Бериллий

Соединения бериллия в виде драгоценных камней были из-

вестны еще в древности. С давних пор люди искали и разраба-

тывали месторождения аквамаринов, изумрудов и бериллов. Есть

свидетельства о том, что еще во времена Египетских фараонов

разрабатывавлись изумрудные прииски в Аравийской пустыни.

Но только в конце 18 века химики заподозрили, что в бер-

риллах есть какой-то новый не известный элемент. В 1798 году

французский химик Воклен выделил из берилла окись "La terree

du beril", отличавшуюся от окиси алюминия. Эта окись прида-

вала солям сладкий вкус, не образовывала квасцов, растворя-

лась в растворе карбоната аммония и не осаждалась оксалатом

или тартратом калия. Металлический бериллий был впервые по-

лучен в 1828 году известным немецким ученым Велером и однов-

ременно французким ученным Блюссеном, который получил поро-

шок металлического бериллия востановлением хлористого берил-

 лия металическим калием.

Промышленное получение бериллия началось только в 20-х

годах нашего столетия. До сороковых годов масштабы произ-

водства и применения бериллия были не велики. Однако с отк-

рытием свойств бериллия, обусловивших его использование в

атомной энергетике спрос на него сильно возрос. Что в свою

очередь стало причиной широкого развития исследовательских и

геолого-разведочных работ в этой области.

1. Химические и химико-физические свойства

бериллия

Бериллий (Be) - имеет атомный номер 4 и атомный вес

9.0122. Он находится во втором периоде периодической системы

и возглавляет главную подгруппу 2 группы, в которую также

входят магний, кальций, стронций, барий и радий. Электронная

структура атома бериллия 1s 2s. На внешней оболчке он имеет

два электрона, что является характерным для элементов этой

группы. Электронная структура внешней оболочки иона каждого

 из этих элементов с зарядом +2 соответствует электронной

структуре инертного газа с атомным номером на две единицы

меньше номера рассматриваемого элемента. Бериллий вещество

серо-стального цвета; при комнатной температуре металличес-

кий бериллий имеет плотно упакованную гексагональную решет-

ку, подобную решетке магния.

Атомный (металлический) радиус бериллия равен 1.13 А.

Увеличение массы и заряда ядра при сохраненнии конфигурации

электронных оболочек служит причиной резкого уменьшения

атомного и ионного радиусов бериллия по сравнению с соседним

литием. После отрыва валентных электронов атом бериллия об-

разует ион типа благородных газов, и несет, подобно литию,

всего одну электронную оболочку, но характеризуется значи-

тельно меньшими размерами и компактностью. Истинный ионный

радиус бериллия - 0,34 А является наименьшим среди металлов.

Потенциалы ионизации у бериллия равны (соответсвенно для

первого, второго, третьего и четвертого электронов) I1-9,28;

I2-18,12; I3-153,1; I4-216,6 эВ. На кривой потенциалов иона-

зации бериллий занимает одно из верхних мест. Последнее со-

- 2 -

ответсвует его малому радиусу и характеризует бериллий как

элемент не особенно охотно отдающий свои электроны, что в

первую очередь определяет степень химической активности эле-

мента. Этот же фактор имеет решающее значение в образование

того или иного типа химической связи при соединение бериллия

с другими элементами. С точки зрения электроотрицательности

бериллий наряду с алюминием может расматриваться как типич-

ный переходный элемент между электроположительными атомами

 металлов, легко отдающих свои электроны, и типичными комп-

лексообразователями, имеющими тенденцию к образованию кова-

лентной связи.

В нейтральных растворах гидроокилы бериллия дисоциируют

по схеме:

2+ _  + 2-

Be + OH = Be(OH) = H BeO = 2H + [BeO ]

2 2 2 2

В щелочных растворах, содержащих атомы щелочных элемен-

тов, осуществляется возможность возникновения более прочной

ковалентной связи между анионом и атомом амфотерного элемен-

та. Происходит образование комплекса, прочность которого в

первую очередь определяется концентрацией элементов с низким

значением электроотрицательности, то есть щелочей. Бериллий

в этих условиях ведет себя как комплексообразователь.

В кислых растворах, характеризующихся высокой концентра-

цией водородного иона, элементы с низким значение электроот-

рицательности, подобные бериллию, могут находится в форме

свободных, положительно заряженных ионов, т.е. являются ка-

тионами.

Свойства основности элемента, как известно характеризу-

ются также велечиной ионого потенциала w/r, выражающего

энергию силового поля иона. Как и следовало ожидать, малень-

кий ион бериллия отличается большой величиной ионого потен-

циала, равной 5,88.

Таким образом, по характеру своих химических свойств,

всецело определяемых особенностями строения электронных обо-

лочек атома, бериллий относится к типичным амфотерным эле-

ментам.

Металлический бериллий растворяется в соляной и разбав-

ленной азотной кислоте, а также в водных растворах гидрооки-

сей натрия и калия с выделением водорода и образованием бе-

риллатов c общей формулой М Ве О .

Наибольший интерес с точки зрения возможной точки зрения

возможной роли в природных процессах представляют галоидные

и карбонатные соединения. Фтористый и хлористый бериллий

представляет собой устойчивые соединения, очень хорошо раст-

воримые в воде. Оба они легкоплавки (температура плавления

фтористого бериллия 577, хлористого бериллия 405) и относи-

тельно легко сублимируются. В то же время нейтральный карбо-

нат бериллия почти нерастворим в воде и является весьма неп-

рочным соединением.

В слабо щелочной и кислой среде в присутствии определен-

ного количества электроположительных атомов щелочных метал-

ловы характерным для бериллия является образование комплек-

сов типа:

- 3 -

При этом все комплексы бериллия являются малопрочными

соединениями, которые могут существовать только в определен-

ных интервалах щелочности растворов.

Таким образом на основании общего обзора химических

свойств бериллия могут быть сделаны следующие предваритель-

ные выводы, характеризующие возможную роль различных соеди-

нений бериллия в геохимической истории этого элемента.

1) в условиях существенно кислой среды при низкой кон-

центрации в растворах электроположительных атомов щелочей

бериллий, вероятнее всего, может мигрировать в форме прек-

расно растворимых и легко-летучих галоидных соединений -

фторидов и хлоридов;

2) в слабокислой и щелочной средах в присутствии дроста-

точного количества электроположительных атомов щелочей миг-

рация бериллия может осуществляться в форме разлчных комп-

лексных бериллатов, обладающих разной устойчивостью в заваи-

симости от характера среды;

3) существенно щелочная среда в некоторых случаях также

может способствовать миграции бериллия в форме бериллатов

или карбонатбериллатов, легко распадающихся при понижении

щелочности раствора;

4) миграция растворимых в воде соединений бериллия может

осуществляться как в истинных, так и в надкритических раст-

ворах, поскольку соединения, растворимые в жидкой воде, лег-

ко растворяются и в надкритической фазе воды, давая ненасы-

щенные такими соединениями растворы;

Заканчивая характеристику отдельных свойств бериллия, без

внимательного анализа которых вряд ли возжможно правильно

представить его минералогию и понять особенности поведения в

природных процессах, необходимо отметить, что свойства мно-

гих соединений бериллия, интересных в геохимическом отноше-

нии, изучены совершенно недостаточно.