Государственное бюджетное образовательное учреждение

средняя общеобразовательная школа №225 Адмиралтейского района Санкт-Петербурга

Школа БИОТОП Лаборатории непрерывного математического образования

РЕФЕРАТ

ПО ХИМИИ

БЕРИЛЛИЙ

Выполнил ученик

7 «Б» класса

                                                                                         Кузьмин А.И.

Учитель химии:

Воронаев И.Г.

Оценка ___________________

Санкт-Петербург

2018 г.

Оглавление

1. Введение…………………………………………………………………………………………….3

2. Основная часть

2.1. Нахождение в природе……………………………………………………………………...4

2.2. Физические свойства……………………………………………………………………...4-5

2.3. Химические свойства……………………………………………………………………..5-6

3. Заключение……………………………………………………………………………………..….7-8

         введение

Что может нам дать бериллий? Самолет, вес которого вдвое меньше обычного, ракетное топливо с наивысшим удельным импульсом, пружины, способные выдержать до 20 миллиардов циклов нагрузки – пружины, не знающие усталости, практически вечные.    

  Бериллий был открыт в конце XVIII века, но оставался “безработным» элементом, хотя химикам уже были известны его уникальные и очень полезные свойства. Для использования свойств этого элемента  требовался определенный уровень развития науки и техники.

 Бериллий долго не могли открыть, хотя  химики XVIII в. анализировали берилл (основной минерал бериллия), но никто из них не смог обнаружить в этом минерале нового элемента. В 1798г. Французский химик Луи Николя Воклен при проведении сравнительного анализа берилла и изумруда открыл в них неизвестный окисел – «землю»,он был очень похож на  окись алюминия, но были и отличия:

-  окисел растворялся в углекислом аммонии (а окись алюминия не растворяется);

- сернокислая соль нового элемента не образовывала квасцов с сернокислым калием (а сернокислая соль алюминия такие квасцы образует).

 Именно этой разницей в свойствах Воклен и воспользовался для разделения окислов алюминия и неизвестного элемента. Окись придавала солям сладкий вкус и было предложено назвать ее «глицин», а называть элемент № 4 бериллием еще в 1814 г. выступал харьковский профессор Ф. И. Гизе. В 1797 г. в сибирской красной свинцовой руде он открыл новый элемент — хром и выделил его в свободном состоянии. Спустя год (в 1798 г.) в драгоценном минерале берилле Воклен обнаружил окисел еще одного нового элемента, названного бериллием

 Только в 1898  П. Лебо смог получить чистый бериллий электролизом бериллиевофтористого натрия.

Металлический бериллий был впервые получен в 1828 году известным немецким ученым Велером и одновременно французским ученным Блюссеном, который получил порошок металлического бериллия восстановлением хлористого бериллия металлическим калием.
          Промышленное получение бериллия началось только в 20-х годах нашего столетия. До сороковых годов масштабы производства и применения бериллия были не велики. С открытием свойств бериллия, используемых в атомной энергетике, спрос на него сильно возрос.

нахождение в природе

Типично редкий элемент. На тонну земного вещества в среднем приходится лишь 4,2 г бериллия. В морской воде содержится до 6·10–7 мг/л бериллия. Обычно бериллий встречается как незначительная примесь в различных минералах земной коры, лишь ничтожная часть земного бериллия сконцентрирована в собственных бериллиевых минералах. Их известно более 30, но только шесть из них считаются более или менее распространенными (берилл, хризоберилл, бертрандит, фенакит, гельвин, даналит). Бериллы встречаются в гранитных пегматитах - это зеленоватые кристаллы, достигающие иногда очень больших размеров; известны бериллы-гиганты весом до тонны и длиной до 9 м. Есть и другие источники бериллия - пневмато-гидротермальные месторождения (т. е. месторождения, образовавшиеся в результате взаимодействия высокотемпературных паров и растворов с определенными типами горных пород).

Мировые природные ресурсы бериллия оцениваются более чем в 80 тыс. т (по содержанию Ве), из которых около 65% сосредоточено в США. Подтвержденные запасы – на месторождении Spur Mountain (шт. Юта), являющемся основным в мире источником бериллия, на конец 2000г. составили примерно 19 тыс. т (по содержанию металла). Из других стран наибольшими запасами бериллия обладают Китай, Россия и Казахстан.

