Beryllium (tiếng Latinh là Beryllium, ký hiệu là Be) là một nguyên tố có số nguyên tử 4 và khối lượng nguyên tử 9.01218. Nó là một nguyên tố thuộc phân nhóm chính của nhóm thứ hai, chu kỳ thứ hai trong bảng tuần hoàn các nguyên tố hóa học của Dmitry Ivanovich Mendeleev. Ở điều kiện bình thường, berili giòn, nhẹ (khối lượng riêng của nó là 1,846 g / cm3), là một kim loại màu xám nhạt khá cứng.

Trong tự nhiên, chỉ có một đồng vị bền của nguyên tố này - 9Be, các đồng vị khác trong tự nhiên của nguyên tố số 4 đều có tính phóng xạ - 7Be (chu kỳ bán rã 53 ngày), 10Be (chu kỳ bán rã 2,5 106 năm). Đồng vị 8Be không có trong tự nhiên vì nó cực kỳ không ổn định và có chu kỳ bán rã 10–18 giây. Điều thú vị là berili là nguyên tố duy nhất của hệ thống tuần hoàn chỉ có một đồng vị bền ở một số chẵn.

Beryllium đã được nhân loại biết đến từ thời cổ đại là khoáng chất chứa berili - trong hơn một thiên niên kỷ, con người đã tìm kiếm và phát triển các mỏ đá aquamarine, ngọc lục bảo và beryl. Vì vậy, ví dụ, có tài liệu tham khảo thực tế là ngay cả trong thời kỳ của các pharaoh, các mỏ ngọc lục bảo đã được phát triển ở sa mạc Ả Rập. Tuy nhiên, chỉ vào cuối thế kỷ 18, người ta mới có thể “nhìn thấy” một yếu tố mới đằng sau vẻ ngoài hấp dẫn của beryl. Là một nguyên tố mới, berili được nhà hóa học người Pháp Louis Vauquelin phát hiện ở dạng beryl đất (oxit BeO) vào năm 1798. Berili kim loại (ở dạng bột) do tác dụng của kali kim loại với berili clorua lần đầu tiên được Friedrich Wöhler và Antoine Bussy thu được vào năm 1828 một cách độc lập với nhau, tuy nhiên, kim loại này chứa một lượng rất lớn tạp chất. Berili nguyên chất chỉ được phân lập vào năm 1898 bằng cách điện phân natri berili florua, bởi P. Lebo.

Mặc dù nguyên tố này được phát hiện vào cuối thế kỷ 18, berili chỉ được sử dụng thực sự vào những năm 40 của thế kỷ 20. Nguyên tố số 4 được sử dụng như một hợp kim bổ sung cho đồng, niken, magiê, sắt và nhiều hợp kim khác. Đồng berili rất bền và được sử dụng để chế tạo lò xo và các bộ phận quan trọng khác. Về khả năng chống ăn mòn, độ bền và độ đàn hồi, hợp kim berili-niken có thể so sánh với, và đôi khi còn vượt qua cả thép không gỉ chất lượng cao. Hợp kim berili được sử dụng rộng rãi trong công nghệ vũ trụ, tên lửa và hàng không. Beryllium là một trong những chất điều chế và phản xạ neutron tốt nhất trong các lò phản ứng hạt nhân nhiệt độ cao. Nguyên tố số 4 cũng được sử dụng trong các lĩnh vực công nghệ hiện đại khác, bao gồm điện tử vô tuyến, khai thác mỏ và công nghệ tia X. Các hợp chất berili cũng đã được tìm thấy ứng dụng rộng rãi. Ví dụ, oxit của kim loại này, BeO, được sử dụng trong sản xuất thủy tinh, lớp lót của lò cảm ứng. Một số hợp chất beri hoạt động như chất xúc tác trong một số quá trình hóa học. Trong tương lai, berili được coi là nhiên liệu tên lửa năng lượng cao, vì quá trình đốt cháy của nó giải phóng một lượng nhiệt khổng lồ (15.000 kcal / kg).

Berili được tìm thấy trong mô của nhiều loài thực vật và động vật. Mặc dù các nhà khoa học vẫn chưa tìm ra ý nghĩa sinh học của nguyên tố này, nhưng người ta đã xác định được rằng nó tham gia vào quá trình trao đổi magiê và phốt pho trong mô xương. Với sự gia tăng hàm lượng muối berili trong cơ thể, bệnh còi xương do berili bắt đầu phát triển, dẫn đến xương bị suy yếu và phá hủy. Hầu hết các hợp chất của nguyên tố số bốn là độc. Nhiều người trong số họ có thể gây viêm da và bệnh berylliosis, một bệnh cụ thể do hít phải berili và các hợp chất của nó.

Tính chất sinh học

Vai trò sinh học của berili đã được nghiên cứu rất ít; người ta chỉ xác định được rằng nguyên tố này tham gia vào quá trình trao đổi magiê (Mg) và phốt pho (P) trong mô xương và đóng một vai trò nhất định trong việc duy trì trạng thái miễn dịch của cơ thể. Berili thường xuyên hiện diện trong các mô của thực vật, động vật và con người. Hàm lượng của nguyên tố thứ tư trong các mô thực vật phụ thuộc trực tiếp vào tỷ lệ phần trăm của nó trong đất, trong đó hàm lượng berili dao động từ 2 ∙ 10-4 đến 1 ∙ 10-3%, trong khi tro thực vật chứa khoảng 2 ∙ 10-4% yếu tố này. Ở động vật, berili phân bố ở tất cả các cơ quan và mô, hàm lượng nguyên tố số bốn trong tro xương dao động từ 5 ∙ 10-4 đến 7 ∙ 10-3%. Gần một nửa số beri được động vật hấp thụ được bài tiết qua nước tiểu, một phần ba được hấp thụ qua xương, và khoảng 8% tập trung ở gan và thận. Việc dư thừa berili trong chế độ ăn của động vật dẫn đến liên kết các ion axit photphoric trong ruột với photphat berili khó tiêu. Kết quả là thiếu phốt pho, bệnh còi xương do berili không thể chữa khỏi bằng vitamin D, xảy ra ở động vật ở các tỉnh sinh địa hóa giàu berili. Đồng thời, berili hoàn toàn vô hại đối với cây trồng.

Hàm lượng berili trong cơ thể của một người bình thường (trọng lượng cơ thể 70 kg) là 0,036 mg. Người ta ước tính rằng lượng hàng ngày của nguyên tố này vào cơ thể con người là khoảng 0,01 mg. Berili xâm nhập vào cơ thể con người, bằng cả thức ăn và qua phổi. Khi đi vào đường tiêu hóa ở dạng hòa tan, berili tương tác với phốt phát và tạo thành Be3 (PO4) 2 thực tế không hòa tan hoặc liên kết với protein của tế bào biểu mô thành proteinate mạnh. Vì lý do này, khả năng hấp thụ của nguyên tố số bốn trong đường tiêu hóa là nhỏ (4-10% thể tích đến). Ngoài ra, một yếu tố ảnh hưởng đáng kể đến khả năng tiêu hóa của beri trong đường tiêu hóa là độ chua của dịch vị. Nguyên tố thứ tư của hệ thống tuần hoàn liên tục hiện diện trong máu, xương và mô cơ (0,001-0,003 µg / g), và một số cơ quan khác. Người ta phát hiện ra rằng berili có thể tích tụ trong gan, thận, bạch huyết, phổi, xương và cơ tim. Kim loại được thải trừ chủ yếu qua nước tiểu (khoảng 90%). Người ta đã chứng minh rằng cơ chế hoạt động của berili trong cơ thể người tương tự như tác động lên cơ thể động vật - ngay cả một lượng nhỏ kim loại này trong thành phần của xương cũng dẫn đến việc chúng bị mềm. Ngoài ra, muối berili ở nồng độ 1 μmol / l có khả năng ức chế hoạt động của một số enzym (phosphatase kiềm, adenosine triphosphatase). Các hợp chất dễ bay hơi và hòa tan của berili, cũng như bụi có chứa berili và các hợp chất của nó, rất độc, có tác dụng gây dị ứng và gây ung thư, kích ứng da và màng nhầy, gây ra bệnh da liễu, viêm kết mạc, viêm mũi họng và các bệnh khác về da và niêm mạc , các bệnh về phổi và phế quản - viêm khí quản, viêm phổi và khối u phổi. Sự hiện diện của nó trong không khí dẫn đến một bệnh hô hấp nghề nghiệp nghiêm trọng - bệnh berylliosis (viêm phổi do hóa chất). Khi hít phải nồng độ cao các hợp chất berili hòa tan trong thời gian ngắn, bệnh berylliosis cấp tính xảy ra, gây kích ứng đường hô hấp, đôi khi kèm theo phù phổi và nghẹt thở. Ngoài ra còn có một loạt bệnh berylliosis mãn tính. Nó được đặc trưng bởi các triệu chứng ít nghiêm trọng hơn, nhưng rối loạn lớn trong các chức năng của toàn bộ cơ thể. Cần lưu ý rằng những bệnh này có thể xảy ra 10-15 năm sau khi kết thúc tiếp xúc với berili!

