Бериллий. Физикалық және химиялық қасиеттері

Оңтүстік Қазақстан обылысы
Шардара ауданы
№ 16 колледж
Орындаған: Тұ-53 топ студенті Мерзалиева Фатима Баходирқызы
Жетекшісі: Айтенова Нұргул Ыдырысқызы

Жоғарыда қарастырылған сирек элементтердің ешқайсысы табиғатта күрделі силикат немесе алюмосиликат түрінде кездеспейді. Осы металдармен түзілетін көптеген минералдардың меншікті салмағы, электрөткізгіштігі және магниттік қасиеттері жоғарылау және де осы қасиеттер кендерді байытуды оңайлатады.

Минерал құрамындағы бағалы компоненттің көп мөлшерде болуы, металдың бөлінуін жеңілдететін жоғары про­центті концентраттар алуға мүмкіндік береді.

ІІ-І топтардағы сирек элементтер — бериллий, литий, рубидий, цезий. Бұл элементтер көбінесе алюмосиликаттар түрінде кездеседі. xMeOySiO₂ Аl₂О₃, олардың таза минералдағы проценттік құрамы көп емес, ал концентраттарда тіпті аз болады. Кендердің және концентраттардың құрамында көп мөлшерде кремнезем мен глиноземнің болуы шикізаттан металдарды бөліп алу процесін күрделендіреді.

1.Тарихи мағлұматтар

Бериллий деп аталған элементті берилл минералыман 1979 ж. Вокелен ашты. Бериллийді таза күйінде алу өте қиын болды, тек 1827 жылы бериллий оксидін металдық кальциймен тотықсыздандыру арқылы жартылай таза бериллий алынды. Бериллийді алудың қиындығы, ол XX ғасырға дейін тек ғылыми қызығушылықта болды, ал практикада қолданылмады, осы себеппен түсіндіріледі. Алғаш рет бериллийді өндірісте балқыған тұздардан электролиз арқылы алуға деген талпыныс біздің ғасырдың 20-шы жылдардың соңына қарай бол­ды, яғни бериллийді металл күйінде алғаннан кейін 100 жылдан кейін.

Қазіргі кезде бериллийдің бірнеше қызықты қасиеттерге иe екендігі белгілі және осымен байланысты химия және металлургияда бериллийді зерттеу және өндірістік алудың басты назарында болып отыр.

Әсіресе реакторларда нейтрон тежеткіш нейтрон көзі ретінде және ядролық техниканың басқа да қажеттіліктерінде пайдаланылуы оның ядролық қасиеттеріне байланысты.

Бериллийдің қосылыстарын зерттеуде И.В. Авдеев өтe көп еңбек еткен, ол 1842 жылы көптеген тәжірибелер арқылы бериллий алюминийге ұқсас болғанымен де, магнийге ұқсастығын дәлелдеген, яғни басқа ғалымдар атағандай,  үш валенттілік емес екі валенттілік көрсететінін айтқан.

Тау инженері Авдеев бериллий қосылыстарын зерттеуді 1831 жылы Екатеринбург таулы аймағында шаруалармен кездейсоқ табылған берилл минералының үлгісін Екатеринбургқа гранильдеуші фабрикаға әкелгеннен бастады. Авдеев бірнеше қызықты тәжірибелер жүргізіп калий-бериллий-сульфат қос тұзын алды. Алынған өнімді анализдеу негізінде бериллий түзілуі алюминийге тән кварцтар түзбейтінін дәлелдеді. Бериллий оксидін "глицинді" зерттей отырып, Авдеев ол алю­миний оксидіне қарағанда магний оксидіне көп ұқсас екенін және глицин оттектің бір атомынан тұратынын дәлелдеді. Авдеев сонымен қатар бериллийдің атомдық салмағын (9,26-ға тең) анықтады. Д.И. Менделеев Авдеевтің пікірімен толық келісті және бериллий оксидін "глиноземді" емес "магнезиалды" тотық деп санады, яғни оған Ве₂О₃ формуласы емес BeО дәл деп санады. Авдеев зерттеулері Менделеевке бериллийді периодтық жүйедегі II топқа кіргізуіне негіз болды және оған 9,4 атомдық салмағын қабылдады, бұрынырақта атомдық салмағы 13-ке тең деп есептелген.