физические свойства

Свойства бериллия заключается в сочетании противоположных, иногда,  взаимоисключающих свойств. Бериллий обладает одновременно и легкостью, и прочностью, и теплостойкостью. Этот металл серебристо-серого цвета в полтора раза легче алюминия и в то же время прочнее специальных сталей. Важно, что бериллий и многие его сплавы не утрачивают полезных свойств при температуре 700—800°С и могут работать в таких условиях.

Чистый бериллий очень тверд — им можно резать стекло, но твердости сопутствует хрупкость.

Бериллий очень устойчив против коррозии. Он покрывается при взаимодействии с воздухом гонкой окисной пленкой, защищающей металл от действия кислорода даже при высоких температурах. Лишь за порогом 800°С идет окисление бериллия в массе, а при температуре 1200°С металлический бериллий сгорает, превращаясь в белый порошок BeO.

Бериллий легко образует сплавы со многими металлами, придавая им большую твердость, прочность, жаростойкость и коррозионную стойкость. Один из его сплавов — бериллиевая бронза —  материал, позволивший решить многие сложные технические задачи.

Основные физические свойства бериллия:

 - плотность 1847,7 кг/м3

- температура плавления 1551 °С

- температура кипения 3243 оС

 -скрытая теплота плавления 250–275 кал/г (самая высокая среди всех металлов)

- коэффициент линейного расширения 10,3–131 (25–100 °С)

 - модуль продольной упругости (модуль Юнга) 300ГН/м2 (3.104 кг•с/мм2)

- предел прочности при растяжении 200–550 МН/м2 (20–55 кг•с/мм2)

 - предел текучести 250–600 МН/м2 (25–60 кг•с/мм2)

- предел прочности в направлении вытяжки – до 400–800МН/м2 (40–80 кг•с/мм2)

- относительное удлинение – до 4–12%

- ударная вязкость 10–50 кДж/м2 (0,1 – 0,5 кгс.•м/см2)

- температура перехода из хрупкого состояния в пластическое 200 – 400 °С

- твёрдость НВ 60–85 (для горячепрессованного Ве)

- теплоемкость для α-Ве 16,44 Дж/(моль•К), для β-Ве – 30,0 Дж/(моль•К)

-  обладает наиболее высокой из всех металлов удельной теплоёмкостью – 1,80 кДж/(кг.•К) или 0,43 ккал/ (кг•°С)

- высокой теплопроводностью – 178 Вт/(м•К) или 0,45 кал/см•сек•°С) (50 °С)

- низким электросопротивлением – 3,6–4,5 мкОм•см (20 °С)

химические свойства

Бериллий типично амфотерен, т. е. обладает свойствами и металла, и неметалла. Однако металлические свойства все же преобладают.

- в химических соединениях бериллий 2-валентен (конфигурация внешних электронов 2s²), обладает высокой химической активностью, но компактный металл устойчив на воздухе благодаря образованию тонкой и прочной плёнки окиси BeO.

 - при нагревании выше 800 °С быстро окисляется

 - с водой до 100°С   практически не взаимодействует

 - легко растворяется в плавиковой, соляной, разбавленной серной кислотах, слабо реагирует с концентрированной серной и разбавленной азотной кислотами и не реагирует с концентрированной азотной

- растворяется в водных растворах щелочей, образуя соли бериллаты, например Na₂BeO₂  (многие из них имеют сладковатый вкус, почти все бериллаты ядовиты)

- при комнатной температуре реагирует с фтором, а при повышенных - с др. галогенами и сероводородом

 - взаимодействует с азотом при температуре выше 650 °С с образованием нитрида Be₃N₂ и при температуре выше 1200°С с углеродом, образуя карбид Be₂C

- с  водородом практически не реагирует во всём диапазоне температур.

 - при высоких температурах  взаимодействует с большинством металлов, образуя бериллиды; с алюминием и кремнием даёт эвтектические сплавы

 - растворимость примесных элементов в бериллии. чрезвычайно мала

- мелкодисперсный порошок бериллия сгорает в парах серы, селена, теллура.

- расплавленный бериллий взаимодействует с большинством окислов, нитридов, сульфидов и карбидов

- гидроокись Be (OH)₂ - слабое основание с амфотерными свойствами

- соли бериллия сильно гигроскопичны и за небольшим исключением (фосфат, карбонат) хорошо растворимы в воде, их водные растворы вследствие гидролиза имеют кислую реакцию.

