Н.С. Ахметов - Общая и неорганическая химия (1109650), страница 87
Текст из файла (страница 87)
Во всех устойчивых соединениях степень окисления бериллия +2. Для Ве(П) наиболее характерно координационное число 4 (зрз-гибридизация валентных орбиталей). В земной коре бериллий находит<я в виде минерапов: 6ерилл ' ВезА!г(810з)о, <)1енахит ВегБ10<ь Окрашенные примесями прозрачные 511 разновидности берилла (зеленые язуа<//удь<, голубые аквамарины и др./ — драгоценные камни.
В настоящее время их получают искусственно. Простое вещество. Ьериллий в виде простого вещества — метал.л (т. пл. 1287 С, т. кип. 2507 'С) серо-стального цвета, имеет плотную гексагональную кристаллическую решетку, довольно тверд и хрупок. На воздухе, кяк и алюминий, покрывается оксидной пленкой придающей ему матовый оттенок и обусловливающей пониженну<о химическую активность. При нагревании бериллий сгорает в кислороде и на воздухе, взаимодействует с серой, азотом. С галогенами реагирует при обычных температурах или при небольшом нагревании. Все эти реакции сопровождаются выделением значительного количества теплоты, что определяется болыпой прочностью кристаллических решеток продуктов взаимодействия: ВеО, ВеБ, Везй/г и др.
С водородом в обычных условиях Ве <и реагирует. Защитная оксидная плонка препятствует взаимодействия< бориллия (уз' = — 1,85 В) с водой. Но, подобно алюминию, он реагирует с кислотами и щелочами, с выделением водорода, <>бразуя катиопные и анионные комплексы: Ве + 20Н' + 2НгО = [Ве(ОН/)<]г< + Нг Ве + 2НгО + 20Н = [Ве(ОН).<]г + Нг В концентрированных холодных кислотах НХОз и НгБО< бериллип (как и А1) пассивиру ется. С металлами бериллий образует интерметаллическне соединения Берпллиды ряда д-элементов состава МВс/г (М = Т<, ЧЬ, Та, Мо/ МВе/< (М = <чЬ, Та) и другие имеют высокую температуру плавления и не окисляюгся при нагревании до 1200 — 1600 'С. Бериллий используют в качестве легирующей добавки к сплавам придающей им повышенную коррозионную стойкость, вьи/окую прочl ность и твердость.
Наиболее ценны сплавы Сп — Ве (берил<и<газ<с бронзы), содержащие до 2,5% Ве. Сплавы бериллия применяют в самоле<зь строении, электротехнике и др. В атомных реакторах бериллий используется как зямедлитель и отражатель нейтронов. В смеси с препаратами радия он служит исто'< ником нейтронов, образующих<я при действии на 'Ве альфа-частиц: 4Ве+ ~Не = зС+ оп Бериллий получают электролизом расплава ВеС!г (с добавкой Ня/ при 300 С) или магнийтермическим восстановлением ВеНа!г. 512 Соединения бериллия (П) Ьольшинство неорганических соединг ний бериллия (П) в обычных условиях полимерны и являются кри<- таллическимн веществами белого цвета. Независимо от типа кристаллических решеток соединений координационное число бериллня 4.
В кислых водных растворах ионы Вег" находятся в виде прочных аква- комплексов /Ве/ОН < зг<; ( г<<з]; в сильно щелочных растворах — в виде ионов [Ве(ОН) 4]г 0 к с и д ВеО имеет структуру типа вюрцита (см. рис. 198), отличается высокой энергией кристаллической решетки и высокой энергией Гиббса образования (А С' = — 582 кДж/моль). Он тугоплавок (т. пл. 2530 'С, 'С), теплопроводен; предварительно прокаленный (при 400 "С) химически неактивен.
Применяют ВеО в качестве химически стойкого и огне по ного ма и у Р тер яла для изготовления тиглей и специальной керамики, а в атомной энергетике — как замедлитель и отражатель нейтронов. ВеО входит в состав некоторых стеклообразующих смесей. Будучи амфотерным, ВеО взаимодействует при сплавлении и < основными, и с кислотными оксидами.' ВеО + 810г — Ве810з, 'ВеО + ХагО = <х/агВеО основный кислотный Ппи наг евани и р и ВеО взаимодействует с кислотами и щелочами: ВеО + 20Нз + НгО = [Ве(ОНг)4]г', ВеО + Н/0 + 20Н = [Ве(ОН)з]г основный кислотный Ве(ОН)г — полимерное соединение, в воде не ра< тво яется Пол р учение гидроксида бериллия и его отношение к кислотам и щелочам можно выразить следующей суммарной схемой: [Ве(ОНг)з]г Ве(ОН)г [Ве(ОН)4]г 3 Нз Как показывает схема, в кислых средах (избыток ионов ОНз) устойчивы яквакомплек<ы бериллия (П), в щелочных (избыток ионов ОН )— гидроксобе иллат /Н'-ко .р / )- мплексы.
