Берилій

Бери́лій (хімічний символ — , ) — хімічний елемент з атомним номером 4, який належить до 2-ї групи (за старою класифікацією — головної підгрупи II групи), 2-го періоду періодичної системи хімічних елементів, та є першим представником лужноземельних металів.

Також бери́лієм називають просту речовину хімічного елемента берилію. За нормальних умов це легкий, твердий, крихкий, сріблясто-сірий, хімічно активний метал.

Представлений берилій лише одним ізотопом 9Be. При нагріванні сполучається з киснем, галогенами та іншими неметалами. Розчинний в лугах і більшості кислот. При високих температурах взаємодіє з більшістю металів, утворюючи . Леткі сполуки берилію та пил, що містить берилій, токсичні. Відомо 54 берилієві мінерали, найважливіші — берил, фенакіт, бертрандит, гельвін, крім того, берилій міститься у мінералі бабефіт.

Історія

Мінерали, що містять берилій (дорогоцінні камені), — берили (смарагд, аквамарин тощо) — відомі з глибокої давнини. Деякі з них добувалися на Синайському півострові ще в XVII столітті до нашої ери. У Стокгольмському папірусі (III століття) описуються способи виготовлення підроблених каменів. Назва «берил» (Beryll) зустрічається у грецьких і латинських античних письменників і в давньоруських творах, наприклад в «Изборник Святослава» 1073 року, де берил фігурує під назвою «віруліон».

Відкриття Дослідження хімічного складу дорогоцінних мінералів цієї групи почалося лише в кінці XVIII століття з настанням хіміко-аналітичного періоду. В той час мінерал берил був відомий багатьом хімікам XVIII століття. Перші аналізи (Клапрот, тощо) не виявили в берилі нічого особливого. Наприкінці XVIII століття відомий мінералог абат Рене-Жюст Аюї звернув увагу на повну схожість кристалічної будови берилу з Ліможу та смарагду з Перу.

Берилій був відкритий в 1797 році французьким хіміком Луї Нікола Вокленом у вигляді берилієвої землі (оксиду ВеО), а саме тоді, коли займаючись порівняльним аналізом та з'ясовуванням загальних особливостей хімічного складу двох дорогоцінних каменів берилу і смарагду, отриманих від Рене-Жюст Аюї, він виявив присутність оксиду невідомого хімічного елемента. Той був схожий на оксид алюмінію (глинозем), проте мав деякі відмінності. Оксид розчинявся у (оксид алюмінію такою властивістю не володів), сірчанокисла сіль даного елементу не утворювала галунів з сірчанокислим калієм (а сірчанокисла сіль алюмінію такі галуни утворює). Використовуючи різницю у властивостях оксидів Воклен розділив оксид алюмінію та оксид невідомого елемента.

Після того, як оксид був отриманий, тривалий час не вдавалося виділити чистий берилій. Лише через три десятиліття, в 1828 році Велер Фрідріх в Німеччині і незалежно від нього Антуан Олександр Брут Бюссі у Франції отримали порошокоподібний металевий берилій, методом взаємодії металевого калію на , правда в дуже невеликих кількостях:

Проте внаслідок наявності великої кількості домішок його не вдавалося виплавити. І врешті решт майже через 70 років у 1898 році французький хімік П. Лебо, піддавши електролізу берилієво-фтористий натрій, отримав достатньо чисті металеві кристали берилію.