Người ta đã chứng minh rằng việc loại bỏ các hợp chất berili khỏi cơ thể (đặc biệt là từ các cơ quan của hệ thống lympho, nơi chúng tích tụ) là cực kỳ chậm, trong hơn 10 năm. Vì lý do này, để điều trị bệnh berylliosis, các hợp chất hóa học thường được sử dụng nhất để liên kết các ion beri và góp phần đào thải chúng ra khỏi cơ thể một cách nhanh chóng. Giới hạn cho phép đối với hàm lượng berili trong không khí là rất nhỏ - chỉ 0,001 mg / m3, trong nước uống là 0,0002 mg / l.

Một số lượng lớn các nhà khoa học tin rằng các đồng vị của berili 10Be và 7Be được hình thành không phải trong ruột của trái đất, như trong các nguyên tố khác, mà trong khí quyển - do tác động của các tia vũ trụ lên các hạt nhân của nitơ và oxy. . Xác nhận lý thuyết này có thể được coi là việc phát hiện các tạp chất của các đồng vị này trong mưa, tuyết, không khí, thiên thạch và trầm tích biển. Hơn nữa, tổng lượng 10Be trong khí quyển, các lưu vực nước (bao gồm cả trầm tích đáy) và đất là khoảng 800 tấn. Bắt nguồn từ khí quyển (ở độ cao 25 ​​km), các nguyên tử 10Be, cùng với lượng mưa, đi vào đại dương và lắng xuống đáy. 10Be tập trung trong bùn biển và xương hóa thạch, chúng hấp thụ kim loại từ nước tự nhiên. Như vậy, khi biết nồng độ 10Be trong một mẫu lấy từ đáy và chu kỳ bán rã của đồng vị này, có thể tính được tuổi của bất kỳ lớp nào dưới đáy đại dương. Về mặt lý thuyết, điều này cũng nên áp dụng để xác định tuổi của hài cốt hữu cơ. Phương pháp cacbon phóng xạ nổi tiếng thế giới và được chấp nhận rộng rãi không thích hợp để xác định tuổi của các mẫu trong khoảng 105-108 năm (tất cả là về sự khác biệt lớn giữa chu kỳ bán rã 14C và các đồng vị sống lâu 40K, 82Rb, 232Th, 235U và 238U). 10Be có thể lấp đầy khoảng trống này.

Một đồng vị phóng xạ berili khác, 7Be, "sống" thời gian ngắn hơn nhiều (chu kỳ bán rã của nó chỉ là 53 ngày). Vì lý do này, số lượng của nó trên Trái đất được đo bằng gam, và phạm vi được giới hạn cho một số mục đích cụ thể: trong khí tượng học, bằng cách kiểm tra nồng độ của đồng vị này, khoảng thời gian kể từ khi bắt đầu chuyển động của các khối khí được xác định; trong hóa học, 7Be được sử dụng như một chất đánh dấu phóng xạ; trong y học - để nghiên cứu khả năng chống lại độc tính của berili.

Hợp kim Elinvar (niken, berili, vonfram) được sử dụng ở Thụy Sĩ để chế tạo lò xo đồng hồ. Nhân tiện, một tình tiết gây tò mò trong lịch sử Chiến tranh thế giới thứ hai được kết nối với những con suối Thụy Sĩ này. Nền công nghiệp của phát xít Đức bị cô lập khỏi tất cả các nguồn nguyên liệu chính là berili, trên thực tế, toàn bộ sản lượng kim loại chiến lược quý giá trên thế giới này đều nằm trong tay Hoa Kỳ. Giới lãnh đạo Đức quyết định sử dụng Thụy Sĩ trung lập cho việc buôn lậu đồng berili - ngay sau đó các công ty Mỹ đã nhận được đơn đặt hàng từ các "nhà sản xuất đồng hồ" Thụy Sĩ với số lượng đủ cho lò xo đồng hồ trên khắp thế giới trong năm trăm năm tới. Tuy nhiên, một lời nói dối được ngụy trang yếu ớt như vậy đã bị bắt quả tang và lệnh không được thực hiện, tuy nhiên, lò xo bằng đồng berili đã xuất hiện trong các nhãn hiệu súng máy bắn nhanh mới nhất được đưa vào phục vụ quân đội phát xít.

Mặc dù thực tế là berili là một nguyên tố hóa học độc hại và nhiều hợp chất của nó có độc, kim loại này được tìm thấy trong một chất chữa bệnh rất nổi tiếng. Năm 1964, một nhóm các nhà hóa học Liên Xô do Phó chủ tịch Viện Hàn lâm Khoa học Tajik SSR, Tiến sĩ Khoa học Hóa học K. T. Poroshin dẫn đầu đã tiến hành phân tích hóa học về tác nhân chữa bệnh cổ đại "mumijo". Hóa ra, đây là một chất có thành phần phức tạp, và trong số nhiều nguyên tố có trong xác ướp, có cả berili.

Hóa ra là để kiếm được ngọc lục bảo nhân tạo khó hơn nhiều so với hầu hết các loại đá quý khác. Thực tế là beryl là một hợp chất phức tạp. Chưa hết, các nhà khoa học đã có thể bắt chước các điều kiện tự nhiên mà khoáng chất này được "sinh ra": quá trình xảy ra ở áp suất rất cao (150 nghìn atm) và nhiệt độ cao (1550 ° C). Ngọc lục bảo nhân tạo có thể được sử dụng trong lĩnh vực điện tử.

Bảo tàng Khai thác mỏ ở St.Petersburg có một cuộc triển lãm thú vị - một tinh thể beryl dài một mét rưỡi. Nó thú vị không chỉ vì kích thước ấn tượng mà còn vì lịch sử của nó. Vào mùa đông bị phong tỏa năm 1942, một quả đạn máy bay của Đức đã xuyên thủng mái của tòa nhà và phát nổ ở sảnh chính. Các mảnh vỡ đã phá hủy nghiêm trọng khoáng sản, và có vẻ như nó sẽ không bao giờ tìm được chỗ đứng trong khu trưng bày của bảo tàng. Tuy nhiên, sau nhiều năm làm việc miệt mài của những người phục chế nghệ thuật, viên đá đã được khôi phục lại hình dáng ban đầu. Bây giờ, chỉ có hai mảnh vỡ rỉ sét được nhúng trong một đĩa thủy tinh hữu cơ, và một đĩa thuyết minh kể về cuộc triển lãm này, gợi nhớ về trường hợp đó.

Berili có rất nhiều phẩm chất độc đáo, một trong số đó là khả năng “truyền âm” đáng kinh ngạc. Như bạn đã biết, tốc độ âm thanh trong không khí là 340 mét / giây, trong nước - 1490 mét / giây. Trong berili, âm thanh phá vỡ mọi kỷ lục, vượt qua 12.500 mét trong một giây!

Tên của berili bắt nguồn từ tên của khoáng chất - beryl (tiếng Hy Lạp cổ đại là beryllos, beryllos), tên này bắt nguồn từ tên của thành phố Belur (Velloru) ở Nam Ấn Độ, không xa Madras. Từ thời cổ đại, các mỏ ngọc lục bảo phong phú (nhiều loại beryl) đã được biết đến ở Ấn Độ.

Các nhà sử học viết rằng hoàng đế La Mã Nero thích xem các đấu sĩ chiến đấu trong rạp xiếc qua một viên pha lê ngọc lục bảo lớn. Và ngay cả khi Rô-ma, do anh ta đốt lửa, đang bùng cháy, anh ta vẫn chiêm ngưỡng ngọn lửa cuồng nộ, nhìn nó qua viên ngọc lục bảo của mình, và màu sắc của lửa hòa với màu xanh lục của đá thành những cái lưỡi đen tối, đáng sợ.