При кристаллизации соединений из кислых водных аство о р р в аквакомплексы переходят в состав кристяллогидратов с четырьмя молями воды: ВеБО< 4НгО, ВеС1г 4НгО, Ве(<х/Озу 4Н 0 и . В )г г др. ыделение кристаллогидратов с меньшим нли большим числом молек л у воды свидетельствует об образовании производных многоядерных комплексов. Вследствие относ ительно высокого поляризующего действия иона Ве'-" его соли подвергаются заметному гидролиз: 'у: 2КГ + ВеГз = Кз[ВеГ4! ВеГз + сНГа — — Ве[ЯГЬ] о оо уоо ньР Вевз Ртежйвм Века,ай Ф К [йеГ4~ Р и с. 200. Диаграмма плав- кости системы ВЬà — Берт Р и с. 201.
Структура КтВсра 01б [Ве(ОНт) ]т' -1- НтО ~ [Ве(ОН)(ОНз)а]' + О з В зависимости от концентрации раствора и типа присутствующих ь растворе анионов механизмы гидролиза существенно разли чаются. В частности, образующиеся при гилролизе гилрексоаквакомплексы [Ве(ОН)(ОНз)а]' [Вез(ОН)(ОНт)ь]з' (см. табл. 24) затем пслимеризуются в многоядерные комплексы, например [Веа(ОН)т(ОНз)ь]з', вероятно, ю!снующего строения; Н,О ОНз н ~Г НзΠΠ— Ве ' ~Ь~ ОН НтО~ ~Π— Ве ~ОН Н,О чйета .! 2НОН [Вет(ОН)з]з" + ЗН'; РК = — с 00 При связывании ионов Н (например, анионами СО, В ) е СО,, ВН ) полимеризация может идти вплоть до образования полиморного гидроксида ВеВ + 2НтО = Ве(ОН)т + НтБ Гидроксобериллаты в водных растворах существуют лишь при большом избытке щелочи, в противном случае они полностью гидро- лизу!отся Растворимы только бориллаты а-злементов 1 группы С льфид берилля ВеЯ вЂ” кристаллическое вещество со структурой .ульф д типа сфалерита (см.
рис. 198, а) Образуется взаимодействием простых веществ. В горячей воде полностью гидролизуется. Амфотерная природа Вез проявляется при л!павлонии с основными и кислотными сульфидами: )»азВ + ВеЯ= (»атВейз:, Вей+ ЯБт — — Ве%Бс кислотный основный Сульфидобериллаты (П) разрушаются водой. Из г а л о г е н и д о в бериллия наибольшее значение имеют фторид и хлорид. Дифторид ВеГт существует в нескольких модификациях, аналогичных по структуро соотвгтствующим модификациям д иоксида кремния В!От (сравните рис.
60 и 69, Б). Как и кремнезем, ВеГз легко переходит в стеклообразное состояние. Стекловидный Ве получают термическим разложением (Ь(Нз)тВеГе Другие галогениды Ве(П) таклсе полиморфны. Одна из модификаций ВеС1т имеет волокнистое строение: 514 Вследствие координационной структуры температура плавления соотвегствующи» модификаций ВеГт выше (-800 'С), чем остальных галогенидов Ве(П) (-460 С).
Галогениды ВеС!т, ВеВгт и Ве!т гигроскопичны и на воздухе расплываются; при их растворении в воде выделяется теплота; они растворимы также в органических растворителях. Амфотерность ВеНа1т наиболее отчетливо проявляется у фторида. Так, при нагревании ВеГз с основными фторидами образуются фторобериллаты (рис. 200), например: При взаимодействии ВеГт с кислотными фторидами образуются соли бериллия: Тетрафторобериллаты по кристаллической структуре (рис. 201) и растворимости во многом напоминают однотипные тетраоксосульфаты, что объясняется одинаковой тетраздрической структурой и близкими размерами ионов ВеГт и ВОт .