Бериллий алынғаннан кейін оны тәтті дәмі болғандықтан жаңа элементті "глиций" деп атауға ұсыныс жасалды. "Глиций" — "тәтті" дегенді білдіреді. Бірақ бұл атау (кезінде қолданылған) берілмеді және G1 деген символ тек кейбір француз туындыларында кездеседі.

2. Физикалық және химиялық қасиеттері

Берилий периодтық жүйедегі II топқа кіреді, атомдық салмағы 9,2. Бериллийдің электрондық құрылысы, реттік нөмірі 4 болғандықтан өте қарапайым: 2, 2. Сыртқы екі электронын беріп Be, инертті газ гелийдің тұрақты конфигурациясына ие болады. Сондықтан, әдетте бериллий өзінің қосылыстарында екі валентті.

Металдық бериллий тығыздығы — 1,84 г/см³.

Балқу температурасы - 1284°С.

Қайнау температурасы - 2744°К.

Бериллийдің бу қысымдары келесі шамалармен өрнектеледі:

Температура 0К	Қысым, мм.рт.ст
1200	2,10*10-3
1500	1,3*10-2
1800	7,96*10-1
2000	6,01
2500	2,19
2700	6,26

 

Электрөткізгіштігі мысқа қарағанда 12 есе аз. Электр кедергісі 5,88 10^-6 Ом см (0°С-де). Металдық бериллий сұр болат түсті. Кристалдық торы гексагональды тығыз орналасқан. Бериллийдің созылғыштық модулі 3000 кг/мм².

Оның механикалық қасиеттері бериллийді өңдеу мен алу жолына байланысты, яғни оның кристалл торының құрылымына байланысты.

Кристалдардың бағдарлы орналасуымен байланысты тіке және көлденең кескіні үшін бериллийдің қаттылығы да әp түрлі. Мысалы үлгінің көлденең кескіні үшін қаттылық мәні 64-ке тең, ал тіке кескіні үшін — 81,2. Металдың қаттылығы, сонымен қатар оның тазалығына тәуелді. 99,9%-ды таза бериллий морт сынғыш болады, сондықтан суық күйінде де, ыстық күйінде де майыстыруға келмейді. Ыстық күйінде оны нығыздауға болады.

Бериллийдің морттылығы оның құрамында оттек болуымен байланысты болуы мүмкін. Егер бериллийді вакуумда қышқылдық қасиеттері басым металдармен балқытса (мысалы 0,5% титан қосса), онда қақтауға төзімді металл пайда болады.

Құрғақ ауада қалыпты температурада тұрақты, ылғал ауада ақырындап тотығады. 400-500°С-ға дейін қыздырғанда тотығу өте ақырын жүреді, 800°С-тан бастап жылдамдықта, 1200°С-да металдық бериллийдің ВеО — оксидінің жануы болады. Сутекпен металдық бериллий әрекеттеспейді.

Бериллийдің суға қатынасы өте ерекше: бериллий электр теpіc металл, кернеу қатарында магний мен кальцийдің арасында орналасқанымен де ол сутегін судан суық және ыстық қыздырылған күйде де ығыстырып шығара алмайды. Бұл металл бетінде тотық қабықшасының түзілуімен түсіндіріледі.

Бірақ металдық бериллий су мен әр түрлі кристал-логидраттар бөліп шығарады. Осындай құбылыстар магний, алюминий және мырыш үшін бұрынырақ та кездескен. Ұнтақталған металдық бериллий әp түрлі жылдамдықта ұнтақ тұздармен әрекеттеседі. Әсіресе кейбір металдардың хлорид кристаллогидраттары өте активті: сульфаттардың кристаллогид-раттары суды қиынырақ бөледі, ал нитраттың кристаллогидраттары бериллиймен мүлдем әрекеттеспейді.

Минералды қышқылдар бериллийді жақсы ерітеді, қыздырылған азот қышқылында ол тез ериді. Бериллий оксиді түзілуінен суық азот қышқылы металды енжарлайды.