Câu chuyện

Berili được gọi đúng là kim loại của tương lai, nhưng lịch sử của nó đã có từ nhiều thế kỷ trước. Khoáng chất chứa nguyên tố số 4 đã được con người coi là đá quý trong vài nghìn năm - trong một thời gian dài con người đã tìm kiếm và phát triển các mỏ đá aquamarine, ngọc lục bảo và beryl. Một số trong số chúng được khai thác trên lãnh thổ của Ai Cập cổ đại vào đầu thế kỷ 17 trước Công nguyên. e. Trong sa mạc Nubian không có sự sống - trong những mỏ ngọc lục bảo phong phú của Nữ hoàng Cleopatra - những người nô lệ đã khai thác những viên pha lê xanh tuyệt đẹp bằng cái giá của mạng sống. Những viên đá quý được vận chuyển trên các đoàn lữ hành đến bờ Biển Đỏ, từ đó chúng rơi vào cung điện của những người cai trị các nước châu Âu, Cận và Viễn Đông - các hoàng đế Byzantine, shah Ba Tư, xe tải Trung Quốc, áo choàng Ấn Độ. Tên beryl được tìm thấy trong các tác giả cổ đại Hy Lạp và La Mã (beryll). Sự giống nhau giữa beryl và emerald đã được Pliny the Elder ghi nhận trong Lịch sử tự nhiên của ông: “Beryl, nếu bạn nghĩ về nó, có cùng bản chất với emerald (ngọc lục bảo), hoặc ít nhất là rất giống nhau.” Ngay cả ở Nga, xa Nubia, loại đá quý này đã được biết đến - trên tờ Izbornik của Svyatoslav, beryl được ghi nhận dưới cái tên "virullion".

Tuy nhiên, kim loại ẩn trong những viên đá quý đã không thể tìm thấy trong một thời gian dài. Thực tế như vậy không có gì đáng ngạc nhiên - ngay cả đối với một nhà khoa học hiện đại được trang bị những thiết bị mới nhất mà anh ta có thể áp dụng bất kỳ phương pháp nghiên cứu nào (từ phân tích quang phổ đến phóng xạ), thì việc phát hiện berili là điều khá khó khăn. Thực tế là kim loại này, về nhiều đặc tính, giống với nhôm và các hợp chất của nó, ẩn trong các khoáng chất sau lưng chúng. Hãy tưởng tượng những khó khăn mà các nhà thám hiểm đầu thế kỷ 18 phải đối mặt! Nhiều nhà khoa học đã cố gắng phân tích beryl, nhưng không ai có thể phát hiện ra kim loại mới mà nó chứa. Ngay cả bảy mươi năm sau khi phát hiện ra, sự giống nhau của berili và nhôm đã gây ra rất nhiều vấn đề cho chính D. I. Mendeleev - chính vì sự tương đồng của nó với nguyên tố thứ mười ba mà berili được coi là kim loại hóa trị ba với khối lượng nguyên tử là 13,5, do đó, vị trí của nó trong bảng phải nằm giữa cacbon và nitơ. Tuy nhiên, tình huống này dẫn đến sự nhầm lẫn rõ ràng đối với sự thay đổi thường xuyên trong thuộc tính của các nguyên tố và gây ra nghi ngờ về tính đúng đắn của Quy luật tuần hoàn. Dmitry Ivanovich, tin rằng mình đúng, nhấn mạnh rằng trọng lượng nguyên tử của berili được xác định không chính xác, và nguyên tố này không phải là ba, mà là hóa trị hai, có tính chất magnesi. Lập luận theo cách này, Mendeleev đã xếp berili vào nhóm thứ hai, gán cho nó trọng lượng nguyên tử là 9. Điều xảy ra là khá nhanh chóng tất cả các giả thiết về nhà hóa học vĩ đại người Nga đã được xác nhận bởi các đối thủ cũ của ông, các nhà hóa học Thụy Điển Lare Friederik Nilsson và Otto. Peterson, người trước đây đã tin chắc về tỷ lệ ba trị của berili. Nghiên cứu cẩn thận của họ cho thấy trọng lượng nguyên tử của nguyên tố này là 9,1. Vì vậy, nhờ berili - một "kẻ gây rối" trong hệ thống Tuần hoàn - một trong những định luật hóa học quan trọng nhất đã chiến thắng.

Tuy nhiên, chúng ta hãy quay trở lại sự thật về việc phát hiện ra kim loại này. Nhà tinh thể học và khoáng vật học người Pháp René Just Gayuy, khi so sánh các mẫu tinh thể beryl xanh lục-lam từ Limoges và tinh thể lục bảo lục từ Peru, đã ghi nhận sự giống nhau về độ cứng, mật độ và bề ngoài của chúng. Bị hấp dẫn bởi điều này, ông đề nghị với nhà hóa học người Pháp Nicolas Louis Vauquelin rằng những khoáng chất này được phân tích để xác định danh tính hóa học. Kết quả thí nghiệm của Vauquelin thật đáng kinh ngạc - nhà hóa học phát hiện ra rằng cả hai khoáng chất không chỉ chứa oxit của nhôm và silic, như đã biết trước đây, mà còn có một "trái đất" mới, rất giống nhôm oxit, nhưng không giống như nó, phản ứng với amoni cacbonat và không cho phèn chua. Sử dụng sự khác biệt này, Vauquelin đã tách các oxit của nhôm và một nguyên tố chưa biết. Vào ngày 15 tháng 2 năm 1798, tại một cuộc họp của Viện Hàn lâm Khoa học Pháp, Vauquelin đã đưa ra một thông báo giật gân rằng beryl và emerald chứa một loại "đất" mới khác với các đặc tính của nó so với alumina, hoặc oxit nhôm. Vauquelin đề nghị gọi nguyên tố mở là “wisteria” vì muối của nó có vị ngọt (trong tiếng Hy Lạp, “glycos” có nghĩa là ngọt), nhưng các nhà hóa học nổi tiếng Martin Heinrich Klaproth và Anders Ekeberg coi tên này không thành công, vì muối yttrium cũng có vị ngọt nếm thử. Trong các công trình của các nhà khoa học này, "trái đất" do Vauquelin phát hiện được gọi là beryl. Tuy nhiên, trong các tài liệu khoa học của thế kỷ 19, nguyên tố mới được gọi là "glycium", "wisterium", hoặc "glucinium". Ở Nga, cho đến giữa thế kỷ 19, oxit của nguyên tố này được gọi là "đất ngọt", "đất ngọt", "đất ngọt", và bản thân nguyên tố này được gọi là wisterium, glycinite, glycium, sweet earth. Bây giờ tên này được bảo tồn chỉ ở Pháp. Điều thú vị là từ năm 1814, giáo sư F. I. Giese của Kharkov đã đề xuất gọi nguyên tố số bốn là berili.

Ở dạng một chất đơn giản, nguyên tố do Vauquelin phát hiện lần đầu tiên được nhà hóa học người Đức Friedrich Wöhler thu được vào năm 1828, khử berili clorua bằng kali. Không phụ thuộc vào ông, cùng năm, kim loại berili được nhà hóa học người Pháp Antoine Bussy phân lập bằng phương pháp tương tự. Tuy nhiên, berili dạng bột thu được chứa một lượng lớn tạp chất, chỉ bảy thập kỷ sau, người Pháp P. Lebo đã có thể thu được berili kim loại nguyên chất bằng cách điện phân muối nóng chảy.

Ở trong tự nhiên

Berili là một nguyên tố đặc biệt hiếm, hàm lượng trung bình của kim loại này trong vỏ trái đất (clarke) thay đổi từ 6 ∙ 10-4% đến 2 ∙ 10-4% theo nhiều ước tính khác nhau. Các nhà khoa học giải thích sự phổ biến thấp như vậy là do khả năng của berili tương tác với các proton và neutron năng lượng cao. Lý thuyết này được ủng hộ bởi thực tế là có rất ít berili trong bầu khí quyển của mặt trời và các ngôi sao, và trong không gian giữa các vì sao, nơi điều kiện cho phản ứng hạt nhân không thuận lợi, lượng của nó tăng mạnh. Đồng thời, berili không phải là một nguyên tố vi lượng, bởi vì nó là một phần của lớp trầm tích bề mặt của beryl trong đá pegmatit, loại đá cuối cùng hình thành trong các mái vòm đá granit. Thực tế này được xác nhận bởi phát hiện trong đá granit pegmatit (nhân tiện, được tìm thấy ở tất cả các nước) các beryl khổng lồ - dài từ một mét đến chín mét và nặng vài tấn. Hầu hết nguyên tố bốn trong đá mácma liên kết với plagiocla, nơi berili thay thế silic. Tuy nhiên, nồng độ cao nhất của nó là điển hình đối với một số khoáng chất và muscovit có màu sẫm (hàng chục, ít hơn thường là hàng trăm gam / tấn). Nếu berili bị phân tán gần như hoàn toàn trong đá kiềm, thì trong quá trình hình thành đá có tính axit, nó có thể tích tụ trong các sản phẩm sau tạo đá - pegmatit và các thể khí sinh nhiệt dịch. Trong đá pegmatit axit, sự hình thành nồng độ đáng kể của berili có liên quan đến các quá trình albitization và muscovi hóa. Trong pegmatit, berili tạo thành các khoáng chất riêng của nó, nhưng một phần của nó (khoảng 10%) được tìm thấy ở dạng đẳng cấu trong các khoáng vật tạo đá và nhỏ (thạch anh, micas, microcline, albite). Trong pegmatit kiềm, berili có mặt với một lượng nhỏ trong thành phần của các khoáng chất hiếm: chkalovite, eudidymite, analcime, và leukophane, nơi nó được bao gồm trong nhóm anion. Các dung dịch sau mantozơ mang berili ra khỏi magma dưới dạng các chất phóng xạ chứa flo và các hợp chất phức tạp liên kết với vonfram, thiếc, molypden và liti.