Кроме ВеГз -иона возможны полимер- ные фторобериллат-ионы, например типа Г Г Г ! ! Г Ве Г ... Ве Г Ве Г ! ! Г Г Г Из подобных цепных авионов построен, например, ХаВеГг. Структурное сходство между ВеГг и Б!Ог распространяется и на их производные. Полимерные фторобериллаты по структуре аналогичны оксосиликатам; например, ХаВеГ| имеет однотипное строение с СаБ|Оэ,' Ха|ВеГ, с Сага!04, ХаЬ>ВеГ4 с СаМ88104, Ь>гВеГ4 с опт%04 и т.д. Сходны также диаграммы плавкости соответствующих систем. Полимерные фторобериллаты могут находиться в сзч>клообразном состоянии другие галогенобериллаты не характерны Присущая бернллню как амфотерному щ>ементу склонность образовывать катионные н анионные комплексы проявляется н при расплавлении его соеди— пений.
Так, расплавленный ВеС1| состоит из ионов ВеС!' н ВеС1: ВеС1г + ВеС!г ВеС1' + ВеС14 основный кислотный Так же ведут себя при расплавлении соединения и других элементов амфотер- ного характера, например: 2Л101г Л1С1' 4- Л!С1; 2ТаС!4 ТаС1' + ТаС1„. Таким образом, и в этом случае амфотерные элементы не образуют простых ионов, а, лишь комплексные. Однотипные же соединения металлических элементов при этом распадаются на слабо сольватированные простые ионы, например: С С1 С г' + 201 В соответствии со сказанным расплавленные соединения металлических элементов проявляк>т высокую, а амфотерных ш|ементов — пониженную элект-. рическую проводимость.
Нитрид ВегХг — кристаллическое вещество, получается при нагревании бериллия в атмосфоро азота вылив 1000 'С. Бесцветен, очень тверд, тугоплавок (т. пл. 2200 "С) Разлагается водой при нагревании ВегХ (т) + бН|0(ж) = 8Ве(ОН)г(т) + 2НгХ(г) При действии кислот разложение протекает достаточно активно. 516 Об амфотерном характере ВегХг свидетельствует существование двойных нитридов, например ВеБ!Хг и Ь|ВеХ, которые можно рассматривать соответственно как нитридосиликат (1Ъ') бериллия и нитридобериллат (П)лития.
Гидрид ВеНг — твердое полимерное вещество, по свойствам подобное А1Нг. При его разложении водой выделяется водород. Сильный восстановитель. Гидрид бериллия (>5С' = 115,7 кДж/моль) из простых вещоств не образуется. Его можно получить взаимодействием ВеС)г с Ь|Н в эфирном растворе: ВеС!г + 2Ь!Н = ВеНг + 2Ь!С! Соли бериллия и кислородсодержащих кислот выделяются из растворов обычно в виде кристаллогидратов, которые по структуре и свойствам, естественно, существенно отличаются от безводных производных.
Большинство солей бериллия растворимо в воде, нерастворимы ВеСО|, Вег(РО|)г и некоторые другие. Для бериллия весьма характерны двойные соли —. берилллты со сложными лигандами, например: Хагэ04 + Ве804 — — Хаг[Ве(804)>] (ХН4)гСОг + ВеСОг — — (ХН4)г[Ве(СОэ)г! За счет последней реакции нерастворимый в воде ВеСОг растворяется в насыщенных растворах карбонатов в — элементов ! группы или аммония В разбавленных растворах эти бериллаты разлагаются.
Сс>единения бериллия я д о в и т ы ! 2. МАГНИЙ Магний заметно отличается от бериллия размерами атома и иона (радиусы ионов Вег' и Мйг' соответственно равны 0,034 и 0,078 нм). От своего соседнего элемента по периоду — алюминия — магний отли— чается меньшим числом валентных электронов и относительно большим размером атома. Поэтому у магния металлические признаки проявляются сильнее, чем у бериллия и алюминия. В частности, для магния менее характерно образование коввлентной связи и более характерно образование ионной связи.
В этом отношении он ближе к типичным металлическим элементам — элементам подгруппы кальция. Магний — один из наиболее распространенных элементов на Земле. Он входит в состав силикатных минералов (среди них преобладает олиеин М8гБ>04), карбонатных минералов — доложт>та СаМд(СО»)г, жа>иеэита М8СОг. Важное техничесное значение имеет минерал кар- 5!7 каллаш КС! М8С!г.бНгО. Большое количество магния содержится в морской воде (до 0,38% М6С!г) и в воде некоторых озер (до 30% МКС!г) Простое вещество. Магний в виде простого вещества — белый металл (пл.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
