Бериллий (Beryllium) Be

БЕРИЛЛИЙ (Beryllium) Be – химический элемент II группы периодической системы Менделеева, атомный номер 4, атомная масса 9,0122; легкий светло-серый металл. Имеет один стабильный изотоп 9Ве.

*Прежде всего несколько (их может быть гораздо больше!) ответов на вопрос: «Что может нам дать бериллий?»... Самолет, вес которого вдвое меньше обычного; ...ракетное топливо с наивысшим удельным импульсом; ...пружины, способные выдержать до 20 миллиардов (!) циклов нагрузки – пружины, не знающие усталости, практически вечные.
*А в начале нашего века в справочниках и энциклопедиях о бериллии говорилось: «Практического применения не имеет». Открытый еще в конце XVIII в. бериллий 100 с лишним лет оставался «безработным» элементом, хотя химикам уже были известны его уникальные и очень полезные свойства. Для того чтобы эти свойства перестали быть «вещью в себе», требовался определенный уровень развития науки и техники. В 30-х годах академик А.Е. Ферсман называл бериллий металлом будущего. Сейчас о бериллии можно и должно говорить как о металле настоящего.

Бериллиесодержащие минералы известны с древности. Некоторые из них добывались на Синайском полуострове еще в 17 в. до н.э. Название берилл встречается у греческих и латинских (Beryll) античных писателей. Сходство берилла и изумруда отмечал Плиний Старший: «Берилл, если подумать, имеет ту же природу, что и смарагд (изумруд), или, по крайней мере, очень похожую»

Бериллий был открыт в 1798. Французский кристаллограф и минералог Рене Жюст Гаюи (1743–1822), отметив сходство твердости, плотности и внешнего вида зеленовато-голубых кристаллов берилла из Лиможа и зеленых кристаллов изумруда из Перу

Рене Жюст предложил французскому химику Никола Луи Воклену (1763–1829) проанализировать берилл и изумруд, чтобы узнать, не являются ли они химически идентичными. В результате Воклен показал, что оба минерала содержат не только оксиды алюминия и кремния, как было известно и раньше, но также и новую «землю», которая очень напоминала оксид алюминия, но, в отличие от него, реагировала с карбонатом аммония и не давала квасцов. Именно этими свойствами Воклен и воспользовался для разделения оксидов алюминия и неизвестного элемента.

В виде простого вещества элемент, открытый Вокленом, впервые получил немецкий химик Фридрих Вёлер (1800–1882) в 1828, восстанавливая хлорид бериллия калием:
BeCl2 + 2K = Be + 2KCl

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:
Be + 2NaOH(р) + 2H2O = Na2[Be(OH)4] + H2

При проведении реакции с расплавом щелочи при 400–500° С образуются диоксобериллаты:
Be + 2NaOH(ж) = Na2BeO2 + H2

Металлический бериллий быстро растворяется в водном растворе NH4HF2. Эта реакция имеет технологическое значение для получения безводного BeF2 и очистки бериллия:
Be + 2NH4HF2 = (NH4)2[BeF4] + H2

Для выделения металлического бериллия его оксид или гидроксид сначала переводят в хлорид или фторид. Металл получают электролизом расплавленных смесей хлоридов бериллия и щелочных элементов или действием магния на фторид бериллия при температуре около 1300° С:
BeF2 + Mg = MgF2 + Be

Смесь соединений радия и бериллия долгое время использовалась как удобный лабораторный источник нейтронов, образующихся по ядерной реакции:
9Be + 4He = 12C + 1n
*В 1932 при использовании именно этой смеси английским физиком Джеймсом Чедвиком был открыт нейтрон.

С помощью бериллия улучшают качество поверхности деталей машин и механизмов. Для этого готовое изделие выдерживают в порошке бериллия при 900–1000° С, и его поверхность делается тверже, чем у лучших сортов закаленной стали.