Істотна подібність берилію з алюмінієм принесла багато клопотів і Дмитру Івановичу Менделєєву, який відкрив періодичний закон. Саме через цю подібність в середині XIX століття берилій вважали тривалентним елементом з атомною вагою 13,8. З цими властивостями він повинен був знаходиться між вуглецем і азотом, що геть руйнувало закономірності періодичного закону. Однак Менделєєв був впевнений в правильності відкритої ним закономірності і доводив, що атомна маса берилію визначена неправильно, і що берилій повинен бути не тривалентним, а двовалентним елементом «з магнезіальними властивостями». Виходячи з цього, Менделєєв помістив берилій у другу групу періодичної системи разом з двовалентними лужноземельними металами, виправивши його атомну вагу на 9. Д. І. Менделєєв писав з цього приводу: «...Непорозуміння тривало кілька років. Не раз мені доводилося чути про те, що питання по атомній вазі берилію загрожує сколихнути загальність періодичного закону, може вимагати в ньому глибоких перетворень. У науковій суперечці, що стосується берилію, взяли участь чималі сили, звичайно, тому саме, що справа йшла про предмет більш багатозначний, ніж атомність порівняно рідкісного елемента; періодичний закон роз'яснювався в цих суперечках, і взаємний зв'язок елементів різних груп став більш очевидним, ніж було коли-небудь...» Довгий час головними противниками двовалентності берилію були шведські хіміки професора Ларс Фредрік Нільсон і . У 1878 році вони опублікували статтю «Про отримання і валентність берилію», наприкінці якої були такі слова: «...наша думка про істинну атомну вагу і хімічну природу цього металу суперечить так званому періодичному закону, який Менделєєв прирівняв для всіх елементів, а саме не тільки тому, що при ат. масі Be = 13,8 цей метал навряд чи може бути поміщений в систему Менделєєва, але й тому, що тоді елемент з атомною вагою 9,2, як це вимагає періодичний закон, в системі був відсутній і, напевно, ще має бути відкритий...» Перше підтвердження своїх поглядів Менделєєв знайшов в одній з маловідомих робіт російського хіміка (1842), який відносно точно приписував берилію атомну масу 9,26 (сучасна 9,0122), та вважав, що оксид берилію хімічно подібний оксиду магнію. Також на захист періодичного закону виступив чеський хімік Богуслав Браунер, який вважав, що відомий Закон Дюлонга — Пті, яким користувалися шведські хіміки, має деякі відступи в області малих атомних мас, до якої власне і відноситься берилій. Крім того, Браунер радив Нільсону і Петерсону визначити густину парів , вважаючи, що кількісне визначення цієї характеристики допоможе точно встановити приналежність елемента до тієї чи іншої групи періодичної системи. І коли наприкінці 70-х років XIX століття ці ж шведські хіміки (колись найбільш затяті прихильники думки про тривалентний берилій) повторили свої досліди і виконали те, що радив їм Браунер (повторно визначивши атомну вагу берилію, знайшли її рівною 9,1), вони переконалися у правоті Менделєєва. В статті, що відображала результати цієї роботи, Нільсон і Петерсон написали: «...ми повинні відмовитися від раніше підтримуваної нами думки про те, що берилій тривалентний елемент ... Одночасно ми визнаємо правильність періодичного закону і в цьому важливому випадку...» У 1884 році Нільсон писав Менделєєву: «...не можу не висловити Вам мого сердечного вітання з приводу того, що і в цьому випадку, як і в багатьох інших, система виправдала себе...» Пізніше в одному з видань «Основ хімії» Д.І. Менделєєв зазначив, що «Нільсон і Петерсон — одні з головних захисників тривалентного берилію ... самі ж і пред'явили дослідні докази на користь його двовалентності».

Так берилій, колись перший камінь спотикання на шляху періодичного закону, тільки підтвердив його загальність. Завдяки періодичному закону стало більш чітким поняття щодо фізичної і хімічної сутності берилію. Образно кажучи, берилій отримав, нарешті, свій «паспорт».

З берилієм пов'язано таке відкриття як «нейтрон». А саме коли на початку 30-х років німецькі фізики Вальтер Боте і його студент Герберт Бекер, бомбардуючи берилій альфа частинками, помітили так зване «берилієве випромінювання» — дуже слабке, але надзвичайно проникаюче. Воно, як було доведено пізніше, виявилося потоком нейтронів. А ще пізніше ця властивість берилію лягла в основу «нейтронних гармат» — джерел нейтронів, що застосовуються в різних областях науки і техніки. Так було покладено початок вивченню атомної структури берилію.

Застосування берилію почалося в 40-х роках XX століття, хоча його цінні властивості як компонента сплавів були виявлені ще раніше, а чудові ядерні - на початку 30-х років того ж століття.

Походження назви Після того як Воклен в 1897 році відкрив берилієву землю, він опублікував роботу в науковому журналі «Annales de Chimie», редактор якого, запропонував для неї назву «гліцина» від  — солодка, через те що її деякі солі, які отримав Воклен під час своїх дослідів, мали солодкий смак. Новий елемент, що міститься в цій землі, відповідно було названо «глюциній» (Glucinium).

