Бери́ллий (лат. Beryllium, от греч. βηρύλλιον, уменьшительное от βήρυλλος – берилл), Be, химический элемент II группы короткой формы (2-й группы длинной формы) периодической системы; атомный номер 4, атомная масса 9,01218. В природе встречается в основном стабильный нуклид ⁹Be, в следовых количествах – радионуклид ¹⁰Be (период полураспада T_1/2 1,6·10⁶ лет); из 7 искусственно полученных радионуклидов наиболее устойчивый – ⁷Be (электронный захват, T_1/2 53,2 сут).

Историческая справка

Минералы бериллия – аквамаpин, изумруд, александрит и дpугие – использовались в ювелирном деле ещё до н. э.; название «берилл» встречается в греческих и латинских античных произведениях. В 1798 г. французский химик Л.-Н. Воклен описал извлечённую им из минерала берилла неизвестную ранее «землю» – оксид бериллия. Металлический бериллий получен в 1828 г. Ф. Вёлеpом в Геpмании и А. Бюсси во Фpанции восстановлением хлорида бериллия калием.

Распространённость в природе

Содержание бериллия в земной коре 6·10^–4 % по массе. В свободном виде не встречается. Важнейшие бериллиевые минералы, входящие в состав бериллиевых руд: берилл 3BeO·Al₂O₃·6SiO₂ и его разновидности, фенакит 2BeO·SiO₂, бертрандит 4BeO·2SiO₂·H₂O, гельвин (Mn,Fe,Zn)₄[BeSiO₄]₃S.

Минерал александрит, алюминат бериллия. Урал (Россия).Минерал александрит, алюминат бериллия. Урал (Россия).

Свойства

Конфигурация внешней электронной оболочки атома бериллия 2s²; в соединениях проявляет степень окисления +2, редко +1; электроотрицательность по Полингу 1,57; атомный радиус 113,3 пм, радиус иона Be²⁺ 30 пм (координационное число 3). Энергия ионизации Be⁰→ Be⁺→ Be²⁺ 899,4 и 1757,1 кДж/моль. Стандартный электродный потенциал пары Be²⁺/Be в водном растворе –1,847 В.

Бериллий – серебристо-белый твёрдый, хрупкий металл; t_пл 1287 °С, t_кип 2471 °С. До 1250 °С устойчив α-Be с гексагональной решёткой, выше 1250 °С – $\beta$-Be с кубической объёмноцентрированной решёткой. При 293 К плотность 1847,7 кг/м³, электрическое сопротивление 4·10^–8 Ом·м; при 300 К теплопроводность 200 Вт/(м·К). Бериллий диамагнитен; удельная магнитная восприимчивость 1,3·10^–8 м³/кг. Механические свойства бериллия сильно зависят от чистоты и способа термической обработки.

Бериллий не взаимодействует с воздухом и водой даже при температуре красного каления вследствие образования на поверхности плотной плёнки оксида BeO. При температуре выше 800 °С заметно окисляется. С галогенами при нагревании образует галогениды, наиболее важен из которых фторид BeF₂; c азотом или аммиаком выше 600 °С образует нитрид Be₃N₂; c углеродом выше 1700 °С – карбид Be₂C. Взаимодействует с разбавленной и концентрированной соляной и серной кислотами, при нагревании – с азотной. Соли сильных кислот растворимы в воде, при действии на них аммиака получают амфотерный гидроксид Be(OH)₂. При взаимодействии Be(OH)₂ с растворами карбоновых кислот образуются оксосоли, например оксоацетат Be₄O(OOCCH₃)₆. С растворами щелочей бериллий образует бериллаты состава M₂[Be(OH)₄], с расплавами – M₂BeO₂. При высоких температурах восстанавливает оксиды и галогениды многих металлов до соответствующего металла. Бериллий в жидком состоянии растворяет многие металлы; с некоторыми металлами образует твёрдые растворы и интерметаллиды.

Летучие и растворимые соединения бериллия, пыль, содержащая бериллий или его соединения, очень токсичны, обладают аллергическим и канцерогенным действием, пары́ и пыль вызывают заболевание лёгких – бериллиоз.

Получение

Бериллий извлекают из руд несколькими методами. Сернокислотный метод заключается в спекании рудного концентрата с Na₂CO₃ или CaCO₃, обработке спека концентрированной H₂SO₄ при температуре около 300 °C. К образовавшимся сульфатам бериллия и алюминия добавляют сульфат калия. В результате кристаллизуются плохо растворимые алюмокалиевые квасцы KAl(SO₄)₂·12H₂O. Раствор обрабатывают NaOH; при кипячении образуется Be(OH)₂.

Фторидный метод основан на спекании концентрата с Na₂[SiF₆], который разлагается при нагревании с выделением летучего SiF₄ (летучесть SiF₄ ограничивает применение данного метода). При этом образуется тетpафтоpобеpиллат натрия Na₂[BeF₄], растворимый в воде, в отличие от криолита Na₃[AlF₆], образуемого алюминием. Из раствора Na₂[BeF₄] действием NaOH осаждают Be(OH)₂. Дальнейшую очистку бериллия проводят, используя растворимый карбонатный комплекс бериллия (NH₄)₂[Be(CO₃)₂] или сублимацию оксоацетата бериллия Be(OH)₂ переводят в BeF₂ либо BeCl₂. Металлический бериллий получают восстановлением BeF₂ магнием при температуре около 1300 °C или электролизом расплава смеси хлоридов бериллия и натрия. Очистку бериллия проводят вакуумной дистилляцией или зонной плавкой.

Применение

Бериллий используют как легирующую добавку для увеличения прочности, твёрдости, электро- и теплопроводности сплавов. Сплав бериллия и меди – бериллиевая бронза (0,2–3 % бериллия) – обладает уникальной упругостью, из него изготавливают практически «вечные» пружины. Насыщение поверхности стальных изделий бериллия – бериллизация – увеличивает их коррозионную стойкость. Ядерные свойства нуклида ⁹Be важны для атомной физики: сечение захвата нейтронов бериллия мало (0,0092 баpн), поэтому бериллий используют для производства замедлителей и отражателей нейтронов в атомных реакторах. Нуклид ⁷Be – изотопный индикатор. Бериллий в смеси с соединениями радия служит источником нейтронов и дейтронов. Поскольку бериллий слабо поглощает рентгеновское излучение, из него изготавливают «окна» рентгеновских трубок. Бериллий используют в авиа- и ракетостроении (оболочки ракет и самолётов), электронике и электротехнике.