Еще одна важная область применения бериллия – в ядерных реакторах, так как он является одним из наиболее эффективных замедлителей и отражателей нейтронов. Его используют и в качестве материала для окошек в рентгеновских трубках. Бериллий пропускает рентгеновские лучи в 17 раз лучше, чем алюминий и в 8 раз лучше, чем линдемановское стекло.

Бериллий не относится к биологически важным химическим элементам. В то же время, повышенное содержание бериллия опасно для здоровья. Соединения бериллия очень ядовиты, особенно в виде пыли и дыма, обладают аллергическим и канцерогенным действием, раздражают кожу и слизистые оболочки. При попадании в легкие могут вызвать хроническое заболевание – бериллиоз (легочная недостаточность). Заболевания легких, кожи и слизистых оболочек могут возникнуть через 10–15 лет после прекращения контакта с бериллием.

АЛЮМИНИЙ AL

ЧТО ТАКОЕ АЛЮМИНИЙ?
Лёгкий, прочный, стойкий к коррозии и функциональный – именно это сочетание качеств сделало алюминий главным конструкционным материалом нашего времени. Алюминий есть в домах, в которых мы живем, автомобилях, поездах и самолетах, на которых мы преодолеваем расстояния, в мобильных телефонах и компьютерах, на полках холодильников и в современных интерьерах. А ведь еще 200 лет назад об этом металле мало что было известно.

Алюминий – серебристо-белый металл, 13-й элемент периодической таблицы Менделеева. Невероятно, но факт: алюминий – самый распространенный металл на Земле, на него приходится более 8% всей массы земной коры, и это третий по распространенности химический элемент на нашей планете после кислорода и кремния.

Но каким бы распространенным ни был алюминий, его открытие стало возможным только, когда в распоряжении ученых появился новый инструмент, позволяющий расщеплять сложные вещества на простые, – электрический ток.

И в 1824 году с помощью процесса электролиза датский физик Ханс Кристиан Эрстед получил алюминий. Он был загрязнен примесями калия и ртути, задействованных в химических реакциях, однако это был первый случай получения алюминия.

Алюминий имеет редкое сочетание ценных свойств. Это один из самых легких металлов в природе: он почти в три раза легче железа, но при этом прочен, чрезвычайно пластичен и не подвержен коррозии, так как его поверхность всегда покрыта тончайшей, но очень прочной оксидной пленкой. Он не магнитится, отлично проводит электрический ток и образует сплавы практически со всеми металлами.

Самый известный пример – термитная смесь, при горении которой выделяется так много тепла, что полученное железо расплавляется:
8Al + 3Fe3O4 = 4Al2O3 + 9Fe

Вытеснение алюминием из растворов солей менее активных металлов часто затруднено защитной пленкой на поверхности алюминия. Эта пленка быстро разрушается хлоридом меди, поэтому легко идет реакция
3CuCl2 + 2Al = 2AlCl3 + 3Cu ,
которая сопровождается
сильным разогревом

В крепких растворах щелочей алюминий легко растворяется с выделением водорода:
2Al + 6NaOH + 6Н2О = 2Na3[Al(OH)6] +3H2
(образуются и другие анионные гидроксо-комплексы)

При сплавлении со щелочами образуются безводные алюминаты:
Al2O3 + 2NaOH = 2NaAlO2 + H2O

Галогениды алюминия в водных растворах имеют кислую реакцию из-за гидролиза:
AlCl3 + H2O Al(OH)Cl2 + HCl

Устойчивый в отсутствие влаги при комнатной температуре гидрид AlH3 получают в растворе безводного эфира:
AlCl3 + LiH = AlH3 + 3LiCl.
При избытке LiH образуется солеобразный алюмогидрид лития LiAlH4 – очень сильный восстановитель, применяющийся в органических синтезах. Водой он мгновенно разлагается:
LiAlH4 + 4H2O = LiOH + Al(OH)3 + 4H2