Сілті ерітінділерімен бериллий алюминаттарға сәйкес — бериллат тұздарын түзеді:

Be + 2NaOH → Na₂BeO₂ + H₂

Бериллийге ұқсас металдың бір де біреуі (магний, кальций, стронций, барий) қасиетке ие емес. Осы жағдайда периодтық жүйенің сол жақ бөлігіндегі элементтерге тән сипаттама, нақты айтқанда "диагональ бойынша ұқсастық" (1 сурет).

Период	I	II	III	IV	V
II	Li	Be	B	C	N
III	Na	Mg	Al	Si	P
IV	K	Ca	Ga	Ge	As

1 сурет - Элементтердің диагональ бойынша ұқсастығы

Сонымен, бериллий көптеген қатынастарда алюминиймен ұқсас, бор — кремниймен, литий — магниймен. Бериллий ядролық техникада маңызы болғандықтан, оның ядролық қасиеттеріне толығырақ тоқталып өтейік. Бериллийдің тек бір ғана табиғи изотопы бар — Be⁹. Жасанды жолмен бірнеше изотоптары алынған, оның ішінде маңыздысы Be⁸. Ол Be⁸ — изотопын нейтрондармен немесе гамма-сәулелермен шағылдырғанда түзілуі мүмкін. Be⁸ — жартылай ыдырау периоды бар болғаны 0,61 сек., сондықтан ол ақырындап гелийдің екі атомына ыдырайды — Не⁴. Нейтрондармен шағылған металда (ядролық факторларда) 450°С-дан жоғарыда кішкене шарлар түрінде бөлінетін газдың қосылуы байқалады.  - бөлшектердің әсерінен мынадай реакция өтеді:

₄Be⁹ + ₂He⁴  → ₆C¹² + нейтрон

Осының нәтижесінде бериллий дәл осындай жағдайларда нейтрон көзі болып табылады. Бериллийдің нейтрондарының жылуының көлденең қиылысуы өте көп емес — 0,010 барн. Бериллий реакторлардағы металдық жүйелердегі нейтрондарды баяулатқыш болып табылады. Олардың толық сипаттамасы арнайы еңбектерде жызылған, мысалы, Дж.Стен мақаласында.

Бериллийдің улы екенін атап кету керек. Лабораториялық және өндірістік орындарда бериллий үнемі қолданатын жерлерде ауадағы бериллийдің шектік мөлшері 2 мкг/м³ және аз уақытта қолдану, яғни 25 мкг/м³ болу керек.

И.Азимов бериллийдің улылығын кейбір ферменттерде магнийді ығыстыратындығымен және сонымен оның тірі ағзадағы қозғалысын баяулатуымен байланыстырды.

Бериллий көптеген металдармен құйма түзеді. Осы құймалардың кейбіреуі іс жүзінде маңызды орын алады. Мысалы: мыспен балқымасы "бериллий бронзасы". Бериллийдің аралық металдармен қосылыстары (бериллидтер) ыстыққа және коррозияға төзімді болып келеді. Мынадай бериллидтер ZnВе₁₃ немесе NbBе₁₂ құрамында бериллий көп мөлшерде болғандықтан меншікті салмақтары аз және нейтрондарының көлденең басып алуы төмен. Осындай қосылыстар қазіргі кезде олардың жоғарғы температуралардағы тұрақтылығымен зерттеледі (1000°С). Бериллийдің сынапта ерігіштігі өте төмен: 20°С-да - 0,001%мас. Ертеректе берілген мәліметтер бойынша бериллийдің ерігіштігі одан да азырақ – 10^-6 % мас. 100°С-та, және - 10^-4% 800°С-та.

Әдебиеттер тізімі:

1. Ферсман А.Е. Редкие металлы. 1932, № 4-5.
2. Сажин Н.П., Меерсон Г.А. Редкие элементы в новой технике // Хим. наука и пром., 1956. Т.І, № 5.
3. Меерсон Г.А. и Зеликман А.Н. Металлургия редких металлов. Метиаллургиздат, 1954.
4. Зеликман А.Н., Самсонов Г.В., Крейн О.Е. Металлургия редких металлов. Металлургиздат, 1954.
5. Тронов В.Г. Кклад русских ученых в химию редких элементов. Изд. Знание, 1952.
6. Виноградов А.П. Геохимия редких и рассеянных химических элементов в почвах. Изд. АН СССР, 1950.

---

Әлеуметтік желілерде бөлісіңіз: