Beryl (łac. Beryl, oznaczany symbolem Be) to pierwiastek o liczbie atomowej 4 i masie atomowej 9.01218. Jest to element głównej podgrupy drugiej grupy, drugiego okresu układu okresowego pierwiastków chemicznych Dmitrija Iwanowicza Mendelejewa. W normalnych warunkach beryl jest kruchy, lekki (jego gęstość wynosi 1,846 g/cm3), raczej twardy jasnoszary metal.

W przyrodzie istnieje tylko jeden stabilny izotop tego pierwiastka - 9Be, inne naturalnie występujące izotopy pierwiastka numer cztery są promieniotwórcze - 7Be (okres półtrwania 53 dni), 10Be (okres półtrwania 2,5 106 lat). Izotop 8Be jest nieobecny w naturze, ponieważ jest niezwykle niestabilny i ma okres półtrwania 10-18 sekund. Co ciekawe, beryl jest jedynym pierwiastkiem układu okresowego, który ma tylko jeden stabilny izotop w liczbie parzystej.

Beryl jest znany ludzkości od czasów starożytnych jako minerały zawierające beryl - od ponad tysiąclecia ludzie poszukiwali i rozwijali złoża akwamaryn, szmaragdów i berylu. Na przykład istnieją odniesienia do tego, że nawet w czasach faraonów na Pustyni Arabskiej powstawały kopalnie szmaragdu. Jednak dopiero pod koniec XVIII wieku można było „zobaczyć” nowy element za atrakcyjnym wyglądem berylu. Jako nowy pierwiastek beryl został odkryty w postaci ziemi berylowej (tlenek BeO) przez francuskiego chemika Louisa Vauquelina w 1798 roku. Metaliczny beryl (w postaci proszku) został po raz pierwszy otrzymany przez działanie metalicznego potasu na chlorek berylu w 1828 roku przez Friedricha Wöhlera i Antoine Bussy niezależnie od siebie, ale metal zawierał bardzo dużą ilość zanieczyszczeń. Czysty beryl został wyizolowany dopiero w 1898 roku przez elektrolizę fluorku berylu sodowego przez P. Lebo.

Pomimo tego, że pierwiastek został odkryty pod koniec XVIII wieku, beryl znalazł rzeczywiste zastosowanie dopiero w latach 40. XX wieku. Element #4 jest stosowany jako dodatek stopowy w miedzi, niklu, magnezie, żelazie i wielu innych stopach. Brązy berylowe są bardzo trwałe i służą do produkcji sprężyn i innych krytycznych części. Pod względem odporności na korozję, wytrzymałości i elastyczności stopy berylowo-niklowe są porównywalne, a czasem nawet przewyższają wysokiej jakości stale nierdzewne. Stopy berylu są szeroko stosowane w technologii kosmicznej, rakietowej i lotniczej. Beryl jest jednym z najlepszych moderatorów i reflektorów neutronowych w wysokotemperaturowych reaktorach jądrowych. Element nr 4 znajduje również zastosowanie w innych dziedzinach nowoczesnej techniki, m.in. w radioelektronice, górnictwie i technice rentgenowskiej. Związki berylu również znalazły szerokie zastosowanie. Na przykład tlenek tego metalu, BeO, jest używany do produkcji szkła, wyłożenia pieców indukcyjnych. Niektóre związki berylu działają jako katalizatory w wielu procesach chemicznych. W przyszłości beryl będzie uważany za wysokoenergetyczne paliwo rakietowe, ponieważ jego spalanie uwalnia ogromną ilość ciepła (15 000 kcal/kg).

Beryl znajduje się w tkankach wielu roślin i zwierząt. Chociaż naukowcy nie poznali jeszcze biologicznego znaczenia tego pierwiastka, ustalono, że bierze on udział w wymianie magnezu i fosforu w tkance kostnej. Przy zwiększonej zawartości soli berylu w organizmie zaczyna się rozwijać krzywica berylu, prowadząc do osłabienia i zniszczenia kości. Większość związków pierwiastka numer cztery jest trująca. Wiele z nich może powodować stany zapalne skóry i beryliozę, specyficzną chorobę wywołaną inhalacją berylu i jego związków.

Właściwości biologiczne

Biologiczna rola berylu została słabo zbadana, ustalono jedynie, że pierwiastek ten bierze udział w wymianie magnezu (Mg) i fosforu (P) w tkance kostnej oraz odgrywa pewną rolę w utrzymaniu odporności organizmu. Beryl jest stale obecny w tkankach roślin, zwierząt i ludzi. Stężenie czwartego pierwiastka w tkankach roślinnych bezpośrednio zależy od jego udziału w glebach, w których zawartość berylu waha się od 2∙10-4 do 1∙10-3%, a popiół roślinny zawiera około 2∙10-4% ten element. U zwierząt beryl występuje we wszystkich narządach i tkankach, zawartość pierwiastka numer cztery w popiele kostnym waha się od 5-10-4 do 7-10-3%. Prawie połowa berylu wchłoniętego przez zwierzęta jest wydalana z moczem, jedna trzecia jest wchłaniana przez kości, a około 8% koncentruje się w wątrobie i nerkach. Nadmiar berylu w diecie zwierząt prowadzi do wiązania jonów kwasu fosforowego w jelicie z niestrawnym fosforanem berylu. W efekcie brakuje fosforu, krzywica berylowa, której nie można wyleczyć witaminą D, występuje u zwierząt w prowincjach biogeochemicznych bogatych w beryl. Jednocześnie beryl jest całkowicie nieszkodliwy dla roślin.

Zawartość berylu w organizmie przeciętnego człowieka (masa ciała 70 kg) wynosi 0,036 mg. Szacuje się, że dzienne spożycie tego pierwiastka w organizmie człowieka wynosi około 0,01 mg. Beryl dostaje się do organizmu człowieka zarówno z pożywieniem, jak i przez płuca. Po dostaniu się do przewodu pokarmowego w postaci rozpuszczalnej beryl oddziałuje z fosforanami i tworzy praktycznie nierozpuszczalny Be3(PO4)2 lub wiąże się z białkami komórek nabłonka w silne proteinaty. Z tego powodu przyswajalność pierwiastka numer cztery w przewodzie pokarmowym jest niewielka (4-10% objętości przychodzącej). Ponadto istotnym czynnikiem wpływającym na strawność berylu w przewodzie pokarmowym jest kwasowość soku żołądkowego. Czwarty element układu okresowego jest stale obecny we krwi, tkankach kostnych i mięśniowych (0,001-0,003 µg/g) oraz wielu innych narządach. Stwierdzono, że beryl może gromadzić się w wątrobie, nerkach, limfie, płucach, kościach i mięśniu sercowym. Metal jest wydalany głównie z moczem (około 90%). Ustalono, że mechanizm działania berylu w organizmie człowieka jest podobny do działania na organizm zwierząt – nawet niewielka ilość tego metalu w składzie kości prowadzi do ich zmiękczenia. Ponadto sole berylu w stężeniu 1 μmol/l są w stanie hamować aktywność szeregu enzymów (fosfatazy alkalicznej, trifosfatazy adenozyny). Lotne i rozpuszczalne związki berylu, a także pyły zawierające beryl i jego związki są bardzo toksyczne, mają działanie alergiczne i rakotwórcze, podrażniają skórę i błony śluzowe, powodują dermatozy, zapalenie spojówek, nosogardzieli i inne choroby skóry i błon śluzowych , choroby płuc i oskrzeli - zapalenie tchawicy i oskrzeli, zapalenie płuc i nowotwory płuc. Jej obecność w powietrzu atmosferycznym prowadzi do ciężkiej zawodowej choroby układu oddechowego - berylozy (chemicznego zapalenia płuc). Przy krótkotrwałej inhalacji wysokich stężeń rozpuszczalnych związków berylu dochodzi do ostrej berylozy, czyli podrażnienia dróg oddechowych, któremu czasami towarzyszy obrzęk płuc i uduszenie. Istnieje również przewlekła odmiana berylozy. Charakteryzuje się mniej dotkliwymi objawami, ale dużymi zaburzeniami funkcji całego organizmu. Należy zauważyć, że choroby te mogą wystąpić 10-15 lat po zakończeniu kontaktu z berylem!

Ustalono, że usuwanie związków berylu z organizmu (zwłaszcza z narządów układu limfatycznego, gdzie się gromadzą) jest niezwykle powolne, w ciągu 10 lat. Z tego powodu do leczenia berylozy najczęściej stosuje się związki chemiczne wiążące jony berylu i przyczyniające się do ich szybkiego wydalania z organizmu. Dopuszczalne limity zawartości berylu w powietrzu są bardzo małe - tylko 0,001 mg/m3, w wodzie pitnej 0,0002 mg/l.

Duża liczba naukowców uważa, że ​​izotopy berylu 10Be i 7Be powstają nie we wnętrzu ziemi, jak w innych pierwiastkach, ale w atmosferze - w wyniku działania promieni kosmicznych na jądra azotu i tlenu . Potwierdzeniem tej teorii może być wykrycie zanieczyszczeń tych izotopów w deszczu, śniegu, powietrzu, meteorytach i osadach morskich. Ponadto łączna ilość 10Be w atmosferze, zbiornikach wodnych (w tym osadach dennych) i glebie wynosi około 800 ton. Powstające w atmosferze (na wysokości 25 kilometrów) atomy 10Be wraz z opadami atmosferycznymi przedostają się do oceanu i osadzają się na dnie. 10Be jest skoncentrowany w mułach morskich i kościach kopalnych, które absorbują metal z wód naturalnych. Znając zatem stężenie 10Be w próbce pobranej z dna i okres półtrwania tego izotopu, można obliczyć wiek dowolnej warstwy na dnie oceanu. Teoretycznie powinno to dotyczyć również określenia wieku szczątków organicznych. Znana na całym świecie i powszechnie akceptowana metoda radiowęglowa nie nadaje się do określenia wieku próbek w przedziale 105-108 lat (chodzi o dużą różnicę między okresami półtrwania 14C a izotopami długożyciowymi 40K, 82Rb, 232th, 235U i 238U). 10Be jest w stanie wypełnić tę lukę.

Inny radioizotop berylu, 7Be, „żyje” znacznie krócej (jego okres półtrwania wynosi tylko 53 dni). Z tego powodu jego ilość na Ziemi mierzy się w gramach, a zakres ogranicza się do kilku konkretnych celów: w meteorologii, badając stężenie tego izotopu, określa się przedział czasu od początku ruchu mas powietrza; w chemii 7Be jest używany jako wskaźnik radioaktywny; w medycynie - zbadanie możliwości zwalczania toksyczności samego berylu.

Stop Elinvar (nikiel, beryl, wolfram) jest używany w Szwajcarii do produkcji sprężyn do zegarków. Nawiasem mówiąc, z tymi szwajcarskimi źródłami wiąże się ciekawy epizod z historii II wojny światowej. Przemysł faszystowskich Niemiec został odizolowany od wszystkich głównych źródeł surowców berylu, praktycznie cała światowa produkcja tego cennego strategicznego metalu znajdowała się w rękach Stanów Zjednoczonych. Niemieckie kierownictwo postanowiło wykorzystać do przemytu brązu berylowego neutralną Szwajcarię - wkrótce amerykańskie firmy otrzymały zamówienie od szwajcarskich "zegarmistrzów" na taką ilość, która wystarczyłaby na sprężyny zegarowe na całym świecie przez pięćset lat. Oczywiście tak słabo zakamuflowane kłamstwo zostało złapane, a rozkaz nie został zrealizowany, jednak w najnowszych markach samolotów szybkostrzelnych karabinów maszynowych, które weszły na uzbrojenie armii faszystowskiej, pojawiły się sprężyny z brązu berylowego.

Pomimo faktu, że beryl jest toksycznym pierwiastkiem chemicznym, a wiele jego związków jest trujących, metal ten został znaleziony w jednym bardzo znanym środku leczniczym. W 1964 r. grupa sowieckich chemików pod przewodnictwem wiceprezesa Akademii Nauk Tadżyckiej SRR, doktora nauk chemicznych KT Poroszyna, przeprowadziła analizę chemiczną starożytnego środka leczniczego „mumijo”. Jak się okazało jest to substancja o złożonym składzie, a wśród wielu pierwiastków zawartych w mumii znajduje się również beryl.

Okazuje się, że o wiele trudniej jest pozyskać sztuczne szmaragdy niż większość innych kamieni szlachetnych. Faktem jest, że beryl jest złożonym związkiem złożonym. A jednak naukowcom udało się naśladować naturalne warunki, w których minerał „rodzi się”: proces zachodzi pod bardzo wysokim ciśnieniem (150 tys. atmosfer) i w wysokiej temperaturze (1550°C). Sztuczne szmaragdy można wykorzystać w elektronice.

Muzeum Górnictwa w Petersburgu ma ciekawą ekspozycję - półtorametrowy kryształ berylu. Jest interesujący nie tylko ze względu na imponujący rozmiar, ale także ze względu na swoją historię. Podczas blokady zimą 1942 r. pocisk niemieckiego samolotu przebił dach budynku i eksplodował w hali głównej. Fragmenty poważnie uszkodziły minerał i wydawało się, że nigdy nie znajdzie się on w ekspozycji muzealnej. Jednak po wielu latach żmudnej pracy konserwatorów, kamień został przywrócony do swojej pierwotnej formy. Teraz o tym przypadku przypominają tylko dwa zardzewiałe fragmenty zatopione w płycie ze szkła organicznego i tabliczka objaśniająca ten eksponat.

Beryl ma wiele unikalnych cech, z których jedną jest niesamowita zdolność „przekazywania dźwięku”. Jak wiadomo, w powietrzu prędkość dźwięku wynosi 340 metrów na sekundę, w wodzie - 1490 metrów na sekundę. W berylu dźwięk bije wszelkie rekordy, pokonując 12500 metrów w sekundę!

Nazwa berylu pochodzi od nazwy minerału - beryl (starożytne greckie βήρυλλος, beryllos), z kolei nazwa ta pochodzi od nazwy miasta Belur (Velloru) w południowych Indiach, niedaleko Madrasu. Od czasów starożytnych w Indiach znane są bogate złoża szmaragdów (odmiany berylu).

Historycy piszą, że rzymski cesarz Neron uwielbiał oglądać walkę gladiatorów w cyrku przez duży zielony szmaragdowy kryształ. I nawet kiedy Rzym podpalony przez niego płonął, podziwiał szalejący ogień, patrząc na niego przez swój szmaragd, a kolory ognia zlewały się z zielonym kolorem kamienia w ciemne, złowieszcze języki.

Fabuła

Beryl słusznie nazywany jest metalem przyszłości, ale jego historia sięga wieków. Minerały zawierające pierwiastek numer cztery znane są człowiekowi jako kamienie szlachetne od kilku tysięcy lat - od dawna poszukiwano i rozwijano złoża akwamaryn, szmaragdów i berylu. Niektóre z nich wydobywano na terenie starożytnego Egiptu już w XVII wieku p.n.e. mi. Na martwej nubijskiej pustyni – w bogatych szmaragdowych kopalniach królowej Kleopatry – niewolnicy wydobywali piękne zielone kryształy kosztem życia. Kamienie szlachetne dostarczano karawanami nad brzeg Morza Czerwonego, skąd wpadały do ​​pałaców władców krajów Europy, Bliskiego i Dalekiego Wschodu – cesarzy bizantyjskich, perskich szachów, chińskich furgonetek, indyjskich radżasów. Nazwa beryl występuje u starożytnych autorów greckich i rzymskich (beryl). Podobieństwo między berylem a szmaragdem zauważył Pliniusz Starszy w swojej Historii Naturalnej: „Beryl, jeśli się nad tym zastanowić, ma taką samą naturę jak szmaragd (szmaragd), a przynajmniej bardzo podobny”. Nawet w Rosji, z dala od Nubii, znany był ten drogocenny kamień - w Izborniku Światosława beryl występuje pod nazwą „virullion”.

Jednak długo nie można było znaleźć metalu ukrytego w drogocennych kamieniach. Taki fakt nie dziwi – nawet dla współczesnego naukowca, uzbrojonego w najnowocześniejszy sprzęt, za pomocą którego może zastosować dowolną metodę badawczą (od radiochemicznej po analizę spektralną), wykrycie berylu jest dość trudne. Faktem jest, że metal ten w wielu swoich właściwościach przypomina aluminium i jego związki, ukrywając się w minerałach za ich plecami. Wyobraź sobie trudności, z jakimi borykali się pierwsi odkrywcy w XVIII wieku! Wielu naukowców próbowało analizować beryl, ale nikt nie był w stanie wykryć nowego metalu, który zawiera. Nawet siedemdziesiąt lat po odkryciu podobieństwo berylu i aluminium spowodowało wiele problemów samemu D. I. Mendelejewowi - właśnie ze względu na jego podobieństwo do trzynastego pierwiastka beryl był uważany za metal trójwartościowy o masie atomowej 13,5, a zatem jego miejsce w tabeli powinno znajdować się między węglem a azotem. Sytuacja ta wprowadzała jednak oczywiste zamieszanie w regularną zmianę właściwości pierwiastków i podważała poprawność prawa okresowego. Dmitrij Iwanowicz, przekonany, że ma rację, upierał się, że masa atomowa berylu została błędnie określona i że pierwiastek nie jest trójwartościowy, ale dwuwartościowy i ma właściwości magnezowe. Argumentując w ten sposób, Mendelejew umieścił beryl w drugiej grupie, przypisując mu masę atomową 9. Tak się złożyło, że wkrótce wszystkie przypuszczenia wielkiego rosyjskiego chemika potwierdzili jego dawni przeciwnicy, szwedzcy chemicy Lare Friederik Nilsson i Otto Peterson, który wcześniej był mocno przekonany o błahości berylu. Ich dokładne badania wykazały, że masa atomowa tego pierwiastka wynosi 9,1. Tak więc dzięki berylowi – „rozrabiaczowi” w układzie okresowym – zwyciężyło jedno z najważniejszych praw chemicznych.

Wróćmy jednak do faktu odkrycia tego metalu. Francuski krystalograf i mineralog René Just Gayuy, porównując próbki zielonkawo-niebieskich kryształów berylu z Limoges i zielonych kryształów szmaragdu z Peru, zauważył podobieństwo ich twardości, gęstości i wyglądu. Zaintrygowany tym, zasugerował francuskiemu chemikowi Nicolasowi Louisowi Vauquelinowi, aby te minerały przeanalizować pod kątem chemicznej tożsamości. Wyniki eksperymentów Vauquelina były zdumiewające – chemik stwierdził, że oba minerały zawierają nie tylko znane wcześniej tlenki glinu i krzemu, ale także nową „ziemię”, która bardzo przypominała tlenek glinu, ale w przeciwieństwie do niego reagowała z węglan amonu i nie dawał ałunu. Wykorzystując tę ​​różnicę, Vauquelin oddzielił tlenki glinu i nieznany pierwiastek. 15 lutego 1798 r. na posiedzeniu Francuskiej Akademii Nauk Vauquelin wygłosił sensacyjne oświadczenie, że beryl i szmaragd zawierają nową „ziemię”, różniącą się właściwościami od tlenku glinu, czyli tlenku glinu. Vauquelin zasugerował nazwanie otwartego elementu „wisteria” ze względu na słodkawy smak jego soli (po grecku „glikos” oznacza słodki), ale słynni chemicy Martin Heinrich Klaproth i Anders Ekeberg uznali tę nazwę za nieskuteczną, ponieważ sole itru mają również słodkawy smak. W pracach tych naukowców „ziemia” odkryta przez Vauquelina nazywana jest berylem. Jednak w literaturze naukowej XIX wieku nowy pierwiastek nazywa się „glicyum”, „wisterium” lub „glucinium”. W Rosji do połowy XIX wieku tlenek tego pierwiastka nazywano „słodką ziemią”, „słodką ziemią”, „słodką ziemią”, a sam pierwiastek nazywano wisterium, glicynitem, glicjum, słodką ziemią. Teraz ta nazwa jest zachowana tylko we Francji. Warto zauważyć, że już w 1814 roku profesor z Charkowa F. I. Giese zaproponował nazwanie pierwiastka numer cztery berylem.

W postaci prostej substancji pierwiastek odkryty przez Vauquelina został po raz pierwszy otrzymany przez niemieckiego chemika Friedricha Wöhlera w 1828 roku, redukując chlorek berylu potasem. Niezależnie od niego, w tym samym roku metaliczny beryl został wyizolowany tą samą metodą przez francuskiego chemika Antoine'a Bussy'ego. Jednak powstały sproszkowany beryl zawierał dużą ilość zanieczyszczeń, zaledwie siedem dekad później Francuz P. Lebo był w stanie uzyskać czysty metaliczny beryl poprzez elektrolizę stopionych soli.

Będąc na łonie natury

Beryl jest typowo rzadkim pierwiastkiem, średnia zawartość tego metalu w skorupie ziemskiej (clarke) waha się według różnych szacunków od 6-10-4% do 2-10-4%. Naukowcy tłumaczą tak niską częstość występowania zdolnością berylu do interakcji z wysokoenergetycznymi protonami i neutronami. Za tą teorią przemawia fakt, że w atmosferze Słońca i gwiazd jest niewiele berylu, a w przestrzeni międzygwiazdowej, gdzie warunki do reakcji jądrowych są niekorzystne, jego ilość gwałtownie wzrasta. Jednocześnie beryl nie jest pierwiastkiem śladowym, ponieważ wchodzi w skład powierzchniowych złóż berylu w skałach pegmatytowych, które jako ostatnie powstały w granitowych kopułach. Fakt ten potwierdzają znaleziska w granitowych pegmatytach (które, nawiasem mówiąc, znajdują się we wszystkich krajach) gigantycznych berylów - od metra do dziewięciu metrów i ważących kilka ton. Większość pierwiastka czwartego w skałach magmowych jest związana z plagioklazami, w których beryl zastępuje krzem. Jednak jego najwyższe stężenia są typowe dla niektórych minerałów o ciemnym kolorze i muskowitu (dziesiątki, rzadziej setki gramów na tonę). Jeśli beryl jest prawie całkowicie rozproszony w skałach alkalicznych, to podczas formowania się kwaśnych skał może gromadzić się w produktach postmagmatycznych - pegmatytach i ciałach pneumatolityczno-hydrotermalnych. W kwaśnych skałach pegmatytowych powstawanie znacznych stężeń berylu wiąże się z procesami albitizacji i muskowityzacji. W pegmatytach beryl tworzy własne minerały, ale jego część (około 10%) występuje w postaci izomorficznej w minerałach skałotwórczych i drobnych (kwarc, miki, mikroklin, albit). W alkalicznych pegmatytach beryl występuje w niewielkich ilościach w składzie rzadkich minerałów: chkalowitu, eudydymitu, analcymu i leukofanu, gdzie zaliczany jest do grupy anionowej. Roztwory postmagmatyczne usuwają beryl z magmy w postaci emanacji zawierających fluor i związków kompleksowych w połączeniu z wolframem, cyną, molibdenem i litem.

Nie ma jednoznacznej opinii na temat liczby własnych minerałów berylu, ale dokładnie ustalono, że jest ich ponad trzydzieści, ale tylko sześć z nich uważa się za mniej lub bardziej powszechne. Najważniejszym z nich jest beryl 3BeO Al2O3 6SiO2, który występuje w wielu odmianach kolorystycznych. Na przykład szmaragd zawiera około 2% chromu, co nadaje mu zielony kolor, a różowy kolor wróbla zawdzięcza domieszce związków manganu (II). Akwamaryn zawdzięcza swój niebieski kolor domieszkom żelaza (II), a złocistożółty heliodor zabarwiony jest jonami żelaza (III). Znane są również inne odmiany berylu, różniące się kolorem (ciemnoniebieski, różowy, czerwony, jasnoniebieski, bezbarwny itp.). Oprócz berylu, fenakit 2BeO SiO2, bertrandyt 4BeO 2SiO2 H2O, helwin (Mn,Fe,Zn)43S, chryzoberyl i danalit są uważane za ważne dla przemysłu minerały berylu.

Zawartość berylu w wodzie morskiej jest bardzo niska – 6∙10-7 mg/l. Tlenki i wodorotlenki berylu są prawie nierozpuszczalne w wodzie, dlatego w wodach gruntowych występuje głównie w postaci zawiesin (często w złożonych związkach z substancjami organicznymi) i tylko częściowo w stanie rozpuszczonym. Z tych powodów zawartość berylu w wodach naturalnych jest niska – na poziomie śladowym (0,01-0,07 µg/l). W wodach kwaśnych zawartość berylu jest wyższa, w wodach alkalicznych jest niższa. Zwiększona zawartość fluoru i materii organicznej w wodzie przyczynia się do gromadzenia berylu, a obecność wapnia, przeciwnie, zapobiega jego gromadzeniu.

Światowe zasoby naturalne berylu szacowane są na ponad 80 tys. ton (pod względem zawartości berylu), z czego około 65% koncentruje się w Stanach Zjednoczonych, gdzie głównym surowcem berylu jest ruda bertrandytu. Spośród pozostałych krajów największe zasoby berylu mają Chiny, Rosja i Kazachstan. Ponadto w czasach sowieckich na terytorium współczesnej Rosji wydobywano więcej berylu - złoża Malyshevskoye (obwód swierdłowski), Zavitinskoye (obwód Czyta), Ermakovskoye (Buryatia), Pogranichnoye (terytorium Nadmorskie). Jednak po zmniejszeniu kompleksu wojskowo-przemysłowego i skróceniu programów budowy nowych elektrowni jądrowych produkcja berylu gwałtownie spadła, przez co rozwój został zatrzymany na złożach Malyshevskoye i Ermakovskoye i znacznie zredukowany na złożach Zavitimskoye depozyty. Ponadto większość wydobytego berylu jest sprzedawana za granicę, głównymi konsumentami tego metalu są Europa i Japonia.

Aplikacja

Ze względu na fakt, że czysty beryl uzyskano dopiero pod koniec XIX wieku, przez długi czas nie mógł znaleźć godnego zastosowania. Dlatego w różnych podręcznikach i encyklopediach z początku XX wieku powiedziano o berylu: „Nie ma praktycznego zastosowania”. Potrzeba było czasu na wykorzystanie unikalnych właściwości elementu numer cztery - czasu na rozwój obecnego poziomu technologii. A jeśli w latach trzydziestych XX wieku radziecki akademik A.E. Fersman nazwał beryl metalem przyszłości, ale teraz można go słusznie nazwać metalem teraźniejszości.

Ogromna ilość berylu jest zużywana jako dodatek stopowy do różnych stopów na bazie aluminium, niklu, magnezu, miedzi i innych metali. Dodatek ten zapewnia wysoką twardość, dobrą przewodność elektryczną, przewodność cieplną i wytrzymałość stopów, odporność korozyjną powierzchni wyrobów wykonanych z tych stopów. Najbardziej znane i wykorzystywane w technologii są brązy berylowe (w USA w latach 80-tych do 80% produkowanego berylu) - stopy miedzi z berylem. Wytwarza się z nich wiele produktów, które wymagają dużej wytrzymałości, dobrej odporności na zmęczenie i korozję, zachowania elastyczności w znacznym zakresie temperatur, wysokiej przewodności elektrycznej i cieplnej. Jednym z konsumentów tego stopu jest przemysł lotniczy – szacuje się, że w nowoczesnym ciężkim samolocie ponad tysiąc części wykonanych jest z brązu berylowego. Ze względu na swoje właściwości sprężyste brąz berylowy jest doskonałym materiałem sprężynowym. Sprężyny wykonane z tego materiału są praktycznie niemęczące: wytrzymują do 20 milionów cykli obciążenia, podczas gdy zwykłe sprężyny ze stali węglowej zawodzą po 800-850 cyklach. Ponadto brązy berylowe nie błyszczą przy uderzeniu w metal czy kamień, z tego powodu wykorzystuje się je do produkcji specjalnych narzędzi wykorzystywanych przy pracach wybuchowych - w kopalniach, fabrykach proszków, składach ropy. Dodatki berylu uszlachetniają inne stopy, na przykład na bazie magnezu i aluminium: bardzo małe ilości berylu (wystarczająco 0,005%) znacznie zmniejszają straty stopów magnezu podczas spalania i utleniania podczas topienia i odlewania. Nie mniej interesujące właściwości mają berylidy - międzymetaliczne związki berylu z tantalem, niobem, cyrkonem i innymi metalami ogniotrwałymi. Związki te są wyjątkowo twarde i odporne na utlenianie i mogą wytrzymać ponad dziesięć godzin w 1650°C. Za obiecujące uważa się otrzymanie stopów berylu z litem - będą one lżejsze od wody.

Możliwe jest zwiększenie sztywności, wytrzymałości i odporności cieplnej innych metali bez wprowadzania berylu do stopu. W takich przypadkach stosuje się berylizację - nasycenie powierzchni części stalowej berylem przez dyfuzję. Następnie powierzchnia części pokryta jest stałym związkiem chemicznym berylu z żelazem i węglem. Ta trwała powłoka ochronna o grubości zaledwie 0,15...0,4 mm sprawia, że ​​części są odporne na wysoką temperaturę i wodę morską oraz kwas azotowy.

Połączenie niskiej masy atomowej, małego przekroju wychwytywania neutronów termicznych (0,09 barna na atom), dużego przekroju do ich rozpraszania oraz wystarczającej odporności na promieniowanie sprawia, że ​​beryl jest jednym z najlepszych materiałów do wytwarzania moderatorów neutronów i reflektorów w reaktor nuklearny. Produkcja moderatorów i reflektorów z berylu i jego tlenku umożliwia znaczne zmniejszenie rdzenia reaktora, podwyższenie temperatury pracy i bardziej efektywne wykorzystanie paliwa jądrowego. Szyby lamp rentgenowskich wykonane są z berylu, wykorzystując jego wysoką przepuszczalność dla promieni rentgenowskich (17 razy większą niż aluminium). W mieszaninach z niektórymi nuklidami α-promieniotwórczymi (rad, polon, aktyn, pluton) beryl jest stosowany w ampułkowych źródłach neutronów, ponieważ podczas bombardowania cząstkami α ma on właściwość intensywnej emisji neutronów.

Beryl i niektóre jego związki (w postaci roztworu w ciekłym amoniaku, w postaci wodorku berylu, roztworu borowodorku berylu w ciekłym amoniaku) są uważane za obiecujące stałe paliwo rakietowe o najwyższych impulsach właściwych. Związki berylu znalazły nie mniejsze zastosowanie niż sam metal: w technologii laserowej glinian berylu stosuje się do produkcji emiterów półprzewodnikowych (prętów, płytek). Borowodorek berylu i drobno zdyspergowany proszek berylu impregnowany ciekłym tlenem lub tlenkiem fluoru są czasami używane jako szczególnie silne materiały wybuchowe (HE). Fluorek berylu jest używany w technologii jądrowej do topienia szkła używanego do kontrolowania małych strumieni neutronów. Tlenek berylu posiada wiele cennych właściwości – ze względu na wysoką ogniotrwałość (temperatura topnienia 2570 °C), znaczną odporność chemiczną oraz wysoką przewodność cieplną materiał ten jest stosowany do wykładania pieców indukcyjnych, tworząc tygle do topienia różnych metali i stopów. Tlenek berylu jest głównym materiałem do platerowania elementów paliwowych (prętów paliwowych) reaktorów jądrowych. Przecież to w tych powłokach gęstość strumienia neutronów jest szczególnie wysoka i najwyższa temperatura, najwyższe naprężenia i wszystkie warunki korozji. Ponieważ uran jest odporny na korozję i niewystarczająco mocny, należy go chronić specjalnymi powłokami, zwykle z tlenku berylu.

Produkcja

Wydobywanie berylu z jego naturalnych minerałów (głównie berylu) to złożony i kosztowny proces składający się z kilku etapów. Co więcej, główna trudność polega na oddzieleniu elementu numer cztery od stałego towarzysza podobnego do niego właściwościami - aluminium. Istnieje kilka metod takiego rozdzielenia. Na przykład jednym ze sposobów jest to, że oksyoctan berylu Be4O(CH3COO)6, w przeciwieństwie do oksyoctanu glinu +CH3COO–, ma strukturę molekularną i łatwo sublimuje po podgrzaniu. Jednak w przemyśle do oczyszczania berylu z aluminium stosuje się inne metody.

Pierwsza to metoda separacji siarczanów, polegająca na spiekaniu koncentratu w temperaturze 750°C węglanem sodu Na2CO3 (soda) lub CaCO3 wapnia (kreda), a następnie obróbce spieku stężonym gorącym kwasem siarkowym H2SO4. Z powstałego roztworu siarczanów berylu, glinu i innych pierwiastków zawartych w wyjściowym koncentracie rudy glin oddziela się w postaci ałunu glinowo-amonowego przez działanie siarczanu amonu (NH4)2SO4, pozostały roztwór traktuje się nadmiarem wodorotlenek sodu NaOH. W rezultacie powstaje roztwór zawierający Na2 i gliniany sodu. Ponadto, gdy ten roztwór jest gotowany, w wyniku rozkładu hydroksyoberylanu wytrąca się wodorotlenek berylu Be (OH) 2, a gliniany pozostają w roztworze. Wodorotlenek berylu oczyszcza się z zanieczyszczeń przez ekstrakcję fosforanem tributylu.

Metodę siarczanową stosuje się również do ekstrakcji berylu z innego minerału berylu, bertrandytu. Podczas gdy roztwór kwasu siarkowego ekstrahuje się naftą zawierającą kwas dietyloheksylofosforowy. Frakcję organiczną traktuje się wodnym roztworem (NH4)2CO3 i wytrącają się wodorotlenki i wodorowęglany żelaza i glinu, podczas gdy beryl pozostaje w roztworze w postaci (NH4)2, który rozkłada się ilościowo po podgrzaniu roztworu do 95 °C, tworząc osad 2BeCO3∙Be(OH )2. Gdy ten ostatni jest kalcynowany w temperaturze 165 ° C, otrzymuje się wodorotlenek berylu.

Drugą metodą rozdzielania Be i Al jest fluor. Technologia tej metody jest następująca: koncentrat (rozdrobniony beryl) jest spiekany (w temperaturze około 750 ° C) za pomocą heksafluorokrzemianu sodu Na2SiF6:

Be3Al2(SiO3)6 + 12Na2SiF6 → 6Na2SiO3 + 2Na3AlF6 + 3Na2 + 12SiF4

W wyniku fuzji powstaje kriolit Na3AlF6 - związek słabo rozpuszczalny w wodzie, a także rozpuszczalny w wodzie fluoroberyllan sodu Na2, który następnie poddawany jest ługowaniu wodą. Be (OH) 2 wytrąca się z powstałego roztworu przez działanie wodorotlenku sodu NaOH, podczas kalcynacji, z którego powstaje BeO. Czasami wodorotlenek berylu jest dalej oczyszczany przez rozpuszczenie go w kwasie siarkowym w obecności chelatorów, a następnie wytrącenie amoniakiem. Do roztworu zawierającego NaF pozostały po działaniu wodorotlenku sodu dodaje się Fe2(SO4)3 w celu wykorzystania tego ostatniego i wytrąca się Na3, który jest również używany do rozkładu berylu, częściowo zastępując Na2.

Oprócz powyższych metod rozdzielania znany jest również ten sposób przetwarzania berylu. Pierwotny minerał jest najpierw łączony z potasem K2CO3. W tym przypadku powstaje berylat K2BeO2 i glinian potasu KAlO2:

Be3Al2(SiO3)6 + 10K2CO3 → 3K2BeO2 + 2KAlO2 + 6K2SiO3 + 10CO2

Po ługowaniu wodą powstały roztwór zakwasza się kwasem siarkowym. W rezultacie wytrąca się kwas krzemowy. Ałun potasowy jest dalej wytrącany z przesączu, po czym w roztworze pozostają tylko jony Be2+ z kationów.

Znane jest również otwarcie berylu przez chlorowanie lub działanie fosgenu. Dalsze przetwarzanie odbywa się w celu uzyskania BeF2 lub BeCl2.

Chlorek BeC12 lub fluorek BeF2 otrzymuje się z tlenku BeO lub wodorotlenku berylu Be (OH) 2 otrzymanego w ten czy inny sposób. Fluor jest redukowany do metalicznego berylu z magnezem w 925-1325 ° C:

BeF2 + Mg → MgF2 + Be

Stop mieszaniny BeCl2 z NaCl poddaje się elektrolizie w temperaturze 350°C. Wcześniej beryl otrzymywano przez elektrolizę stopu fluoroberylanu baru Ba:

Ba → BaF2 + Be + F2

Metal otrzymany tą czy inną metodą topi się w próżni. Beryl jest oczyszczany do czystości 99,98% przez destylację próżniową, w niewielkich ilościach przez topienie strefowe otrzymuje się plastyczny beryl zawierający nie więcej niż 10-4% zanieczyszczeń. Czasami do oczyszczania stosowana jest rafinacja elektrolityczna.

Do uzyskania półfabrykatów i produktów z berylu stosuje się głównie metody metalurgii proszków (ze względu na trudność w wytwarzaniu wysokiej jakości odlewów z tego kruchego metalu). Jednocześnie beryl miele się na proszek w obojętnym środowisku i poddaje prasowaniu na gorąco w próżni w temperaturze 1140-1180 °C. Rury, pręty i inne profile z berylu produkowane są metodą ekstruzji w temperaturze 800-1050°C (wytłaczanie na gorąco) lub w 400-500°C (ekstruzja na ciepło). Arkusze berylu uzyskuje się przez walcowanie półfabrykatów prasowanych na gorąco lub pasków wytłaczanych w temperaturze 760-840°C. Stosowane są również inne rodzaje obróbki - kucie, tłoczenie, ciągnienie.

Właściwości fizyczne

Beryl to kruchy, ale jednocześnie bardzo twardy, jasnoszary metal z metalicznym połyskiem. Beryl ma dwie odmiany krystaliczne: α-beryl (modyfikacja niskotemperaturowa) ma heksagonalną gęsto upakowaną sieć typu Mg (co prowadzi do anizotropii właściwości) o parametrach a = 0,22866 nm, c = 0,35833 nm, z = 2; β-beryl (modyfikacja wysokotemperaturowa) ma sześcienną, skupioną wokół ciała sieć typu Fe o a = 0,25515 nm. Temperatura przejścia od modyfikacji α do modyfikacji β wynosi około 1277 °C. Temperatura topnienia pierwiastka numer cztery (tmelt) wynosi 1285 ° C, temperatura wrzenia (tboil) to 2470 ° C. Beryl jest jednym z najlżejszych pierwiastków, jego gęstość w stanie stałym wynosi tylko 1,816 g/cm3, nawet tak metal lekki jak aluminium (gęstość 2,7 g/cm3), prawie półtora raza cięższy od berylu. Ponadto w stanie ciekłym gęstość berylu jest jeszcze niższa (w 1287 °C gęstość wynosi 1,690 g/cm3). Beryl ma najwyższą pojemność cieplną spośród wszystkich metali – 1,80 kJ/(kg K) lub 0,43 kcal/(kg °C), wysoką przewodność cieplną – 178 W/(m·K) lub 0,45 cal/(cm·s·C) przy temperatura 50 °C, niska rezystancja elektryczna - 3,6-4,5 μOhm cm w temperaturze pokojowej; współczynnik rozszerzalności liniowej berylu 10.3-131 (25-100°C).

Podobnie jak w przypadku większości innych pierwiastków, wiele właściwości fizycznych berylu zależy od jakości i struktury metalu i zmienia się znacznie wraz z temperaturą. Na przykład, nawet niewielkie ilości obcych zanieczyszczeń powodują silną kruchość berylu. Właściwości mechaniczne berylu zależą od czystości metalu, wielkości ziarna i tekstury, determinowanych przez charakter przetwarzania. Beryl jest słabo obrobiony i wymaga użycia narzędzi z węglików spiekanych. W porównaniu z innymi lekkimi materiałami beryl ma unikalną kombinację właściwości fizycznych i mechanicznych. Pod względem wytrzymałości i sztywności przewyższa wszystkie inne metale, zachowując te zalety do temperatury 500-600 °C. Moduł sprężystości podłużnej (moduł Younga) dla berylu wynosi 300 Gn/m2 lub 3,104 kgf/mm2 (4 razy wyższy niż aluminium, 2,5 razy wyższy niż odpowiedni parametr tytanu i jedną trzecią wyższy niż stali). Wytrzymałość na rozciąganie berylu wynosi 200-550 MN/m2 (20-55 kgf/mm2), wydłużenie 0,2-2%. Obróbka ciśnieniowa prowadzi do pewnej reorientacji kryształów berylu, w wyniku czego dochodzi do anizotropii i możliwa jest znaczna poprawa właściwości. Wytrzymałość na rozciąganie w kierunku ciągnienia sięga 400-800 MN/m2 (40-80 kgf/mm2), granica plastyczności 250-600 MN/m2 (25-60 kgf/mm2), a wydłużenie względne do 4 -12%. Właściwości mechaniczne w kierunku prostopadłym do rysunku prawie się nie zmieniają. Jak wspomniano wcześniej - beryl jest metalem kruchym - jego udarność wynosi 10-50 kJ/m2 (0,1-0,5 kgf m/cm2). Temperatura przejścia berylu ze stanu kruchego do plastycznego wynosi 200-400 °C. Twardość Brinella dla berylu wynosi 1060-1320 MPa. Beryl charakteryzuje się wysokimi właściwościami jądrowymi - najniższy skuteczny przekrój wychwytywania neutronów termicznych wśród metali i najwyższy dla nich przekrój rozpraszania.

Przy ogromnej liczbie zalet beryl wciąż ma kilka wad. Po pierwsze jest to wysoki koszt tego metalu, związany z niedoborem surowców i złożonością jego przetwarzania, a po drugie, beryl ma bardzo niską kruchość na zimno. Udarność technicznego berylu wynosi poniżej 5 J/cm2. A jednak unikalne połączenie zalet technicznych berylu sprawia, że ​​jest on niezastąpionym materiałem w różnych dziedzinach.

Właściwości chemiczne

W związkach chemicznych beryl jest dwuwartościowy (konfiguracja zewnętrznej warstwy elektronowej to 2s2). Pod względem właściwości chemicznych beryl jest w dużej mierze podobny do glinu, który znajduje się w trzecim okresie i w trzeciej grupie układu okresowego, czyli po prawej i poniżej berylu. Zjawisko to, zwane podobieństwem diagonalnym, obserwuje się również w niektórych innych pierwiastkach, na przykład bor jest podobny pod wieloma właściwościami chemicznymi do krzemu. Bliskość właściwości berylu i glinu tłumaczy się niemal identycznym stosunkiem ładunku kationu do jego promienia dla jonów Be2+ i Al3+. Pierwiastek numer cztery jest typowo amfoteryczny – ma zarówno właściwości metalowe, jak i niemetaliczne, ale przeważają właściwości metaliczne. Kompaktowy metaliczny beryl jest chemicznie nieaktywny w temperaturze pokojowej - nie utlenia się w powietrzu (do temperatury 600°C), nie wchodzi w interakcje z gorącą i zimną wodą, a także z parą wodną dzięki tworzeniu warstwy ochronnej tlenek berylu BeO na swojej powierzchni, który nadaje berylowi matowy kolor. Jednak po podgrzaniu powyżej temperatury 800 ° C szybko się utlenia. Tlenek berylu BeO występuje naturalnie jako rzadki minerał, bromlit. Beryl łatwo rozpuszcza się w kwasach chlorowodorowym (HCl), rozcieńczonym siarkowym (H2SO4), kwasach fluorowodorowych, po podgrzaniu słabo reaguje ze stężonym kwasem siarkowym i rozcieńczonym azotowym (HNO3) i nie reaguje ze stężonym kwasem azotowym - w tym ostatnim przypadku kwas ulega pasywacji metal. W wodnych roztworach zasad beryl rozpuszcza się również z uwalnianiem wodoru i tworzeniem hydroksyberylatów:

Be + 2NaOH + 2H2O → Na2 + H2

Podczas przeprowadzania reakcji ze stopionym alkaliami w temperaturze 400-500 ° C powstają dioksoberylany:

Be + 2NaOH → Na2BeO2 + H2

Metaliczny beryl szybko rozpuszcza się w wodnym roztworze wodorofluorku amonu NH4HF2. Ta reakcja ma znaczenie technologiczne dla produkcji bezwodnego BeF2 i oczyszczania berylu:

Be + 2NH4HF2 → (NH4)2 + H2

Gdy beryl wchodzi w interakcję z azotem i amoniakiem w temperaturze 500-900 ° C, otrzymuje się azotek Be3N2. W temperaturze pokojowej beryl reaguje z fluorem, a po podgrzaniu z innymi halogenami (tworząc halogenki, takie jak BeHal2) i siarkowodór. Spośród halogenków berylu najważniejsze są jego fluorek (BeF2) i chlorek (BeCl2), które są wykorzystywane w przerobie rud berylu. Z węglem w temperaturze 1 700-2 100 ° C beryl tworzy węglik Be2C, z fosforem powyżej 750 ° C - fosforek Be3P2. W próżni powyżej 700°C beryl redukuje KOH, w 270°C - BaO, w 1075 °C - MgO, w 1400°C - TiO2 do odpowiednich metali, a w 270°C - SiCl4 do Si. Beryl praktycznie nie reaguje z wodorem w całym zakresie temperatur, jednak poprzez pośrednią redukcję chlorku berylu za pomocą LiAlH4, uzyskano wodorek berylu (BeH2), substancja ta jest stabilna do 240°C, następnie po podgrzaniu zaczyna się uwalniać wodór. W wysokich temperaturach element #4 reaguje z większością metali tworząc berylidy. W stanie ciekłym beryl rozpuszcza się w wielu metalach (Zn, Al, Fe, Co, Cu, Ni itp.), z wyjątkiem magnezu. Beryl tworzy stopy eutektyczne z aluminium i krzemem. Pierwiastek numer cztery tworzy roztwory stałe z zaledwie kilkoma metalami, najlepiej rozpuszczalne w stopach z miedzią (2,75% wag.), chromem (1,7%), niklem (2,7%). Rozpuszczalność znacznie spada wraz ze spadkiem temperatury, w wyniku czego stopy zawierające beryl są zdolne do utwardzania wydzieleniowego. Rozpuszczalność pierwiastków zanieczyszczających w berylu jest niezwykle niska.

Drobno rozproszony proszek berylu spala się w oparach siarki, selenu i telluru. Po zapaleniu w powietrzu atmosferycznym proszek berylowy pali się jasnym płomieniem i tworzą się tlenek i azotek. Stopiony beryl reaguje z większością tlenków, azotków, siarczków i węglików. Jedynym odpowiednim materiałem tygla do topienia berylu jest tlenek berylu.

Sole berylu są wysoce higroskopijne i poza kilkoma wyjątkami (fosforany, węglany) są dobrze rozpuszczalne w wodzie, a ich roztwory wodne są kwaśne z powodu hydrolizy. Znanych jest wiele złożonych związków organoberylowych, hydroliza i utlenianie niektórych z nich przebiega z eksplozją.

Zanieczyszczenie środowiska tym metalem wiąże się również z rozwojem przemysłu, a ponadto najnowocześniejszego – jądrowego. W przedsiębiorstwach z dużymi potężnymi źródłami energii atomowej (jako źródło w reaktorach jądrowych służy beryl), w fabrykach i kamieniołomach, gdzie stężenie tego pierwiastka osiąga 0,01 mg na 1 m3 powietrza, można już zauważyć oznaki zatrucia. Istnieją trzy stopnie zatrucia: I - tak zwana gorączka odlewnicza, przechodząca przez 24 lub 48 godzin; II - toksyczne zapalenie płuc, pojawiające się nawet po kilku latach; III - przewlekłe zatrucie, zwane berylem lub płuco przemysłowe. Statystyki pokazują, że na 100 takich zatruć przypada 10 zgonów. Pierwszy przypadek odnotowano już w 1930 r., ale wtedy w 1 m 3 powietrza znajdowało się tylko 25 mg berylu.

Beryl należy do pierwiastków niepromieniotwórczych, których zużycie wzrosło w ciągu ostatnich 20 lat o około 500%, a np. bor o 78%, o 50%, miedź o 30%, mangan o 45%, nikiel - o 70%, - o 44%.

Zapotrzebowanie przemysłu na ten pierwiastek dramatycznie wzrosło, co niepokoi lekarzy i dietetyków, zwłaszcza że beryl jest również używany w silnikach rakietowych, nie tylko w rakietach do badań atmosfery, ale także w sprzęcie wojskowym. Wiadomo, że kilka ton berylu rocznie wykorzystuje się w rakietach do badań atmosferycznych, ale ile w sprzęcie wojskowym? ZSRR od 1963 roku poszukuje materiału, który mógłby zastąpić ten pierwiastek.

Beryl – rzadki pierwiastek na naszej planecie – ma wiele cennych właściwości. Jest bardzo lekki (4,5 razy lżejszy od żelaza) i bombardowany cząsteczkami alfa staje się bogatym źródłem neutronów. Enrico Fermi użył narkotyków i berylu w eksperymentach, które dały światu pierwszy reaktor.

Przez wiele lat kolorowe lampy uliczne ze światłem jarzeniowym były wypełnione berylem wraz z cynkiem, który później okazał się szkodliwy. Beryl nie rdzewieje. I kolejna ogromna zaleta: proszek berylowy, stale używany w mieszankach paliw rakietowych, podczas spalania uwalnia dużą ilość energii.

Ale jedna z jego wad przewyższa wszystkie jego zalety: jest trująca, a nawet w minimalnych ilościach. W większym stopniu dotyka kobiety, czasem niszczy mężczyzn.

Eksperymenty na kurczakach wykazały, że beryl zatruwa je śmiertelnie. Nawet jeśli kurczaki pojawiły się z zatrutych jajek, to były dziwolągi z różnymi deformacjami. A kury zatrute berylem składały jaja większe niż normalnie, jakby chciały w ten sposób pozbyć się trucizny.

Zanieczyszczenie środowiska berylem wiąże się również z rozwojem przemysłu. Beryl służy jako źródło neutronów w reaktorach jądrowych. Tam, gdzie stężenie tego pierwiastka osiąga 0,01 mg na 1 m3 powietrza, mogą pojawić się oznaki zatrucia, występują trzy etapy:

* gorączka odlewni, która przechodzi przez 24-48 godzin;

* toksyczne zapalenie płuc, które może wystąpić nawet po kilku latach od zatrucia berylem;

* przewlekłe zatrucie berylem – beryloza, czyli przemysłowa sarkoidoza płuc.

Statystyki pokazują, że na 100 takich zatruć przypada zwykle 10 zgonów.

Beryl należy do pierwiastków niepromieniotwórczych. Ale jego zużycie wzrosło ostatnio o około 500% (podczas gdy zużycie boru wzrosło o 78%, chromu o 50%, miedzi o 30%, manganu o 45%, niklu o 70%, cynku o 44%).

Beryl to rzadki pierwiastek na naszej planecie. Posiada wiele cennych właściwości: jest bardzo lekki (4,5 razy lżejszy od żelaza) i w określonych warunkach staje się bogatym źródłem neutronów. Tak więc Enrico Fermi wykorzystał preparaty radu i berylu w eksperymentach, które dały światu pierwszy reaktor. Beryl nie rdzewieje!

Przez wiele lat kolorowe lampy uliczne wypełnione były berylem wraz z cynkiem, którego światło, jak się później okazało, było szkodliwe.

I jeszcze jedna właściwość berylu: jego proszek, który jest stale używany w mieszankach paliwowych do rakiet, podczas spalania uwalnia dużą ilość energii. Ale wszystkie jego zalety przeważają nad jedną wadą: beryl jest trujący nawet w najmniejszych ilościach. Ma szkodliwy wpływ na funkcje seksualne.

Intensywne wykorzystanie berylu w przemyśle, w tym w przemyśle obronnym, poważnie niepokoi lekarzy, dietetyków i ludność kraju.

Beryl to toksyczny pierwiastek chemiczny. Beryl może dostać się do organizmu człowieka zarówno z pokarmem, jak i przez płuca. Średnie dzienne spożycie berylu wynosi 10–20 µg. Po otrzymaniu w postaci rozpuszczalnej w przewodzie pokarmowym beryl oddziałuje z fosforanami i tworzy słabo rozpuszczalny związek Be3(PO4)2 lub wiąże się z białkami komórek nabłonka w silne proteinaty. Dlatego wchłanianie berylu w przewodzie pokarmowym jest niskie i wynosi od 4 do 10% otrzymanej ilości. Ten wskaźnik zależy również od kwasowości soku żołądkowego. Całkowita ilość berylu w ciele osoby dorosłej mieści się w zakresie od 0,4 do 40 mikrogramów. Beryl jest stale obecny we krwi, kościach i tkance mięśniowej (0,001-0,003 µg/g) i innych narządach. Ustalono, że beryl może odkładać się w płucach, wątrobie, węzłach chłonnych, kościach i mięśniu sercowym. Beryl jest wydalany z organizmu głównie z moczem (ponad 90%).

Beryl może brać udział w regulacji metabolizmu fosforowo-wapniowego, utrzymując stan odpornościowy organizmu. Ustalono, że aktywność związków berylu wyraźnie przejawia się w różnych przemianach biochemicznych związanych z udziałem fosforanów nieorganicznych.

