Большаков - Химия и технология редких и рассеянных элементов (т.1) (1108616), страница 51
Текст из файла (страница 51)
Такое соединение могут образовывать лишь небольшие по размерам ионы. Для Мп" и Са" известны только производные ацетилена МяСа и СаС, П, стр. 98!. Цвет карбида — от янтарного до темно-коричневого в зависимостиот содержания примеси углерода. Обладает большой твердостью, большей, чем карбид кремния, и немного уступающей твердости карбида бора. — 183— Температура плавления в атмосфере аргона 2400'. Водой и разбавлен- ными кислотами гидролизуется с выделением метана: Ве,С + 4НаО = 2Ве (ОН)а+ СН» ВеаС + 2На304 — — 2ВеБОа + СНа (34) (33) В то же время компактный карбид на воздухе, даже влажном, устойчив. Может служить тугоплавким материалом, так как в отсутствие влаги и кислорода не разлагается до 2100'.
Карбид бериллия достаточно реакционноспособен. При !000' взаимодействует с азотом, образуя нитрид Веаг[а: ЗВеаС+ 2Ха = 2Веа!Ча+ ЗС (36) В атмосфере галогенов, за исключением иода, переходит в галогенид, выделяя углерод: Ве С+ 2На! = 2ВеНа! + С (37) При взаимодействии с галогеноводородами образуются галогенид и метан: ВеаС + 4ННа1 -'+. 2ВеНа!а -1- СНа (38) Г и д р и д б е р и л л и я.
Синтез гидрида бериллия был описан впервые в 1951 г. Он заключается во взаимодействии эфирного раствора димегилбериллия с алюмогидридом лития [45[: (СНа) Ве+ с[А!На -~- ВеНа+11А1На(СНз)а (39) Другой метод получения ВеН, — разложение органических соединений, в том числе диметилбериллия, при температуре около 200'.
Гидрид бериллия при комнатной температуре — твердое вещество белого цвета, разлагающееся при нагревании до 125' на элементы ВеНа -е- Ве+ На Вода разлагает его на гидроокись и свободный водород: (49) ВеНа + 2НаО = Ве (ОН)а + 2На (41) Важнейшие области применения бериллия. Для бериллия характертерен значительный разрыв между временем его открытия А. Вокеленом в 1798 г.
и началом широкого промышленного применения в 30-х годах текущего столетия. Причина тому — трудности, связанные не только с переработкой бериллиевого сырья, но и со сложностью получения чистого металла, с его химической активностью, особенно больпп1х! сродством к газам, впервуюочередь к кислороду и азоту. Отсутствие чистого бериллия как объекта исследования нс позволяло долгое время оценить его замечательные свойства, а следовательно, и с наибольшей полнотой определить области его применения. Долгое время применение бериллия было связано лишь с использованием свойств его окиси, употреблявшейся для изготовления огнеупорных изделий, высококачественного фарфора для электроизоляторов, газокалильных колпачков и специальных стекол [3, 7, 15[. По мере изучения свойств металлического бериллия он приобретал все большее значение в технике.
Необычайно широкое применение получили медно-бериллиевые сплавы — так называемые «бериллиевые бронзы», на изготовление которых до недавнего времени расходовалось около 80% всего производимого бериллия. Это непревзойденные по многим качествам материалы, в частности, по способности противостоять усталости и износу при высокой температуре и при этом сохранять электропроводность. Пружины, изготовленные из них, более гибки, чем пружинная сталь; их применяют при работе в условиях вибрации.
Бериллиевые бронзы применяются также при изготовлении шасси самолетов, неискрящих инструментов, в обоймах спецподшипников, работающих в условиях усиленного трения. В некоторых случаях к медно-бериллиевым сплавам делают различные присадки, например кобальта — для получения мелкозернистой структуры, серебра — для снижения сопротивления контактирующей поверхности 1461. Сплавы А1-Мп-Ве и Ве-А!, отличающиеся большой легкостью, применяются в самолетостроении и ракетной технике.
Добавка бериллия к платине (0,06% Ве) сообщает ей твердость 20',й-ного 1г-Р1-сплава. Известны коррозиоиностойкие сплавы на бериллиевой основе, содержащие до 2% Са„Ч, 1ч1, Хг. В последнее время большое внимание уделяется интерметаллическим соединениям бериллия с тугоплавкими металлами, в первую очередь с танталом и цирконием 1УгВе»» и Та»Ве„); их изготовляют в США в промышленных масштабах 1471. Тугоплавкость бериллидов, легкость и устойчивость к окислению до 1650' делают их идеальными конструкционными материалами для ракет, управляемых снарядов и спутников.
Изучаются свойства и возможности использования бериллидов ХЬ, %, Мо, а также редкоземельных элементов 117, 481. Большой толчок к расширению областей применения бериллия вызвало изучение свойств ядра его атома. В связи с этим, например, выявилась возможность использовать его в качестве источника нейтронов при облучении а-частицами 1Ка-Ве и Рп-Ве-источники) и для изготовления окон рентгеновских трубок, выполненных в виде тонкого листа из спрессованного порошка бериллия; проницаемость таких окон для рентгеновских лучей в 17 раз больше, чем окон из алюминия, применявшегося для этих целей ранее. После второй мировой войны бериллий приобрел исключительно большое значение в ядерной технике как замедлитель и отражатель тепловых нейтронов и как конструк. ционный материал, что поставило этот металл в разряд стратегических материалов. В настоящее время бериллий становится серьезным конкурентом для обычно применяемых авиационных материалов.