Không có ý kiến ​​rõ ràng về số lượng khoáng chất riêng của berili, nhưng người ta xác định chính xác rằng có hơn ba mươi trong số chúng, nhưng chỉ có sáu trong số chúng được coi là phổ biến hơn hoặc ít hơn. Trong đó quan trọng nhất là beryl 3BeO Al2O3 6SiO2, có nhiều màu sắc đa dạng. Vì vậy, ví dụ, ngọc lục bảo chứa khoảng 2% crom, khiến nó có màu xanh lục, và màu hồng của chim sẻ là do phụ gia của các hợp chất mangan (II). Aquamarine có màu xanh lam do các tạp chất sắt (II), và heliodor màu vàng vàng được tạo màu bởi các ion sắt (III). Các giống beryl khác cũng được biết đến với màu sắc khác nhau (xanh đậm, hồng, đỏ, xanh nhạt, không màu, v.v.). Ngoài beryl, phenakite 2BeO SiO2, bertrandite 4BeO 2SiO2 H2O, helvin (Mn, Fe, Zn) 43S, chrysoberyl và danalit được coi là những khoáng chất quan trọng trong công nghiệp của berili.

Hàm lượng berili trong nước biển rất thấp - 6 ∙ 10-7 mg / l. Oxit và hiđroxit của beri hầu như không tan trong nước, do đó, nó được tìm thấy trong nước ngầm chủ yếu ở dạng huyền phù (thường gặp trong các hợp chất phức tạp với các chất hữu cơ) và chỉ một phần ở trạng thái hòa tan. Vì những lý do này, hàm lượng berili trong nước tự nhiên thấp - ở mức vết (0,01-0,07 µg / l). Ở vùng nước có tính axit, hàm lượng berili cao hơn, ở vùng nước có tính kiềm thì thấp hơn. Hàm lượng flo và chất hữu cơ tăng lên trong nước góp phần tích tụ berili, và ngược lại, sự hiện diện của canxi sẽ ngăn cản sự tích tụ của nó.

Tài nguyên berili tự nhiên trên thế giới ước tính khoảng hơn 80 nghìn tấn (tính theo hàm lượng berili), trong đó khoảng 65% tập trung ở Hoa Kỳ, nơi nguyên liệu chính của berili là quặng bertrandit. Trong số các quốc gia khác, Trung Quốc, Nga và Kazakhstan có trữ lượng berili lớn nhất. Hơn nữa, vào thời Liên Xô, nhiều berili được khai thác trên lãnh thổ của nước Nga hiện đại - các mỏ Malyshevskoye (vùng Sverdlovsk), Zavitinskoye (vùng Chita), Ermakovskoye (Buryatia), Pogranichnoye (Lãnh thổ Primorsky). Tuy nhiên, sau khi cắt giảm khu phức hợp công nghiệp-quân sự và cắt giảm các chương trình xây dựng các nhà máy điện hạt nhân mới, việc sản xuất berili giảm mạnh, do đó sự phát triển đã bị dừng lại ở các mỏ Malyshevskoye và Ermakovskoye và giảm đáng kể tại Zaviviviviviker. tiền gửi. Hơn nữa, phần lớn berili được khai thác được bán cho nước ngoài, những người tiêu thụ chính của kim loại này là châu Âu và Nhật Bản.

Đăng kí

Do berili nguyên chất chỉ thu được vào cuối thế kỷ 19, nên nó không thể tìm thấy một ứng dụng xứng đáng trong một thời gian dài. Do đó, nhiều sách tham khảo và bách khoa toàn thư đầu thế kỷ 20 đã nói về berili: "Nó không có ứng dụng thực tế". Phải mất thời gian để các thuộc tính duy nhất của nguyên tố số bốn được đưa vào sử dụng - thời gian cho sự phát triển của trình độ công nghệ hiện tại. Và nếu vào những năm ba mươi của thế kỷ XX, viện sĩ Liên Xô A.E. Fersman gọi berili là kim loại của tương lai, nhưng bây giờ nó có thể được gọi một cách chính xác là kim loại của hiện tại.

Một lượng lớn berili được tiêu thụ dưới dạng hợp kim bổ sung cho các hợp kim khác nhau dựa trên nhôm, niken, magiê, đồng và các kim loại khác. Phụ gia này mang lại độ cứng cao, dẫn điện tốt, dẫn nhiệt và độ bền của hợp kim, chống ăn mòn bề mặt của các sản phẩm làm từ các hợp kim này. Nổi tiếng nhất và được sử dụng trong công nghệ là đồng berili (ở Mỹ vào những năm 80 có tới 80% berili được sản xuất) - hợp kim của đồng với berili. Nhiều sản phẩm được làm từ chúng, đòi hỏi độ bền cao, khả năng chống mỏi và ăn mòn tốt, duy trì độ đàn hồi trong một phạm vi nhiệt độ đáng kể, độ dẫn điện và nhiệt cao. Một trong những người tiêu thụ hợp kim này là ngành công nghiệp hàng không - người ta ước tính rằng trong một chiếc máy bay hạng nặng hiện đại hơn một nghìn bộ phận được làm bằng đồng berili. Do đặc tính đàn hồi của nó, đồng berili là một vật liệu lò xo tuyệt vời. Lò xo làm bằng vật liệu này thực tế không mỏi: chúng có thể chịu được tới 20 triệu chu kỳ tải, trong khi lò xo thép cacbon thông thường bị hỏng sau 800-850 chu kỳ. Ngoài ra, đồng berili không lấp lánh khi chúng va vào kim loại hoặc đá, vì lý do này, chúng được sử dụng để sản xuất các công cụ đặc biệt dùng trong công việc nổ - trong hầm mỏ, nhà máy bột, kho chứa dầu. Các chất phụ gia của berili tráng các hợp kim khác, ví dụ, dựa trên magiê và nhôm: một lượng rất nhỏ berili (đủ 0,005%) làm giảm đáng kể sự mất mát của hợp kim magiê do quá trình đốt cháy và oxy hóa trong quá trình nấu chảy và đúc. Các tính chất không kém phần thú vị được sở hữu bởi berili - hợp chất liên kim của berili với tantali, niobi, zirconi và các kim loại chịu lửa khác. Những hợp chất này đặc biệt cứng và có khả năng chống oxy hóa và có thể tồn tại hơn mười giờ ở 1650 ° C. Người ta coi là có triển vọng thu được hợp kim của berili với liti - chúng sẽ nhẹ hơn nước.

Có thể tăng độ cứng, độ bền và khả năng chịu nhiệt của các kim loại khác mà không cần đưa beri vào hợp kim. Trong những trường hợp như vậy, berili hóa được sử dụng - bão hòa bề mặt của một bộ phận thép với beri bằng cách khuếch tán. Sau đó, bề mặt của bộ phận được bao phủ bởi một hợp chất hóa học rắn của beri với sắt và cacbon. Chỉ dày 0,15 ... 0,4 mm, lớp phủ bảo vệ bền này giúp các bộ phận chịu nhiệt và chịu được nước biển và axit nitric.

Sự kết hợp của một khối lượng nguyên tử thấp, một tiết diện bắt nhỏ cho các nơtron nhiệt (0,009 ô trên một nguyên tử), một tiết diện lớn cho sự tán xạ của chúng và khả năng chống bức xạ đủ làm cho beri trở thành một trong những vật liệu tốt nhất để sản xuất bộ điều chế và phản xạ nơtron trong lò phản ứng hạt nhân. Việc chế tạo bộ điều tiết và phản xạ từ berili và oxit của nó giúp giảm đáng kể AZ của các lò phản ứng, tăng nhiệt độ hoạt động và sử dụng nhiên liệu hạt nhân hiệu quả hơn. Cửa sổ của ống tia X được làm từ berili, sử dụng tính thấm tia X cao của nó (gấp 17 lần so với nhôm). Trong hỗn hợp với một số nuclit phóng xạ α (radium, polonium, actini, plutonium), berili được sử dụng trong các nguồn neutron ống, vì nó có đặc tính phát xạ neutron cường độ cao khi bị bắn phá bởi các hạt α.

Berili và một số hợp chất của nó (ở dạng dung dịch trong amoniac lỏng, ở dạng hyđrua beri, dung dịch berili borohydrid trong amoniac lỏng) được coi là nhiên liệu tên lửa rắn có triển vọng với xung lực cụ thể cao nhất. Các hợp chất berili đã được tìm thấy ứng dụng không kém gì chính kim loại: trong công nghệ laze, aluminat berili được sử dụng trong sản xuất các chất phát xạ trạng thái rắn (thanh, tấm). Beryllium borohydride và bột berili phân tán mịn được ngâm tẩm với oxy lỏng hoặc oxit flo đôi khi được sử dụng làm chất nổ đặc biệt mạnh (HE). Beryllium florua được sử dụng trong công nghệ hạt nhân để nấu chảy thủy tinh được sử dụng để điều khiển thông lượng neutron nhỏ. Beryllium oxide có nhiều đặc tính quý giá - do tính chịu nhiệt cao (nhiệt độ nóng chảy 2570 ° C), khả năng chịu hóa chất đáng kể và độ dẫn nhiệt cao, vật liệu này được sử dụng để lót lò nung cảm ứng, làm nồi nấu kim loại để nấu chảy các kim loại và hợp kim khác nhau. Beryllium oxide là vật liệu chính để bọc các phần tử nhiên liệu (thanh nhiên liệu) của lò phản ứng hạt nhân. Rốt cuộc, chính trong các lớp vỏ này, mật độ thông lượng neutron đặc biệt cao và nhiệt độ cao nhất, ứng suất cao nhất và tất cả các điều kiện để ăn mòn. Vì uranium có khả năng chống ăn mòn và không đủ mạnh, nó phải được bảo vệ bằng lớp vỏ đặc biệt, thường là từ oxit berili.

Sản xuất

Việc chiết xuất berili từ các khoáng chất tự nhiên của nó (chủ yếu là beryl) là một quá trình phức tạp và tốn kém bao gồm nhiều giai đoạn. Hơn nữa, khó khăn chính nằm ở việc tách nguyên tố số bốn khỏi một người bạn đồng hành tương tự như nó về tính chất - nhôm. Có một số phương pháp để tách như vậy. Ví dụ, một trong những cách là berili oxyacetate Be4O (CH3COO) 6, trái ngược với nhôm oxyacetate + CH3COO–, có cấu trúc phân tử và dễ dàng thăng hoa khi đun nóng. Tuy nhiên, các phương pháp khác được sử dụng trong công nghiệp để tinh chế berili khỏi nhôm.

Đầu tiên là phương pháp tách sunfat, bao gồm thiêu kết chất cô đặc ở nhiệt độ 750 ° C với natri cacbonat Na2CO3 (sôđa) hoặc canxi CaCO3 (đá phấn), tiếp theo là xử lý nung kết bằng axit sunfuric đặc nóng H2SO4 đặc. Từ dung dịch thu được các sunfat của beri, nhôm và các nguyên tố khác có trong tinh quặng ban đầu, nhôm được tách ra ở dạng phèn nhôm amoni bằng tác dụng của amoni sunfat (NH4) 2SO4, dung dịch còn lại được xử lý bằng một lượng dư natri hiđroxit NaOH. Kết quả là, một dung dịch có chứa Na2 và natri aluminat được tạo thành. Hơn nữa, khi dung dịch này được đun sôi, do sự phân hủy của hydroxoberyllat, berili hydroxit Be (OH) 2 kết tủa, và các alumin vẫn còn trong dung dịch. Beryllium hydroxide được tinh chế khỏi các tạp chất bằng cách chiết xuất với Tributyl phosphate.

Phương pháp sulfat cũng được sử dụng để chiết xuất berili từ một khoáng chất berili khác, bertrandit. Trong khi dung dịch axit sunfuric được chiết bằng dầu hỏa có chứa axit photphoric dietyl-hexyl. Phần hữu cơ được xử lý bằng dung dịch nước (NH4) 2CO3, các hydroxit và hydroxocacbonat của sắt và nhôm được kết tủa, trong khi berili vẫn còn trong dung dịch ở dạng (NH4) 2, sẽ bị phân hủy về số lượng khi đun nóng dung dịch đến 95 ° C, tạo thành kết tủa 2BeCO3 ∙ Be (OH) 2. Khi nung thứ hai ở 165 ° C, thu được berili hydroxit.

Phương pháp thứ hai để tách Be và Al là florua. Công nghệ của phương pháp này như sau: chất cô đặc (beryl nghiền nhỏ) được thiêu kết (ở nhiệt độ khoảng 750 ° C) với natri hexafluorosilicat Na2SiF6:

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

Kết quả của sự phản ứng tổng hợp, cryolit Na3AlF6 được hình thành - một hợp chất hòa tan kém trong nước, cũng như natri fluoroberyllate Na2, hòa tan trong nước, sau đó bị rửa trôi với nước. Be (OH) 2 được kết tủa từ dung dịch tạo thành do tác dụng của natri hydroxit NaOH, khi nung trong đó BeO được tạo thành. Đôi khi berili hydroxit được tinh chế thêm bằng cách hòa tan nó trong axit sulfuric với sự hiện diện của chất chelat và sau đó kết tủa với amoniac. Vào dung dịch chứa NaF còn lại sau tác dụng của natri hiđroxit, Fe2 (SO4) 3 được thêm vào để tận dụng chất sau và Na3 kết tủa, cũng được dùng để phân hủy beryl, thay thế một phần Na2.

Ngoài các phương pháp tách trên, người ta còn biết đến phương pháp xử lý beryl này. Khoáng chất ban đầu lần đầu tiên được hợp nhất với muối kali K2CO3. Trong trường hợp này, berili K2BeO2 và kali aluminat KAlO2 được tạo thành:

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

Sau khi rửa bằng nước, dung dịch thu được được axit hóa bằng axit sunfuric. Kết quả là axit silicic kết tủa. Phèn kali tiếp tục được kết tủa khỏi dịch lọc, sau đó chỉ còn lại các ion Be2 + trong dung dịch từ các cation.

Còn được gọi là sự mở đầu của beryl bằng cách clo hóa hoặc hoạt động của phosgene. Quá trình xử lý tiếp theo được thực hiện để thu được BeF2 hoặc BeCl2.

BeC12 clorua hoặc BeF2 florua thu được từ oxit BeO hoặc beri hiđroxit Be (OH) 2 thu được bằng cách này hay cách khác. Florua bị khử thành kim loại beri với magiê ở 925-1325 ° C:

BeF2 + Mg → MgF2 + Be

Sự nóng chảy của hỗn hợp BeCl2 với NaCl được điện phân ở nhiệt độ 350 ° C. Trước đây, beri được thu được bằng cách điện phân nóng chảy bari fluoroberyllat Ba:

Ba → BaF2 + Be + F2

Kim loại thu được bằng phương pháp này hay phương pháp khác được nung chảy trong chân không. Berili được tinh chế đến độ tinh khiết 99,98% bằng cách chưng cất chân không; với số lượng nhỏ, berili nhựa chứa không quá 10-4% tạp chất thu được bằng cách nấu chảy vùng. Đôi khi tinh chế điện phân được sử dụng để tinh chế.

Để thu được phôi trắng và các sản phẩm từ beri, người ta chủ yếu sử dụng phương pháp luyện kim bột (do khó sản xuất vật đúc chất lượng cao từ kim loại giòn này). Trong trường hợp này, trong môi trường trơ, berili được nghiền thành bột và được ép nóng trong chân không ở 1140-1180 ° C. Ống, thanh và các cấu hình khác của berili được sản xuất bằng cách đùn ở 800-1050 ° C (đùn nóng) hoặc ở 400-500 ° C (đùn ấm). Tấm berili thu được bằng cách cán phôi ép nóng hoặc dải ép đùn ở 760-840 ° C. Các kiểu gia công khác cũng được sử dụng - rèn, dập, vẽ.

Tính chất vật lý

Berili là một kim loại giòn, nhưng đồng thời rất cứng, màu xám nhạt với ánh kim loại. Berili có hai dạng biến đổi tinh thể: α-berili (biến tính ở nhiệt độ thấp) có mạng tinh thể xếp sát lục giác kiểu Mg (dẫn đến tính chất dị hướng) với các thông số a = 0,22866 nm, c = 0,35833 nm, z = 2; β-berili (điều chế ở nhiệt độ cao) có mạng tinh thể lập phương tâm khối kiểu Fe với a = 0,25515 nm. Nhiệt độ chuyển đổi từ sửa đổi α sang sửa đổi β là khoảng 1.277 ° C. Điểm nóng chảy của nguyên tố số bốn (tmelt) là 1285 ° C, điểm sôi (tboil) là 2470 ° C. Berili là một trong những nguyên tố nhẹ nhất, khối lượng riêng của nó ở trạng thái rắn chỉ là 1,816 g / cm3, thậm chí như vậy kim loại nhẹ như nhôm (tỷ trọng 2 .7 g / cm3), nặng hơn beri gần một lần rưỡi. Hơn nữa, ở trạng thái lỏng, mật độ của berili thậm chí còn thấp hơn (ở 1287 ° C, mật độ là 1.690 g / cm3). Berili có nhiệt dung cao nhất trong tất cả các kim loại - 1,80 kJ / (kg K) hoặc 0,43 kcal / (kg ° C), độ dẫn nhiệt cao - 178 W / (m K) hoặc 0,45 cal / (cm giây ° C) ở a nhiệt độ 50 ° C, điện trở thấp - 3,6-4,5 μOhm cm ở nhiệt độ phòng; hệ số giãn nở tuyến tính của berili 10,3-131 (25-100 ° C).

Cũng như hầu hết các nguyên tố khác, nhiều tính chất vật lý của berili phụ thuộc vào chất lượng và cấu trúc của kim loại và thay đổi rõ rệt theo nhiệt độ. Ví dụ, ngay cả một lượng nhỏ các tạp chất lạ cũng có thể tạo ra berili. Các tính chất cơ học của berili phụ thuộc vào độ tinh khiết của kim loại, kích thước hạt và kết cấu, được xác định bởi bản chất của quá trình xử lý. Berili được gia công kém và cần sử dụng các công cụ cacbua. So với các vật liệu nhẹ khác, berili có sự kết hợp độc đáo giữa các tính chất vật lý và cơ học. Về độ bền và độ cứng cụ thể, nó vượt qua tất cả các kim loại khác, giữ được những ưu điểm này ở nhiệt độ 500-600 ° C. Mô đun đàn hồi theo chiều dọc (mô đun Young) đối với berili là 300 Gn / m2 hoặc 3.104 kgf / mm2 (cao hơn 4 lần so với nhôm, 2,5 lần so với thông số tương ứng của titan và cao hơn một phần ba so với thép). Độ bền kéo của berili là 200-550 MN / m2 (20-55 kgf / mm2), độ giãn dài 0,2-2%. Việc xử lý áp suất dẫn đến sự định hướng lại nhất định của các tinh thể berili, do đó tính dị hướng xảy ra và có thể cải thiện đáng kể các đặc tính. Độ bền kéo theo hướng vẽ đạt 400-800 MN / m2 (40-80 kgf / mm2), độ bền kéo 250-600 MN / m2 (25-60 kgf / mm2) và độ giãn dài tương đối lên đến 4 -12%. Đặc tính cơ theo phương vuông góc với hình vẽ, hầu như không thay đổi. Như đã đề cập trước đó - berili là một kim loại giòn - cường độ va đập của nó là 10-50 kJ / m2 (0,1-0,5 kgf m / cm2). Nhiệt độ chuyển của berili từ trạng thái giòn sang trạng thái dẻo là 200-400 ° C. Độ cứng Brinell đối với berili là 1060-1320 MPa. Berili được đặc trưng bởi các đặc tính hạt nhân cao - tiết diện bắt nơtron nhiệt hiệu quả thấp nhất trong số các kim loại và tiết diện tán xạ cao nhất đối với chúng.

Với rất nhiều ưu điểm, berili vẫn có một số nhược điểm. Thứ nhất, đây là giá thành cao của kim loại này, liên quan đến sự khan hiếm nguyên liệu thô và sự phức tạp của quá trình xử lý nó, và thứ hai, berili có độ giòn nguội rất thấp. Cường độ va đập của berili kỹ thuật dưới 5 J / cm2. Chưa hết, sự kết hợp độc đáo giữa các ưu điểm kỹ thuật của berili làm cho nó trở thành vật liệu không thể thiếu trong các lĩnh vực khác nhau.

Tính chất hóa học

Trong các hợp chất hóa học, beri có tính hóa trị hai (cấu hình của lớp electron ngoài cùng là 2s2). Về tính chất hóa học của nó, berili phần lớn tương tự như nhôm, nằm ở chu kỳ thứ ba và thuộc nhóm thứ ba của hệ thống tuần hoàn, nghĩa là ở bên phải và bên dưới berili. Hiện tượng này, được gọi là sự giống nhau về đường chéo, cũng được quan sát thấy ở một số nguyên tố khác, ví dụ, boron có nhiều tính chất hóa học tương tự như silic. Sự gần gũi về các tính chất của berili và nhôm được giải thích bởi tỷ lệ gần như giống hệt nhau của điện tích cation và bán kính của nó đối với các ion Be2 + và Al3 +. Nguyên tố số bốn thường là chất lưỡng tính - có cả tính chất kim loại và phi kim loại, nhưng tính chất kim loại chiếm ưu thế. Berili kim loại nhỏ gọn không hoạt động hóa học ở nhiệt độ phòng - nó không bị oxy hóa trong không khí (lên đến nhiệt độ 600 ° C), không tương tác với nước nóng và lạnh, và cả với hơi nước do sự hình thành của một lớp màng bảo vệ beryllium oxide BeO trên bề mặt của nó, làm cho beri có màu xỉn. Tuy nhiên, khi đun nóng trên nhiệt độ 800 ° C, nó nhanh chóng bị oxy hóa. Beryllium oxide BeO xuất hiện tự nhiên dưới dạng một khoáng chất hiếm, bromellite. Berili tan dễ dàng trong axit clohydric (HCl), axit sunfuric (H2SO4), axit flohiđric loãng, phản ứng yếu với axit sunfuric đặc và axit nitric loãng khi đun nóng (HNO3) và không phản ứng với axit nitric đặc - trong trường hợp thứ hai, axit chuyển hóa kim loại. Trong dung dịch nước kiềm, berili cũng hòa tan cùng với sự giải phóng hydro và tạo thành hydroxoberyllat:

Be + 2NaOH + 2H2O → Na2 + H2

Khi thực hiện phản ứng với kiềm nóng chảy ở 400-500 ° C, dioxoberyllat được tạo thành:

Be + 2NaOH → Na2BeO2 + H2

Berili kim loại tan nhanh trong dung dịch nước amoni biflorua NH4HF2. Phản ứng này có tầm quan trọng về mặt công nghệ để sản xuất BeF2 khan và tinh chế berili:

Be + 2NH4HF2 → (NH4) 2 + H2

Khi berili tương tác với nitơ và amoniac ở 500-900 ° C, thu được Be3N2 nitride. Ở nhiệt độ phòng, berili phản ứng với flo và khi đun nóng với các halogen khác (tạo thành halogenua, chẳng hạn như BeHal2) và hydro sunfua. Trong số các halogenua berili, quan trọng nhất là florua (BeF2) và clorua (BeCl2), được sử dụng trong quá trình chế biến quặng berili. Với cacbon ở 1 700-2 100 ° C, berili tạo thành cacbua Be2C, với phốt pho trên 750 ° C - Be3P2 phosphide. Trong chân không trên 700 ° C, berili khử được KOH, ở 270 ° C - BaO, ở 1075 ° C - MgO, ở 1400 ° C - TiO2 thành các kim loại tương ứng và ở 270 ° C - SiCl4 thành Si. Berili thực tế không phản ứng với hydro trong toàn bộ dải nhiệt độ, tuy nhiên, bằng cách khử gián tiếp berili clorua bằng LiAlH4, thu được berili hyđrua (BeH2), chất này bền đến 240 ° C, sau đó khi đun nóng, nó bắt đầu giải phóng hiđro. Ở nhiệt độ cao, nguyên tố số 4 phản ứng với hầu hết các kim loại để tạo thành berilit. Ở trạng thái lỏng, beri hòa tan trong nhiều kim loại (Zn, Al, Fe, Co, Cu, Ni, v.v.), ngoại trừ magie. Berili tạo thành hợp kim eutectic với nhôm và silicon. Nguyên tố số 4 tạo thành dung dịch rắn chỉ với một số kim loại, hợp kim tan nhiều nhất với đồng (2,75% khối lượng), crom (1,7%), niken (2,7%). Độ hòa tan giảm đáng kể khi nhiệt độ giảm, do đó các hợp kim chứa berili có khả năng kết tủa cứng lại. Độ hòa tan của các nguyên tố tạp chất trong beri rất thấp.

Bột berili phân tán mịn cháy trong hơi lưu huỳnh, selen và Tellurium. Khi đốt cháy trong không khí, bột berili cháy với ngọn lửa sáng, và oxit và nitrua được tạo thành. Berili nóng chảy phản ứng với hầu hết các oxit, nitrit, sunfua và cacbua. Vật liệu thích hợp duy nhất để nấu chảy berili là oxit beri.

Các muối berili có tính hút ẩm cao và, với một số ngoại lệ (photphat, cacbonat), rất dễ hòa tan trong nước; dung dịch nước của chúng có tính axit do thủy phân. Một số hợp chất organoberyl phức tạp đã được biết đến, quá trình thủy phân và oxy hóa một số trong số chúng sẽ dẫn đến một vụ nổ.

Ô nhiễm môi trường với kim loại này cũng gắn liền với sự phát triển của công nghiệp, và hơn thế nữa là hiện đại nhất - hạt nhân. Tại các doanh nghiệp có nguồn năng lượng nguyên tử cực mạnh (beri đóng vai trò là nguồn trong các lò phản ứng hạt nhân), trong các nhà máy và mỏ đá, nơi nồng độ của nguyên tố này lên tới 0,01 mg trên 1 m 3 không khí, các dấu hiệu ngộ độc có thể đã được ghi nhận. Có ba mức độ ngộ độc: I - cái gọi là sốt đúc, truyền qua 24 hoặc 48 giờ; II - viêm phổi nhiễm độc, xuất hiện ngay cả sau một vài năm; III - nhiễm độc mãn tính, được gọi là berili, hoặc phổi công nghiệp. Thống kê cho thấy cứ 100 ca ngộ độc như vậy thì có 10 ca tử vong. Trường hợp đầu tiên đã được ghi nhận vào năm 1930, nhưng sau đó chỉ có 25 mg berili trong 1 m 3 không khí.

Berili thuộc về các nguyên tố không phóng xạ, việc sử dụng chúng đã tăng trong 20 năm qua khoảng 500%, trong khi, ví dụ, bo - tăng 78%, - tăng 50%, đồng - tăng 30%, mangan - tăng 45%, niken - 70%, - 44%.

Nhu cầu của ngành công nghiệp đối với nguyên tố này đã tăng lên đáng kể, và điều này khiến các bác sĩ và chuyên gia dinh dưỡng lo lắng, đặc biệt là vì berili cũng được sử dụng trong động cơ tên lửa, không chỉ trong tên lửa để nghiên cứu khí quyển mà còn trong các thiết bị quân sự. Người ta biết rằng vài tấn berili mỗi năm được sử dụng trong tên lửa để nghiên cứu khí quyển, nhưng bao nhiêu trong thiết bị quân sự? Kể từ năm 1963, Liên Xô đã tìm kiếm một loại vật liệu có thể thay thế nguyên tố này.

Berili - một nguyên tố hiếm trên hành tinh của chúng ta - có nhiều đặc tính quý giá. Nó rất nhẹ (nhẹ hơn sắt 4,5 lần) và khi bị bắn phá bằng các hạt alpha sẽ trở thành một nguồn giàu neutron. Enrico Fermi đã sử dụng thuốc và berili trong các thí nghiệm tạo ra lò phản ứng đầu tiên trên thế giới.

Trong nhiều năm, đèn đường màu với ánh sáng huỳnh quang chứa đầy berili cùng với kẽm, sau này hóa ra là có hại. Berili không bị gỉ. Và một lợi thế to lớn khác: bột berili, thường xuyên được sử dụng trong hỗn hợp nhiên liệu tên lửa, giải phóng một lượng lớn năng lượng khi bị đốt cháy.

Nhưng một trong những nhược điểm của nó vượt trội hơn tất cả những ưu điểm của nó: nó có độc, và ngay cả với số lượng tối thiểu. Ở mức độ lớn hơn, nó ảnh hưởng đến phụ nữ, đôi khi nó hủy hoại đàn ông.

Các thí nghiệm trên gà đã chỉ ra rằng berili gây tử vong cho chúng. Ngay cả khi những con gà xuất hiện từ những quả trứng bị nhiễm độc, chúng vẫn là những con quái vật với nhiều dị tật khác nhau. Và những con gà bị nhiễm độc berili đã đẻ những quả trứng lớn hơn bình thường, như thể chúng muốn thải độc theo cách này.

Ô nhiễm môi trường với berili cũng gắn liền với sự phát triển của công nghiệp. Beryllium đóng vai trò như một nguồn neutron trong các lò phản ứng hạt nhân. Khi nồng độ của nguyên tố này đạt tới 0,01 mg trên 1 m3 không khí, các dấu hiệu ngộ độc có thể xuất hiện, gồm ba giai đoạn:

* xưởng đúc sốt, trải qua 24-48 giờ;

* Viêm phổi nhiễm độc, có thể xảy ra ngay cả sau vài năm sau khi nhiễm độc berili;

* ngộ độc berili mãn tính - bệnh berylliosis, hoặc bệnh sarcoidosis phổi công nghiệp.

Thống kê cho thấy cứ 100 ca ngộ độc như vậy thì thường có 10 ca tử vong.

Berili thuộc về nguyên tố không phóng xạ. Nhưng việc sử dụng nó gần đây đã tăng khoảng 500% (trong khi việc sử dụng boron đã tăng 78%, crom tăng 50%, đồng tăng 30%, mangan tăng 45%, niken tăng 70%, kẽm tăng 44%).

Berili là một nguyên tố hiếm trên hành tinh của chúng ta. Nó có nhiều đặc tính quý giá: rất nhẹ (nhẹ hơn sắt 4,5 lần) và trong những điều kiện nhất định trở thành một nguồn giàu neutron. Do đó, Enrico Fermi đã sử dụng các chế phẩm của radium và berili trong các thí nghiệm tạo ra lò phản ứng đầu tiên trên thế giới. Berili không bị gỉ!

Trong nhiều năm, đèn đường màu chứa đầy berili cùng với kẽm, thứ ánh sáng mà sau này xuất hiện, có hại.

Và một đặc tính nữa của berili: bột của nó, được sử dụng liên tục trong hỗn hợp nhiên liệu cho tên lửa, giải phóng một lượng lớn năng lượng trong quá trình đốt cháy. Nhưng tất cả những ưu điểm của nó đều vượt trội hơn một nhược điểm: berili rất độc ngay cả với số lượng nhỏ nhất. Nó có ảnh hưởng bất lợi đến các chức năng tình dục.

Việc sử dụng nhiều berili trong công nghiệp, bao gồm cả công nghiệp quốc phòng, gây lo lắng nghiêm trọng cho các bác sĩ, chuyên gia dinh dưỡng và người dân trong nước.

Berili là một nguyên tố hóa học độc hại. Berili có thể xâm nhập vào cơ thể con người bằng cả thức ăn và qua phổi. Lượng berili tiêu thụ trung bình hàng ngày là 10–20 µg. Khi nhận được ở dạng hòa tan trong đường tiêu hóa, berili tương tác với phốt phát và tạo thành hợp chất hòa tan kém Be3 (PO4) 2 hoặc liên kết với protein của tế bào biểu mô thành protein mạnh. Do đó, sự hấp thụ berili trong đường tiêu hóa thấp và dao động từ 4 đến 10% so với lượng nhận được. Chỉ số này còn phụ thuộc vào độ chua của dịch vị. Tổng lượng berili trong cơ thể của một người trưởng thành nằm trong khoảng từ 0,4 đến 40 microgam. Berili thường xuyên có trong máu, xương và mô cơ (0,001-0,003 µg / g) và các cơ quan khác. Người ta đã chứng minh rằng berili có thể được lắng đọng trong phổi, gan, hạch bạch huyết, xương và cơ tim. Berili được đào thải ra khỏi cơ thể chủ yếu qua nước tiểu (hơn 90%).

Berili có thể tham gia vào quá trình điều chỉnh chuyển hóa phốt pho-canxi, duy trì trạng thái miễn dịch của cơ thể. Người ta đã chứng minh rằng hoạt động của các hợp chất beri được biểu hiện rõ ràng trong các biến đổi sinh hóa khác nhau liên quan đến sự tham gia của phốt phát vô cơ.

Hàm lượng berili trong thực phẩm tăng lên góp phần hình thành photphat berili. Bằng cách "lấy đi" phốt phát một cách có hệ thống từ phần quan trọng nhất của xương - canxi phốt phát, berili, do đó làm suy yếu mô xương và góp phần phá hủy nó. Thực nghiệm người ta biết rằng việc đưa nguyên tố này vào động vật gây ra chứng còi xương do "berili". Người ta đã chứng minh rằng ngay cả một lượng nhỏ berili trong thành phần của xương cũng có thể làm mềm xương (berili). Ở những nơi sử dụng berili qua đường tiêm, sự phá hủy các mô xung quanh xảy ra, từ đây beri được đào thải ra ngoài rất chậm. Cuối cùng, berili được lắng đọng trong xương và gan.

Theo quan niệm hiện đại, berili là một nguyên tố độc hại, gây ung thư và gây đột biến gen. Tác dụng gây bệnh của berili được quan sát thấy khi nó được hít vào ở nồng độ vượt quá MPC từ 2 lần trở lên. Các muối berili ở nồng độ 1 µmol / l ức chế đặc biệt hoạt động của phosphatase kiềm và có tác dụng làm giảm các enzym khác. Tính chất độc miễn dịch của berili đã được nghiên cứu khá kỹ. Trong bệnh học, ngộ độc berili cấp tính và mãn tính được phân biệt. Người ta biết, ví dụ, việc loại bỏ các hợp chất berili khỏi cơ thể (đặc biệt là từ các cơ quan của hệ thống lympho, nơi chúng tích tụ) diễn ra cực kỳ chậm, trong khoảng thời gian hơn 10 năm. Mức độ cao của berili được tìm thấy trong các gia đình của công nhân tiếp xúc với nguyên tố này tại nơi làm việc.

Dấu hiệu dư thừa berili trong cơ thể

* tổn thương mô phổi (xơ hóa, bệnh sarcoidosis);

* tổn thương da - bệnh chàm, ban đỏ, bệnh da liễu (khi các hợp chất berili tiếp xúc với da);

* berili;

* sốt đúc (kích ứng màng nhầy của mắt và đường hô hấp);

* xói mòn màng nhầy của đường tiêu hóa;

* rối loạn chức năng của cơ tim, gan;

* phát triển các quá trình tự miễn dịch, khối u.

Để ngăn ngừa sự phát triển của bệnh lý do tiếp xúc với các hợp chất berili trong môi trường sản xuất, cần tuân thủ nghiêm ngặt các quy tắc an toàn (sử dụng mặt nạ phòng độc, thay quần áo, v.v.), loại bỏ ảnh hưởng của các chất có thể gây kích ứng lên cơ thể ( nicotin, không khí khô lạnh, thuốc xịt). Ở một giai đoạn nhất định trong quá trình phát triển của bệnh lý, có thể cần phải thay đổi công việc.

Berili thường xuyên được tìm thấy trong thực vật, cũng như trong các sinh vật động vật, tức là nó là một siêu vi lượng tạp chất. Vai trò sinh học của berili vẫn chưa được nghiên cứu đầy đủ. Người ta biết rằng các hợp chất của beri rất độc và gây ra một số bệnh (bệnh còi xương do berili, bệnh berylliosis, v.v.). Các hợp chất dễ bay hơi của beri đặc biệt độc. Như đã thảo luận ở trên, ảnh hưởng tiêu cực của ion Be 2+ đối với các quá trình sinh lý có thể được giải thích bởi các đặc tính hóa học của nó (khả năng tạo liên kết mạnh với lưỡng cực và khả năng hòa tan tốt của photphat berili).

Magiê chính thức là một chất dinh dưỡng đa lượng. Tổng hàm lượng của nó trong cơ thể là 0,027% (khoảng 20 g). Cấu trúc của magie trong cơ thể con người như sau: magie tập trung ở mức độ lớn nhất trong ngà răng và men răng, mô xương. Nó cũng tích tụ trong tuyến tụy, cơ xương, thận, não, gan và tim. Ở người trưởng thành, nhu cầu magiê hàng ngày là khoảng 0,7 g. Ion magiê, giống như ion kali, là một cation nội bào.

Trong chất lỏng và mô sinh học của cơ thể, magiê được tìm thấy ở cả dạng ion nước và ở trạng thái liên kết với protein với một lượng<: 10~2 %, т. е. по сущности это микроэлемент.

Cơm. Địa hình của các nguyên tố s thuộc nhóm IIA trong cơ thể người

Nồng độ của các ion magiê bên trong tế bào cao hơn khoảng 2,5-3 lần so với trong dịch ngoại bào. Các ion magiê đóng một vai trò sinh học quan trọng trong cơ thể con người. Do bán kính của ion nhỏ hơn và năng lượng ion hóa cao hơn, ion Mg 2+ tạo liên kết mạnh hơn ion canxi, và do đó là chất xúc tác tích cực hơn cho các quá trình enzym. Là một phần của các hệ thống enzym khác nhau, ion magie là thành phần và chất hoạt hóa không thể thiếu của chúng (các enzym như carboxypeptidase, cholinesterase và một số enzym khác là đặc trưng cho ion magie).

Quá trình thủy phân ATP, liên quan đến một số phản ứng enzym, kết quả là ion hydrophosphat HPO 4 2- được hình thành và một lượng lớn năng lượng được giải phóng, diễn ra với sự dư thừa bắt buộc của các ion Mg 2+.

Canxi

Canxi là một chất dinh dưỡng đa lượng. Tổng hàm lượng của nó trong cơ thể là 1,4% / Canxi được tìm thấy trong mọi tế bào của cơ thể con người. Phần lớn canxi được tìm thấy trong các mô xương và răng. Trung bình, một người trưởng thành nên tiêu thụ 1 g canxi mỗi ngày, mặc dù nhu cầu canxi chỉ là 0,5 g, điều này là do thực tế là canxi dùng trong thức ăn chỉ được hấp thu 50% trong ruột. Hấp thu tương đối kém là hậu quả của việc hình thành canxi photphat Ca 3 (PO 4) 2 hòa tan ít trong đường tiêu hóa và muối canxi của axit béo.

Trong cơ thể, nồng độ của các ion canxi được điều chỉnh bởi các hormone.

Trong xương và răng của một người trưởng thành, khoảng 1 kg canxi ở dạng khoáng chất tinh thể không hòa tan - hydroxyapatite Ca 10 (PO 4) b (OH) 2, sự hình thành xảy ra khi các ion canxi tương tác với các ion photphat.

Trong máu và bạch huyết, canxi được tìm thấy ở cả trạng thái ion hóa và không ion hóa - trong các hợp chất với protein, carbohydrate, v.v. Cơ chế đông máu bao gồm một số giai đoạn, nhiều giai đoạn phụ thuộc vào sự hiện diện của Ca 2 bị ion hóa. +. Các ion canxi tham gia tích cực vào quá trình dẫn truyền xung thần kinh, co cơ, điều hòa cơ tim.

Nồng độ của các ion canxi bên trong và bên ngoài tế bào tương ứng là 10 -6 và (2,25-2,8) 10 -3 mol / l. Vì thực tế canxi không được sử dụng bên trong tế bào, nó hoạt động như một vật liệu xây dựng trong cơ thể, trong xương và răng. Bộ xương là nơi lưu trữ canxi chính của cơ thể.

Clorua canxi được sử dụng để ngộ độc với muối magiê, cũng như các ion oxalat và florua. Việc sử dụng thuốc trong trường hợp đầu tiên dựa trên khả năng hoán đổi cho nhau của các ion canxi và magiê trong cơ thể, và trong trường hợp thứ hai, dựa trên sự hình thành các hợp chất không độc, hòa tan kém của canxi oxalat và florua.

Canxi cacbonat CaCO3 có tác dụng kháng axit và hấp phụ. Nó được kê đơn bằng đường uống với nồng độ axit trong dạ dày tăng lên, vì nó trung hòa axit clohydric:

CaCO3 (t) + 2HC1 (nước sắt) \ u003d CaCl 2 (p) + H 2 O (g) + CO 2 (g)

Canxi sunfat (thạch cao cháy) được sử dụng để chuẩn bị phôi thạch cao cho vết gãy, cũng như một vật liệu lấy dấu để phục hình nha khoa.

Đồng vị phóng xạ Ca cũng được sử dụng trong y học. Với sự trợ giúp của đồng vị này, các quá trình hấp thụ và phân phối canxi trong cơ thể, sự lắng đọng của nó trong xương và bài tiết trong quá trình hoạt động bình thường của cơ thể và các bệnh lý khác nhau đã được nghiên cứu.