Але хіміки Мартін Генріх Клапрот та Андерс Густав Екеберг, будучи противниками найменування нових елементів за випадковими властивостями їх сполук, та маючи вплив у науковому середовищі, вважали, що дана назва невдала, мотивуючи тим що солодкий смак мають сполуки й інших елементів (наприклад солі ітрію), і у їхніх роботах «земля», відкрита Вокленом, називається берилієвою, а відповідно хімічний елемент має назву «берилій» (Beryllium).

Сучасна назва «берилій» походить від назви напівдорогоцінних каменів берилів (), назва яких у свою чергу походить ймовірно зі слова на санскриті «वैडूर्य» (vaidurya), яке і свою чергу походить від назви сучасного міста Белур (Веллуру) що в Південній Індії, неподалік Мадраса, де з давніх часів були відомі родовища берилів (а саме смарагдів).

Тим не менш, в науковій літературі XIX століття, аж до 60-х років, берилій часто-густо називається «гліцієм», «гліцинієм» або «глюцинієм» (і супроводжується хімічним символом "Gl"). Нині ця назва збереглася тільки у Франції.

Цікаво відзначити, що з пропозицією називати елемент №4 берилієм ще в 1814 році виступав харківський професор Федір Іванович Гізе.

Поширення

Типово рідкісний літофільний елемент. Середній вміст берилію в земній корі складає 3,8 г/т (2,6·10-4 % за масою), в морській воді 6·10-7 мг/л (надзвичайно низький)J.P. Riley and Skirrow G. Chemical Oceanography V. I, 1965. Його присутність збільшується від ультраосновних (0,2 г/т) до кислих (5 г/т) та лужним (70 г/т) породам. Зазвичай берилій зустрічається як незначна домішка в різних мінералах земної кори. Основна маса берилію в магматичних породах пов'язана з плагіоклазами, де берилій заміщає кремній. Проте найбільші його концентрації характерні для деяких темноколірних мінералів і мусковіту (десятки, рідше сотні г/т). У лужних пегматитах берилій встановлюється в невеликих кількостях у складі рідкісних мінералів: у, у, анальциму і лейкофану, де він входить в аніонну групу. І все ж, якщо в лужних породах берилій майже повністю розсіюється, то при формуванні кислих гірських порід він може накопичуватися в постмагматичних продуктах — пегматитах та пневматоліто-гідротермальних родовищах (тобто родовищах, що утворилися в результаті взаємодії високотемпературних парів і розчинів з певними типами гірських порід). Постмагматичні розчини виносять берилій з магми у вигляді фторвмісних еманацій і комплексних сполук в асоціації з вольфрамом, оловом, молібденом і літієм. У кислих пегматитах утворення значних скупчень берилію пов'язано з процесами альбітизації і мусковітизації.

І лише незначна частина земного берилію сконцентрована у власних берилієвих мінералах. Їх відомо більше 50 (точніше поки 54), але тільки шість з них вважаються більш-менш поширеними (берил, хризоберил, бертрандит, фенакіт, гельвін, даналіт). Берилій утворює власні мінерали також і у пегматитах, але частина його (бл. 10 %) знаходиться в ізоморфній формі в породотвірних і другорядних мінералах (мікрокліні, альбіті, кварці, слюдах, та ін.). А серйозне промислове значення набув поки тільки один берил, відомий людині з глибокої давнини. Берили зустрічаються в гранітних пегматитах, наявних майже у всіх країнах земної кулі. Це красиві, в основному зеленуваті кристали, що досягають іноді дуже великих розмірів. Відомі берили-гіганти вагою до тонни і завдовжки до 9 метрів. Деякі різновиди берилу вважаються дорогоцінним камінням: аквамарин — блакитний, зеленувато-блакитний; смарагд — густо-зелений, яскраво-зелений; геліодор — жовтий. Відомі ряд інших різновидів берилу, що розрізняються забарвленням (темно-сині, рожеві, червоні, блідо-блакитні, безбарвні та ін.), всі вони мають подібний хімічний склад — Be3Al2(SiO3)6, а колір їм надають домішки різних елементів. Наразі їх навчилися синтезувати штучно.

Родовища