заключение

Применение бериллия очень широко. Например, с течением времени большинство металлов теряют прочность, но  бериллиевые бронзы при старении увеличивают свою прочность. Они немагнитны, кроме того не искрят при ударе. Из них делают пружины, рессоры, амортизаторы, подшипники, шестерни и многие другие изделия, от которых требуются большая прочность, хорошая сопротивляемость усталости и коррозии, сохранение упругости в широком интервале температур, высокие электро- и теплопроводные характеристики. Одним из потребителей этого сплава стала авиационная промышленность: в современном тяжелом самолете насчитывается больше тысячи деталей из бериллиевой бронзы.

Добавки бериллия облагораживают сплавы на основе алюминия и магния. Это понятно: плотность бериллия всего 1,82 г/см³, а температура плавления — вдвое выше, чем у этих металлов. Самые небольшие количества бериллия (достаточно 0,005%) намного уменьшают потери магниевых сплавов от горения и окисления при плавке и литье. Одновременно улучшается качество отливок, значительно упрощается технология.

С помощью бериллия можно увеличивать прочность, жесткость и жаростойкость других метал лов, не только вводя его в те или иные сплавы.

Лучшей технической характеристикой бериллидов служит тот факт, что они могут проработать более 10 часов при температуре 1650°С.

Окись бериллия стала важным материалом для изготовления оболочек тепловыделяющих элементов (твэлов) атомных реакторов.

Большая теплопроводность (в 4 раза выше, чем у стали), большая теплоемкость и жаропрочность позволяют использовать бериллий и его соединения в теплозащитных конструкциях космических кораблей. В еще большей мере космическую технику привлекают в бериллии легкость, прочность, жесткость, и особенно — необыкновенно высокое отношение прочности к весу. Поэтому бериллий и его сплавы все шире используются в космической, ракетной и авиационной технике. В частности, благодаря способности сохранять высокую точность и стабильность размеров бериллиевые детали используют в гироскопах — приборах, входящих в систему ориентации и стабилизации ракет, космических кораблей и искусственных спутников Земли.

Бериллий применяется и в других областях современной техники, в том числе в радиоэлектронике. Рентгенотехнике металлический бериллий дал прекрасные окна для рентгеновских трубок: благодаря малому атомному весу он пропускает в 17 раз больше мягких рентгеновских лучей, чем алюминий такой же толщины.

Сравнительно давно используют окись бериллия в производстве стекла. Добавки ее увеличивают плотность, твердость, показатель преломления и химическую стойкость стекол. С помощью окиси бериллия создают специальные стекла, обладающие большой прозрачностью для ультрафиолетовых и инфракрасных лучей.

Стекловолокно, в состав которого входит окись бериллия, может найти применение в конструкциях ракет и подводных лодок.

При горении бериллия выделяется много тепла — 15 тыс. ккал/кг. Поэтому бериллий может быть компонентом высокоэнергетического ракетного горючего.

Факторы, ограничивающие применение бериллия:

-  хрупкость металла. Она намного усложняет процесс его механической обработки, затрудняет получение больших листов бериллия и сложных профилей, необходимых в тех или иных конструкциях. Предпринимаются упорные попытки устранить этот недостаток. Но, несмотря на некоторые успехи (изготовление металла высокой чистоты, различные технологические усовершенствования), получение пластичного бериллия продолжает оставаться проблемой.

- токсичность бериллия. Контроль за чистотой воздуха, особые системы вентиляции, возможно большая автоматизация производства — все это позволяет успешно бороться с токсичностью элемента № 4 и его соединений.

- высокая стоимость. Цена 1 кг бериллия в США сейчас более 300 долларов, т. е. бериллий в несколько раз дороже титана.

Однако рост потребления всегда приводит к технологическим усовершенствованиям, которые в свою очередь способствуют уменьшению издержек производства и цены. В будущем спрос на бериллий возрастет еще больше, достоинства этого элемента возьмут верх над его недостатками.

БИБЛИОГРАФИЯ

Большая Советская Энциклопедия. 3-е изд. М.: 2008. — 672 с.

Популярная библиотека химических элементов. Водород–хром. М., Наука, 1971

Редкол.:Кнунянц И. Л. (гл. ред.) Химическая энциклопедия: в 5 т. — Москва: Советская энциклопедия, 1988. — Т. 1. — С. 280. — 623 с. — 100 000 экз.