гидроксобериллатов:
При проведении реакции с расплавом щелочи при 400—500 °C образуются бериллаты:
Изотопы бериллия[править | править код]
Природный бериллий состоит из единственного изотопа 9Be. Все остальные изотопы бериллия (их известно 11, исключая стабильный 9Be) нестабильны. Наиболее долгоживущих из них два: 10Be с периодом полураспада около 1,4 млн лет и 7Be с периодом полураспада 53 дня[8].
Происхождение бериллия[править | править код]
В процессах как первичного, так и звёздного нуклеосинтеза рождаются лишь лёгкие нестабильные изотопы бериллия. Стабильный изотоп может появиться как в звёздах, так и в межзвёздной среде в результате распада более тяжелых ядер, бомбардируемых космическими лучами.[источник не указан 30 дней]
Получение[править | править код]
В виде простого вещества в XIX веке бериллий получали действием калия на безводный хлорид бериллия:
В настоящее время бериллий получают, восстанавливая фторид бериллия магнием:
либо электролизом расплава смеси хлоридов бериллия и натрия.
Исходные соли бериллия выделяют при переработке бериллиевой руды.
Производство и применение[править | править код]
По состоянию на 2000 год основными производителями бериллия являлись: США (с большим отрывом), а также Китай, Казахстан. В 2014 году произвела первый образец бериллия и Россия[9]. На долю остальных стран приходилось менее 1 % мировой добычи[10]. Всего в мире производится 300 тонн бериллия в год (2016 год)[11].
Легирование сплавов[править | править код]
Бериллий в основном используют как легирующую добавку к различным сплавам. Добавка бериллия значительно повышает твёрдость и прочность сплавов, коррозионную устойчивость поверхностей, изготовленных из этих сплавов изделий. В технике довольно широко распространены бериллиевые бронзы типа BeB (пружинные контакты). Добавка 0,5 % бериллия в сталь позволяет изготовить пружины, которые остаются упругими до температуры красного каления. Эти пружины способны выдерживать миллиарды циклов значительной по величине нагрузки. Кроме того, бериллиевая бронза не искрится при ударе о камень или металл. Один из сплавов носит собственное название рандоль. Благодаря его сходству с золотом рандоль называют «цыганским золотом»[12].
Рентгенотехника[править | править код]
Бериллий слабо поглощает рентгеновское излучение, поэтому из него изготавливают окошки рентгеновских трубок (через которые излучение выходит наружу) и окошки рентгеновских и широкодиапазонных гамма-детекторов, через которые излучение проникает в детектор.
Ядерная энергетика[править | править код]
В атомных реакторах из бериллия изготовляют отражатели нейтронов, его используют как замедлитель нейтронов. В смесях с некоторыми α-радиоактивными нуклидами бериллий используют в ампульных нейтронных источниках, так как при взаимодействии ядер бериллия-9 и α-частиц возникают нейтроны: 9Ве + α → n + 12C.
Оксид бериллия наряду с металлическим бериллием служит в атомной технике как более эффективный замедлитель и отражатель нейтронов, чем чистый бериллий. Кроме того, оксид бериллия в смеси с окисью урана применяется в качестве очень эффективного ядерного топлива. Фторид бериллия в сплаве с фторидом лития применяется в качестве теплоносителя и растворителя солей урана, плутония, тория в высокотемпературных жидкосолевых атомных реакторах.
Фторид бериллия используется в атомной технике для варки стекла, применяемого для регулирования небольших потоков нейтронов. Самый технологичный и качественный состав такого стекла − (BeF2 — 60 %, PuF4 — 4 %, AlF3 — 10 %, MgF2 — 10 %, CaF2 — 16 %). Этот состав наглядно показывает один из примеров применения соединений плутония в качестве конструкционного материала (частичное).
Лазерные материалы[править | править код]
В лазерной технике находит применение алюминат бериллия для изготовления твердотельных излучателей (стержней, пластин).
Аэрокосмическая техника[править | править код]
В производстве тепловых экранов и систем наведения с бериллием не может конкурировать практически ни один конструкционный материал. Конструкционные материалы на основе бериллия обладают одновременно и лёгкостью, и прочностью, и стойкостью к высоким температурам. Будучи в 1,5 раза легче алюминия, эти сплавы в то же время прочнее многих специальных сталей. Налажено производство бериллидов, применяемых как конструкционные материалы для двигателей и обшивки ракет и самолётов, а также в атомной технике.
Ракетное топливо[править | править код]
Стоит отметить высокую токсичность и высокую стоимость металлического бериллия, и в связи с этим приложены значительные усилия для выявления бериллийсодержащих топлив, имеющих значительно меньшую общую токсичность и стоимость. Одним из таких соединений бериллия является гидрид бериллия.
Огнеупорные материалы[править | править код]
Оксид бериллия 99,9 % (изделие)
Оксид бериллия является наиболее теплопроводным из всех оксидов, его теплопроводность при комнатной температуре выше, чем у большинства металлов и почти всех неметаллов (кроме алмаза и карбида кремния). Он служит высокотеплопроводным высокотемпературным изолятором и огнеупорным материалом для лабораторных тиглей и в других специальных случаях.
Акустика[править | править код]
Ввиду своей лёгкости и высокой твёрдости бериллий успешно применяется в качестве материала для электродинамических громкоговорителей. Однако, его высокая стоимость, трудность обработки (из-за хрупкости) и токсичность (при несоблюдении технологии обработки) делают возможным применение динамиков с бериллием только в дорогих профессиональных аудиосистемах[13][14][15]. Из-за высокой эффективности бериллия в акустике некоторые производители в целях улучшения продаж заявляют о применении бериллия в своих продуктах, в то время как это не так[16].