Zwiększona zawartość berylu w żywności przyczynia się do powstawania fosforanu berylu. Systematycznie „odbierając” fosforany z najważniejszej części kości – fosforanu wapnia, berylu, tym samym osłabia tkankę kostną i przyczynia się do jej niszczenia. Doświadczalnie wiadomo, że wprowadzenie tego pierwiastka u zwierząt powoduje krzywicę „berylową”. Udowodniono, że nawet niewielka ilość berylu w składzie kości prowadzi do ich zmiękczenia (beryl). W miejscach pozajelitowego podawania berylu dochodzi do niszczenia otaczających tkanek, stąd beryl jest bardzo powoli wydalany. Ostatecznie beryl odkłada się w szkielecie i wątrobie.

Według współczesnych koncepcji beryl jest pierwiastkiem toksycznym, kancerogennym i mutagennym. Patogenne działanie berylu obserwuje się, gdy jest on wdychany w stężeniach przekraczających MPC 2 lub więcej razy. Sole berylu w stężeniu 1 µmol/l specyficznie hamują aktywność fosfatazy alkalicznej i działają depresyjnie na inne enzymy. Właściwości immunotoksyczne berylu zostały dość dobrze zbadane. W patologii wyróżnia się ostre i przewlekłe zatrucie berylem. Wiadomo na przykład, że eliminacja związków berylu z organizmu (zwłaszcza z narządów układu limfatycznego, gdzie się kumulują) następuje niezwykle powoli, przez okres ponad 10 lat. Podwyższony poziom berylu występuje w rodzinach pracowników mających kontakt z tym pierwiastkiem w miejscu pracy.

Oznaki nadmiaru berylu w ciele

* uszkodzenie tkanki płucnej (zwłóknienie, sarkoidoza);

* zmiany skórne – egzema, rumień, dermatoza (w przypadku kontaktu związków berylu ze skórą);

* beryl;

* gorączka odlewnicza (podrażnienie błon śluzowych oczu i dróg oddechowych);

* erozja błon śluzowych przewodu pokarmowego;

* dysfunkcja mięśnia sercowego, wątroby;

* rozwój procesów autoimmunologicznych, nowotwory.

Aby zapobiec rozwojowi patologii spowodowanej kontaktem ze związkami berylu w środowisku produkcyjnym, konieczne jest ścisłe przestrzeganie zasad bezpieczeństwa (stosowanie respiratora, zmiana odzieży itp.), wyeliminowanie wpływu na organizm ewentualnych substancji drażniących ( nikotyna, zimne suche powietrze, spraye). Na pewnym etapie rozwoju patologii może być konieczna zmiana pracy.

Beryl stale znajduje się w roślinach, a także w organizmach zwierzęcych, tj. jest ultramikroelementem zanieczyszczenia. Biologiczna rola berylu nie została wystarczająco zbadana. Wiadomo, że związki berylu są toksyczne i powodują szereg chorób (krzywica berylowa, beryloza itp.). Szczególnie toksyczne są związki lotne berylu. Jak już omówiono powyżej, negatywny wpływ jonu Be 2+ na procesy fizjologiczne można wytłumaczyć jego właściwościami chemicznymi (zdolnością do tworzenia silnych wiązań z bioligandami oraz dobrą rozpuszczalnością fosforanów berylu).

Magnez jest formalnie makroelementem. Jego całkowita zawartość w organizmie wynosi 0,027% (około 20 g). Topografia magnezu w organizmie człowieka przedstawia się następująco: magnez jest w największym stopniu skoncentrowany w zębinie i szkliwie zębów, tkance kostnej. Gromadzi się również w trzustce, mięśniach szkieletowych, nerkach, mózgu, wątrobie i sercu. U osoby dorosłej dzienne zapotrzebowanie na magnez wynosi około 0,7 g. Jon magnezu, podobnie jak jon potasu, jest kationem wewnątrzkomórkowym.

W płynach biologicznych i tkankach organizmu magnez występuje zarówno w postaci jonów wodnych, jak i w stanie związanym z białkiem w ilości<: 10~2 %, т. е. по сущности это микроэлемент.

Ryż. Topografia s-elementów grupy IIA w organizmie człowieka

Stężenie jonów magnezu wewnątrz komórek jest około 2,5-3 razy wyższe niż w płynach pozakomórkowych. Jony magnezu odgrywają ważną rolę biologiczną w organizmie człowieka. Ze względu na mniejszy promień jonu i większą energię jonizacji, jon Mg 2+ tworzy silniejsze wiązania niż jon wapnia, a tym samym jest bardziej aktywnym katalizatorem procesów enzymatycznych. Będąc częścią różnych układów enzymatycznych, jon magnezu jest ich niezbędnym składnikiem i aktywatorem (enzymy takie jak karboksypeptydaza, cholinoesteraza i niektóre inne są specyficzne dla jonu magnezu).

Hydroliza ATP, związana z szeregiem reakcji enzymatycznych, w wyniku których powstaje jon hydrofosforanowy HPO 4 2- i uwalniana jest duża ilość energii, zachodzi z obowiązkowym nadmiarem jonów Mg 2+.

Wapń

Wapń jest makroelementem. Jego całkowita zawartość w organizmie wynosi 1,4% / Wapń znajduje się w każdej komórce ludzkiego ciała. Większość wapnia znajduje się w kościach i tkankach zębów. Osoba dorosła powinna spożywać średnio 1 g wapnia dziennie, choć zapotrzebowanie na wapń to zaledwie 0,5 g. Wynika to z faktu, że wapń podawany z pokarmem wchłania się w jelitach tylko w 50%. Stosunkowo słabe wchłanianie jest konsekwencją powstawania w przewodzie pokarmowym trudno rozpuszczalnego fosforanu wapnia Ca 3 (PO 4) 2 oraz soli wapniowych kwasów tłuszczowych.

W organizmie stężenie jonów wapnia jest regulowane przez hormony.

W kościach i zębach osoby dorosłej około 1 kg wapnia występuje w postaci nierozpuszczalnego minerału krystalicznego - hydroksyapatytu Ca 10 (PO 4) b (OH) 2, którego powstawanie następuje, gdy jony wapnia oddziałują z jonami fosforanowymi.

We krwi i limfie wapń występuje zarówno w stanie zjonizowanym, jak i niezjonizowanym - w związkach z białkami, węglowodanami itp. Mechanizm krzepnięcia krwi składa się z wielu etapów, z których wiele zależy od obecności zjonizowanego Ca 2 +. Jony wapnia biorą czynny udział w przekazywaniu impulsów nerwowych, skurczu mięśni, regulacji mięśnia sercowego.

Stężenia jonów wapnia wewnątrz i na zewnątrz komórki wynoszą odpowiednio 10-6 i (2,25-2,8) 10-3 mol/l. Ponieważ wapń praktycznie nie jest używany wewnątrz komórki, działa jako materiał budulcowy w ciele, w kościach, zębach. Szkielet jest głównym magazynem wapnia w organizmie.

Chlorek wapnia służy do zatrucia solami magnezu, a także jonami szczawianowymi i fluorkowymi. Stosowanie leku w pierwszym przypadku opiera się na wymienności jonów wapnia i magnezu w organizmie, a w drugim na tworzeniu nietoksycznych, słabo rozpuszczalnych związków szczawianu i fluorku wapnia.

Węglan wapnia CaCO3 ma działanie zobojętniające i adsorbujące. Jest przepisywany doustnie ze zwiększoną kwasowością żołądka, ponieważ neutralizuje kwas solny:

CaCO3 (t) + 2HC1 (sok z żelaza) \u003d CaCl2 (p) + H2O (g) + CO2 (g)

Siarczan wapnia (gips palony) służy do wykonywania odlewów gipsowych do złamań, a także materiału wyciskowego do protetyki stomatologicznej.

Radioaktywny izotop Ca jest również stosowany w medycynie. Za pomocą tego izotopu badano procesy wchłaniania i dystrybucji wapnia w organizmie, jego odkładanie w kościach i wydalanie podczas normalnego życia organizmu oraz różne patologie.