Облегченные конструкции самолетов с применением бериллия увеличивают дальность и потолок полетов. Велики перспективы его применения в ракетостроении. Уже теперь в США 30»» производимого бериллия используется для изготовления летательных аппаратов. Широкое применение он находит в конструкциях точных приборов, в первую очередь в системах наведения и управления, где от материала требуется максималь- — 187— ная стабильность размеров [49].
Имеются сведения о применении его в качестве добавки к ракетному топливу для увеличения силы тяги и стабильности горения [50!. Окись бериллия, как и сам металл, находит применение в ядерной технике в качестве замедлителя и отражателя нейтронов и как конструкционный материал, особенно в высокотемпературных реакторах. В традиционных областях применения значение окиси бериллия не только сохранилось, но и увеличилось; как огнеупорный материал ВеО в ряде случаев незаменима. Это касается, в частности, изготовления тиглей для плавки металлов (Ве, 1), Тп, Т)), где используется такое уникальное свойство ВеО, как необычайно высокая теплопроводность наряду с огнеупорностью.
Широко используется при конструировании индукционных печей и вакуумных нагревательных приборов. Весьма перспективным огнеупорным материалом является пористая керамика из окиси бериллия, получаемая пенометодом 151! и выдерживающая температуру 1750 . В связи с высокой устойчивостью к тепловому удару ВеО находит применение в авиации для изготовления лопастей газовых турбин и деталей реактивных двигателей.
Важная область применения окиси бериллия — получение меднобернллиевой лигатуры, используемой в производстве бериллиевых бронз. Применяется ВеО и как катализатор в некоторых органических синтезах. Находят применение и другие соединения бериллия, большей частью в ядерной энергетике (фторнд и карбид бериллия). Внастоящее время изучается возможность использования металлорганических соединений бериллия для увеличения теплоты сгорания углеводородного топлива [52].
Различным областям применения соответствует разнообразие товарных форм бериллия. Лмериканские фирмы бериллий выпускают в виде порошков различного гранулометрического состава, кусков, брусков, проволоки, труб, профилей различной формы и размеров. Кроме того, производятся окись, фторид, сульфат и нитрат бериллия достаточной степени чистоты [49, 53]. Запасы металлического бериллия СШЛ в 1969 г.
были 229 т, а сплавов Ве-Сп 7387 т [54]. Цены в 1969 г. колебались, в зависимости от качества металла, от 119 до 440 долларов за 1 кг [55). Минералы, руды и месторождения бериллия. По распространенности бериллий занимает 32-е место среди других элементов; его содержание в земной коре по последним данным (2,0 —; 4,2).!О '"% [56].
Это типично литофильный элемент, что подтверждается его распределением в различных горных породах. Он встречается в виде собственных минералов или входит в состав других минералов в качестве изоморфной примеси, причем наибольшее его количество находится в настолько рассеянном состоянии, что существующими в настоящее время методами обнаружить его чрезвычайно трудно, а иногда и невозможно. Известны 40 бериллиевых минералов [57], большая часть которых изучена мало. Преобладающее значение имеют силикаты; известны фосфаты и окислы; встречаются антимонаты, бораты, ареенаты и карбонаты; сульфидов не обнаружено. Основные минералы бериллия в связи с дефицитностью этого элемента образовались на поздних стадиях кристаллизации магмы.
Концентрированию бериллия в расплаве препятствовал изоморфный захват его при кристаллизации других силикатных минералов. Захват определяется сходством тетраэдрнческих комплексов бериллия, алюминия н кремния, т. е. замещениеы кремнекнслародных н алюмокислородных комплексов на бериллиево-кислородные, бернллиево-фторндные или бериллнево-гидроксильные комплексы. Но такого рода гетеровалентный изоморфизм, по-видимому, характерен для узко ограниченных условий минералообразовання, так ках иначе имело бы место полное рассеяние бериллия. Например, при кристаллизации минералов из щелочной магмы вследствие изоморфного захвата бериллий не накапливается.
Напротив, при кристаллизации гранитов захвата бериллня практически не происходит; это приводит к накоплению бериллия в пегматитах и грейзенах, связанных с кислой магмой. Н действительно, все известные месторождения бериллия — пастмагматичесние образования, связанные с поздними стадиями пегматитового нли различными этапами гидротермально-пневматолитнческого процесса. Основной, а до недавнего времени и единственный минерал промышленного значения — берилл — обладает кольцевой структурой. Своеобразие ее заключается в образовании кольцами силикатных групп [51зО,,) сквозных каналов, внутри которых располагаются примесные катионы и молекулы воды.
Как и все кольцевые силикаты, бериллий с трудом поддается разложению. Обычные примеси — щелочные элементы 1.1, Ха, К, ЙЬ, Сз, меньшее значение имеют Мд, Мп, Ре, Сг, Н,О. В зависимости от содержания щелочных элементов различают четыре модификации берилла 158): 1) бесщелочной, Х зсзО ~ 0,5эУз; 2) натриевый, )ч)а ) 0,5эгэ; 3) натриево-литиевый, Ха -' ). э 1эйз; 4) цезиевый, Сз ) 1э/э. Наиболее распространены натриевый и натриево-литиевый бериллы. Чистый берилл бесцветен; окраска его обусловлена примесями, главным образом железом и хромом. С увеличением содержания щелочей интенсивность окраски уменьшаегся. Окрашенные и хорошо закристаллизованные разновидности берилла используются как драгоценные камни: изумруд (зеленый), аквамарин (зеленовато-голубой), воробьевит" (розовый), гелиодор (желтый).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