Большой адронный коллайдер[править | править код]
В точках столкновения пучков на Большом адронном коллайдере (БАК) вакуумная труба сделана из бериллия. Он одновременно практически не взаимодействует с частицами, произведенными в столкновениях (которые регистрируют детекторы), но при этом достаточно прочен.
Астрономия[править | править код]
Из бериллия сделано зеркало телескопа Джеймса Уэбба.
Биологическая роль и физиологическое действие[править | править код]
В живых организмах бериллий не несёт какой-либо значимой биологической функции. Однако бериллий может замещать магний в некоторых ферментах, что приводит к нарушению их работы. Ежедневное поступление бериллия в организм человека с пищей составляет около 0,01 мг.
Летучие (и растворимые) соединения бериллия, в том числе и пыль, содержащая соединения бериллия, высокотоксичны. Для воздуха ПДК в пересчёте на бериллий составляет 0,001 мг/м³. Бериллий обладает ярко выраженным аллергическим и канцерогенным действием. Вдыхание атмосферного воздуха, содержащего бериллий, приводит к тяжёлому заболеванию органов дыхания — бериллиозу[17][18].
См. также[править | править код]
- Соединения бериллия
- Рандоль
- Сварка бериллия
Примечания[править | править код]
- ↑ Michael E. Wieser, Norman Holden, Tyler B. Coplen, John K. Böhlke, Michael Berglund, Willi A. Brand, Paul De Bièvre, Manfred Gröning, Robert D. Loss, Juris Meija, Takafumi Hirata, Thomas Prohaska, Ronny Schoenberg, Glenda O’Connor, Thomas Walczyk, Shige Yoneda, Xiang‑Kun Zhu. Atomic weights of the elements 2011 (IUPAC Technical Report) (англ.) // Pure and Applied Chemistry. — 2013. — Vol. 85, no. 5. — P. 1047—1078. — doi:10.1351/PAC-REP-13-03-02.
- ↑ Бериллий // Химическая энциклопедия: в 5 т. / И. Л. Кнунянц (гл. ред.). — М.: Советская энциклопедия, 1988. — Т. 1: А—Дарзана. — С. 280. — 623 с. — 100 000 экз. — ISBN 5-85270-008-8.
- ↑ Beryllium. Statistics and Information. U.S. Geological Survey. Дата обращения 15 сентября 2013.
- ↑ Венецкий С. И. Металл космического века // Рассказы о металлах. — Москва: Металлургия, 1979. — 240 с. — 60 000 экз.
- ↑ J.P. Riley and Skirrow G. Chemical Oceanography V. I, 1965
- ↑ Популярная библиотека химических элементов. Бериллий. Книги. Наука и техника
- ↑ Третьяков Ю. Д. Неорганическая химия.
- ↑ Бериллий — Кругосвет
- ↑ Россия произвела первый образец собственного бериллия
- ↑ Состояние и перспективы мирового рынка бериллия
- ↑ Валерий Чумаков Страсти по бериллию // В мире науки. — 2017. — № 4. — С. 64 — 69. — URL: https://sciam.ru/articles/details/strasti-po-berilliyu
- ↑ Рандоль
- ↑ Scan Speak offers Be tweeters to OEMs and Do-It-Yourselfers. Scan Speak. Дата обращения 1 мая 2010. Архивировано 25 мая 2014 года.
- ↑ Johnson, Jr., John E. Usher Be-718 Bookshelf Speakers with Beryllium Tweeters (12 November 2007). Дата обращения 18 сентября 2008. Архивировано 13 июня 2011 года.
- ↑ Exposé E8B studio monitor. KRK Systems. Дата обращения 12 февраля 2009.
- ↑ Svilar, Mark Analysis of «Beryllium» Speaker Dome and Cone Obtained from China (8 January 2004). Дата обращения 13 февраля 2009. Архивировано 17 мая 2013 года.
- ↑ Batich, Ray and James M. Marder. (1985) Beryllium In (Ed. 9), Metals Handbook: Metallography and Microstructures (pp. 389—391). Metals Park, Ohio: American Society for Metals.
- ↑ Орлова А.А., Толгская М.С., Чумаков А.А., Крылова А.Н., Максимюк Е.А. Бериллий // Большая медицинская энциклопедия : в 30 т. / гл. ред. Б.В. Петровский. — 3 изд. — Москва : Советская энциклопедия, 1976. — Т. 3. Беклемишев — Валидол. — С. 69-71. — 584 с. — 150 000 экз.
Литература[править | править код]
- Бериллий: Сборник переводных статей из иностранной периодической литературы: Редкие металлы. Т. 3.: Геохимия, минералогия и месторождения бериллия. М.: Иностранная литература, 1955. 188 с.
- Беус А. А. Требования промышленности к качеству минерального сырья: Справочник для геологов. 2-е изд.: Вып. 36: Бериллий. М.: Госгеолтехиздат, 1959. 38 с.
- Беус А. А. Бериллий, где и как его искать. 2-е издание. М.: Госгеолтехиздат, 1962. 28 с. (Библиотечка искателя полезных ископаемых).
Ссылки[править | править код]
- Бериллий на Webelements
- Бериллий в Популярной библиотеке химических элементов